Longtemps jugée impossible pour les organes volumineux en raison des risques de fractures tissulaires (phénomène de « cracking »), la cryopréservation vient de franchir une étape importante en ce printemps 2026. Des chercheurs américains ont identifié certaines plages de température critiques lors de la vitrification, permettant de mieux contrôler les contraintes mécaniques et de limiter les fractures qui faisaient jusqu'alors éclater les tissus des greffons comme du verre.
La transplantation d'organe est encore aujourd'hui fortement circonscrite par un facteur sur lequel la médecine n'a jamais réussi à contrôler pleinement : le temps. Dès qu'un organe est prélevé, le chronomètre se met en route et il tourne très rapidement. Les reins, les plus robustes de tous, peuvent être greffés jusqu'à 24, voire 36 heures après le prélèvement. On sait transplanter un foie, avec de bons résultats jusqu'à 12 heures (parfois 15 heures dans des conditions optimales). Les poumons ou les intestins tiennent à peine 6 à 10 heures hors du corps du donneur, mais le cœur est très fragile et ne peut être greffé au-delà d'un délai de 4 ou 6 heures.
En France selon l'Agence de la biomédecine, « 852 malades sont encore décédés cette année [NDLR : en 2024-2025] faute d’accès à la greffe ». Outre-Atlantique, la situation est encore plus tendue : « plus de 100 000 Américains attendent une transplantation » nous apprend organdonor.gov, le site officiel du gouvernement des États-Unis dédié au don d'organes, de tissus et de cellules. « 16 meurent chaque jour » selon Gift of Hope, une organisation à but non lucratif. Chaque année, des milliers d'organes sains sont ainsi mis au rebut, car on ne sait pas les préserver assez longtemps jusqu'à ce qu'ils trouvent preneur.
C'est pourquoi la médecine s'intéresse depuis près d'un siècle à la cryopréservation, qui consiste à abaisser un tissu ou un organe à des températures extrêmement froides (jusqu’à -196 °C pour le stockage) pour suspendre toute activité cellulaire. Malheureusement, la gestion de la transition vitreuse (le moment où le liquide devient solide amorphe) reste encore mal maîtrisée à grande échelle, car la contraction des tissus à des températures cryogéniques entraîne des tensions internes qui peuvent faire éclater l'organe.
Des ingénieurs de l'Université Texas A&M, déjà connus pour leurs avancées sur la vitrification, pensent avoir trouvé comment mieux contrôler ce phénomène. Leurs travaux, parus en juillet 2025 dans la revue Scientific Reports, montrent que les contraintes thermomécaniques à l’origine des fractures sont fortement dépendantes de la température de transition vitreuse des solutions cryoprotectrices. En modifiant ce paramètre, lié à leur composition, il est possible de réduire le risque de fracture des tissus pendant la descente en température.
La vitrification : un équilibre fragile sur le fil du rasoir
Lorsqu'on congèle une cellule vivante, l'eau qu'elle contient se cristallise, et ces cristaux de glace, en se formant, grandissent et perforent les membranes cellulaires de l'intérieur. Une destruction tissulaire irréversible, qui rend le tissu inutilisable quelle que soit la qualité du réchauffement ultérieur. Les chercheurs ont compris les rouages de ce phénomène dès les années 1950, mais ce n'est que 30 ans plus tard qu'une solution technique pour l'éviter a émergé : la vitrification.
Avant d'abaisser la température d'un organe ou d'un tissu, on l'imprègne d'une solution cryoprotectrice concentrée, dont l'agent principal est généralement le DMSO (diméthylsulfoxyde), un solvant organique qui traverse les membranes cellulaires. Il peut ainsi pénétrer facilement les cellules où il se substitue partiellement à l'eau et en abaisse le point de congélation. Combiné à l'éthylène glycol ou au propanediol, et à des agents osmotiques extracellulaires comme le saccharose, il modifie suffisamment la thermodynamique du milieu pour que le refroidissement empêche la formation de cristaux et conduise à la place à une solidification vitreuse : un état amorphe, non cristallin, dans lequel les molécules sont figées dans le désordre sans avoir eu le temps de s'organiser en réseau cristallin. Les cellules survivent ainsi à la descente en température, théoriquement, intactes, et leur métabolisme est suspendu.
« Théoriquement », car l'application de la vitrification à des organes entiers reste très complexe. La première démonstration n'a été apportée qu'en 2023, quand des chercheurs de l'université du Minnesota ont réussi à transplanter un rein de rat préalablement vitrifié. L'expérience fut un succès, mais entre un rein de rongeur d'à peine un gramme et un rein humain qui pèse 100 fois ce poids, l'écart physique et thermodynamique est énorme. Dans un organe plus grand, le refroidissement est inévitablement hétérogène : la périphérie se vitrifie en premier, pendant que le cœur du tissu est encore en train de descendre en température. Ces gradients thermiques internes génèrent des contraintes mécaniques considérables, suffisantes, dans les cas les plus défavorables, pour fissurer l'organe de part en part avant qu'il ait atteint son état de conservation.
La température de transition vitreuse : un facteur clé du problème
L'équipe du Dr Matthew Powell-Palm a choisi d'attaquer le problème à la racine, en identifiant le paramètre physique qui détermine l'intensité des contraintes responsables des fractures : la température de transition vitreuse (Tg), soit le seuil en dessous duquel la solution cryoprotectrice bascule de l'état liquide visqueux à l'état solide amorphe.
Plus cette température est basse, plus l'écart entre le point de solidification et la température de stockage finale de l'organe est grand. Les contractions thermiques qui se produisent après vitrification sont donc plus importantes. « Nous avons étudié différentes températures de transition vitreuse, qui jouent selon nous un rôle prépondérant dans le phénomène de fracture», explique Powell-Palm. « Nous avons constaté que des températures de transition vitreuse plus élevées réduisent la probabilité […] » que le phénomène ne se produise.
Élever la Tg suppose néanmoins de reformuler les solutions cryoprotectrices utilisées et toute modification de leur composition a une contrepartie : la biocompatibilité. Une solution dont la Tg est plus haute n'est pas nécessairement mieux tolérée par les tissus qu'elle est censée protéger. Certaines formulations plus concentrées ou chimiquement modifiées peuvent s'avérer cytotoxiques au-delà de certains seuils, ou mal supportées par certain types de cellule. « La fissuration n'est qu'une partie du problème », concède Powell-Palm.
Même si nous avançons dans la compréhension du rôle de la température de transition vitreuse dans la fissuration des tissus cryopréservés l'objectif ultime de la cryobiologie, le biobanking, reste encore hors de portée. Le concept s'est construit par analogie avec les banques de sang, dont l'essor dans les années 1940 a permis de dissocier le prélèvement de la transfusion et de constituer des réserves distribuables à la demande. L'idée appliquée aux organes est la même : que le prélèvement soit indépendant de la greffe, pour qu'un organe disponible puisse trouver un receveur selon des critères strictement médicaux et non simplement logistiques. Une réalité clinique lointaine, mais cette étude a au moins eu le mérite d'établir un lien causal entre l'un des paramètres physiques des solutions cryoprotectrices et la probabilité de fracture. Un progrès dont l'impact se mesurera sur le long terme, offrant une base de travail solide à l'industrie pharmaceutique, particulièrement aux fournisseurs de ces solutions.
Source : Science Daily
