La recherche tente de congeler les cerveaux depuis au moins les années 1950, mais à chaque fois, ces tentatives échouaient à cause de la perte des synapses, ces connexions entre neurones qui relaient l’information à travers le cerveau. Ces zones de contact entre deux cellules sont très fragiles, car le moindre petit mouvement peut séparer les neurones et empêcher leur communication. Elles peuvent donc être facilement perturbées par la formation de cristaux, ce qui arrive naturellement lorsque les molécules d’eau dans les corps gèlent. Pour éviter cette cristallisation, les chercheurs utilisent désormais la vitrification : dans cette technique, une partie de l’eau des tissus biologiques est remplacée par des solvants qui ne cristallisent pas lors de la congélation.
« Pour notre étude, nous avons utilisé une solution de vitrification nommée V3, qui consiste en un mélange de diméthylsulfoxyde (un solvant utilisé comme cryoprotecteur pour la congélation de cellules, ndlr), de l’éthylène glycol (utilisé comme antigel pour les voitures), du formamide (solvant utilisé dans l’industrie) et de l’eau », nous explique Alex German, auteur de l’étude. « Quand on expose cette solution à un refroidissement rapide, ces solvants bloquent les interactions entre les molécules d’eau qui normalement formeraient des cristaux et causeraient ainsi des déplacements nanoscopiques du tissu. »
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Une méthode difficile à mettre au point
Plusieurs équipes avaient réussi à mettre au point la technique chez des rongeurs, mais pour d’autres organes, dont le cœur et le foie. Mais la congélation du cerveau restait hors d’atteinte, à cause de la difficulté à préserver les synapses. Mais Alex German et son équipe sont parvenus à trouver les conditions propices, en jouant sur différents facteurs : niveau de déshydratation du cerveau, concentration de la solution V3, températures, vitesses de refroidissement pour la congélation et réchauffement pour la décongélation… « Le protocole pour le cerveau en entier implique la déshydratation du cerveau pour remplacer cette eau par la solution, réduisant la masse de l’organe à environ 70% de sa taille originale, détaille-t-il. Mais si la déshydratation diminue au-dessous de 45% de la masse normale, le tissu ne répond plus après la décongélation. »
Les synapses restent fonctionnelles même après une température de -140°C
Grâce à ce protocole optimisé, les neurones redevenaient actifs après la décongélation, et les synapses restaient fonctionnelles : »On a été surpris de la bonne récupération des tissus, même s’il y avait quelques altérations dans l’excitabilité de certaines populations de neurones, révèle Alex German. Par exemple, les cellules pyramidales dans l’hippocampe avaient une excitabilité réduite, alors que celle-ci n’était pas modifiée chez d’autres neurones. Ces différences pourraient être causées par les variations de la taille des cellules, des propriétés des membranes, ou l’activité métabolique intrinsèque de chaque cellule, qui affecte comment elles gèrent le stress osmotique et la toxicité des solvants. La technique peut encore être améliorée. »
Les cerveaux pouvaient être gardés à -140°C pendant plusieurs jours, tout en gardant leur structure et leur fonction. « À des températures au-dessous de -130°C, tous les processus dynamiques à l’intérieur du cerveau se mettent complètement en pause, et cet état est stable de façon permanente : des embryons humains peuvent ainsi être utilisés même après trois décennies dans cet état vitrifié, avance-t-il. La limite est le peu de temps que le tissu reste fonctionnel après la décongélation, car le tissu se dégrade après 10 à 15 heures. »
Une technique qui n’est pas encore prête pour le cerveau humain
Cette technique a déjà été testée avec succès pour des coupes de cortex humain, mais la vitrification du cerveau en entier reste impossible… pour le moment. “Nos systèmes de refroidissement et de réchauffement ne peuvent pas fonctionner pour des organes de cette taille, il nous faudrait des approches qui permettent de dépasser les limites actuelles dans le transfert de chaleur, ainsi que de meilleures solutions de vitrification, conclut-il. La cryostase pour les humains est encore très loin.”
Source:
www.sciencesetavenir.fr
