Cryopréservation pour la maîtrise du froid en laboratoire

Développée dans les années 1960, la cryopréservation est un processus qui consiste à congeler des cellules à ultra basse température ( -196°C dans de l’azote liquide) afin de préserver leur intégrité durant de longues phases de stockage. Aussi appelée cryoconservation, elle fait appel à des « cryoprotecteurs » qui vont permettre d’éviter la création de dommages entre les cellules durant toute la phase de congélation.

Mettre en place une cryoconservation des cellules, c’est permettre aux laboratoires de répondre à plusieurs objectifs :

• La conservation et la préservation de cellules durant de plus longues durées (généralement plusieurs années)
• La préservation de lignées cellulaires utilisées ensuite pour des recherches, pour le développement et la production de médicaments ou encore de vaccins par exemple

Durant ce processus, si la congélation n’a pas été correctement contrôlée et réalisée, les cellules peuvent subir des dommages et altérations. Parmi les risques principaux, on retrouvera notamment :

1. La formation de glace causée en général par une congélation lente où l’eau présente à l’intérieur et à l’extérieur des cellules se transforme en cristaux de glace et qui risque de provoquer une altération des membranes cellulaires
2. La déshydratation qui a lieu lorsque l’eau est retirée des cellules et qui peut entraîner des lésions cellulaires
3. L’endommagement des membranes cellulaires causé en général par une congélation trop rapide

La présence de cryoprotecteurs apparaît donc comme essentiel pour pallier les risques d’altération des cellules durant le processus de congélation et ainsi les préserver en toute sécurité.

Les principales applications de la cryoconservation 

La cryopréservation peut être appliquée à plusieurs typologies d’échantillons comme les cellules souches, les cellules animales et humaines, les tissus ou encore les échantillons biologiques. Une large gamme d’échantillons peut être cryoconservée comme :

• Les spermatozoïdes et les ovules
• Les liquides biologiques comme les urines ou le sang
• Les organes
• Les tissus comme les tissus des ovaires ou des tumeurs
• Les ovocytes et embryons

Ces échantillons sont globalement utilisés dans le cadre de recherches, d’examens, de transplantations, d’implantations notamment en biologie de la reproduction pour des reproductions assistées ou encore pour le développement et la production de vaccins et médicaments.

Les différentes méthodes de cryopréservation

La vitrification 

La vitrification est la technique de cryoconservation la plus connue et la plus utilisée en laboratoire. En l’espace de quelques secondes, les cellules sont congelées à une température de -196°C. C’est une technique qui nécessite plus d’agents cryoprotecteurs que lors d’une congélation lente par exemple. Elle est particulièrement utilisée pour la conservation de cellules reproductrices (les ovules et les embryons notamment), les échantillons de liquides biologiques comme le sang ou l’urine

La congélation lente 

Comme son nom l’indique, la congélation lente fonctionne à l’inverse de la vitrification. En effet, ce processus de congélation va se caractériser par une chute progressive des températures en 3 temps. Un premier qui va faire chuter la température entre 1°C et 3°C. Dans un second temps, les températures vont chuter entre 0,1°C et 0,3°C pour finalement atteindre en phase 3 les -196° C conservés sous azote liquide.

Cette technique est plus risquée pour les cellules que la vitrification car son caractère lent peut entraîner la création de cristaux de glace comme évoqué précédemment. Elle est mise en œuvre principalement pour les échantillons biologiques, les cellules souches, les tissus ou encore les bactéries.

Assurer un suivi des températures en continu durant la cryopréservation

La chaîne du froid des échantillons se doit d’être maîtrisée à chaque étape du processus de cryopréservation pour assurer leur intégrité lors de la décongélation. Afin de garder le contrôle durant tout le processus de stockage, il est primordial pour les laboratoires de s’équiper de sondes de températures.

Placées dans des cuves d’azote, des congélateurs ou encore des réfrigérateurs, elles vont permettre aux chercheurs de surveiller en continu leurs relevés de température. Équipées d’un système d’alarme, les sondes de températures connectées vont permettre de gagner en réactivité en cas de dépassement et surtout de préserver la qualité des échantillons une fois décongelé.

Limites et Perspectives d’évolution 

Depuis leur développement dans les années 1960, les techniques de cryopréservation se sont perfectionnées aujourd’hui. Malgré leur perfectionnement, la cryoconservation connaît encore certaines limites qu’elle devra tenter de dépasser dans le temps.

Des limites au niveau temporel notamment, car même si l’on sait que les échantillons congelés dans des conditions optimales peuvent être stockées durant des années, nous ne savons pas combien d’années précisément. De plus, ils arrivent que parfois même stockés dans des conditions optimales, les échantillons perdent leur intégrité.

Cette technique de congélation rencontre également toujours certains problèmes quant aux risques de dommages cellulaires. Même si des méthodes comme la vitrification permettent de réduire au maximum les risques d’altération, il arrive encore parfois que certains risques subsistent. Des risques dus généralement à la formation de glace intra et extracellulaire.