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Reportages

Cryopréservation: Organes sur la glace

Par Marine Corniou - 02/01/2017
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Disposer de réserves illimitées d’organes pour sauver des vies, c’est le rêve de nombreux chercheurs qui s’inspirent de la nature pour tenter de congeler cœurs, foies et poumons.

Rana sylvatica ne paie pas de mine, mais elle a des pouvoirs dignes des plus grands héros de science-fiction. L’hiver, cette grenouille brune, qui vit tapie dans les forêts nord-américaines, cesse de respirer. Son cœur et ses fonctions vitales s’arrêtent. Son corps gèle presque entièrement, pour se réveiller au printemps, comme si de rien n’était.

Sa capacité à survivre à la congélation fascine Kenneth Storey, dont le laboratoire de l’université Carleton, à Ottawa, est l’un des leaders mondiaux en « cryobiologie ». Pour comprendre les mécanismes de résistance au froid, son équipe étudie Rana sylvatica sous toutes ses coutures depuis plus de 30 ans. Les congélateurs du labo regorgent de ces « frog-sicles », comme les surnomme le chercheur. Son but ? S’inspirer de l’amphibien pour, un jour, réussir à congeler des organes humains.

Pas d’histoire de Frankenstein en vue, mais plutôt une triste réalité : la médecine fait face à une pénurie constante d’organes. Cœurs, reins, poumons, foies peuvent être greffés pour sauver de nombreuses vies, mais encore faut-il en avoir sous la main. Une fois prélevés sur les donneurs décédés, ces organes vitaux ne peuvent être conservés que quelques heures dans une solution à 4 °C. Cela laisse peu de temps pour trouver un receveur compatible et proscrit quasiment tout transport.

Résultat, seuls 10 % des besoins mondiaux en transplantation sont actuellement comblés, selon l’Organisation mondiale de la santé. Au Canada, on s’en sort un peu mieux, mais la liste d’attente peut atteindre plusieurs années, selon l’organe recherché et la province. Chaque année, au pays, pour environ 2 000 greffes réalisées, plus de 4 000 personnes demeurent en attente et environ 250 meurent, faute d’avoir été appelées à temps. Autant de décès qu’on pourrait éviter si les chirurgiens avaient la possibilité de puiser dans des banques d’organes congelés au gré des besoins.

Pas si simple

Une idée qui intéresse sérieusement les autorités. En 2015, le département de la Défense américain a justement investi dans une vingtaine de startups qui tentent par plusieurs moyens d’allonger la durée de conservation des organes.

La piste la plus prometteuse est la « cryopréservation », c’est-à-dire la conservation à très basse température (-196 °C en général, dans de l’azote liquide). Elle est déjà largement employée pour conserver du sperme, des embryons, des cellules souches ou encore des globules rouges. Des spermatozoïdes congelés peuvent ainsi se «réveiller» tout frétillants après 20 ans dans l’azote liquide, et on a déjà vu un embryon conservé pendant 14 ans donner un beau bébé tout frais !

Mais les choses se compliquent lorsqu’on veut congeler les organes entiers. Leur structure est plus complexe que celle des cellules isolées, et aussi plus vulnérable.

Le problème est physique : si des cristaux de glace se forment à l’intérieur des cellules, ils détruisent les membranes comme autant de petits poignards. Tout le monde en a fait l’expérience, en congelant des fraises, par exemple : lorsqu’on les réchauffe, leur texture est plus proche de celle de la compote que du fruit frais. Ce n’est guère mieux si de la glace se forme à l’extérieur des cellules. Celle-ci peut déchirer les vaisseaux sanguins, mais aussi être fatale pour les cellules. En effet, une fois l’eau solidifiée, la concentration en ions et en sels minéraux du liquide extracellulaire augmente (il est moins dilué). Pour rétablir l’équilibre, l’eau contenue dans les cellules en sort brutalement; celles-ci se ratatinent alors, parfois jusqu’à ce que leur membrane se rompe.

« Lorsqu’on congèle du sperme ou des cellules souches, on peut se permettre d’en perdre une petite partie. Mais si on perd 10 % à 20 % des cellules d’un organe, comme un rein par exemple, il meurt et la transplantation est impossible », souligne le docteur Steven Paraskevas, chirurgien de transplantation multiorganes au Centre universitaire de santé McGill.

La grenouille Rana sylvatica, dont certains spécimens d’Alaska peuvent passer sept mois sous forme de glaçon, a trouvé la parade. Elle tient en un mot : glucose. Lorsque le gel s’installe, son foie libère des quantités astronomiques de ce sucre qui pénètre dans toutes les cellules (la concentration dans ses organes est alors 10 fois supérieure à celle qu’on observe chez les diabétiques). À l’intérieur des cellules, ce « sirop » reste visqueux, alors que, à l’extérieur, environ 65 % de l’eau gèle.

Une stratégie similaire a déjà fait ses preuves sur des cellules humaines. En effet, les cliniques de fécondation in vitro utilisent de plus en plus la « vitrification » pour conserver les embryons ou les ovules qui contiennent beaucoup d’eau. Le principe consiste à ajouter des produits dits cryoprotecteurs (comme le glucose), puis à plonger les cellules dans de l’azote liquide. En se fixant sur les molécules d’eau, les cryoprotecteurs les empêchent de se rassembler pour former des cristaux de glace coupants. Elles se figent donc sur place dans un état désordonné, se « vitrifiant » comme du verre.

Mais pour les organes entiers, cette méthode est loin d’être la panacée. D’abord, les différents types de cellules n’ont pas la même perméabilité aux cryoprotecteurs. Ensuite, ces produits (dont le glycol, qu’on trouve dans le lave-glace) sont toxiques à haute concentration. Si on peut facilement « laver » les cellules en suspension dès leur dégel, ce n’est pas le cas pour les organes. Pour l’instant, les quelques tentatives, réalisées sur des animaux, ont laissé les chercheurs sur leur faim.
En 2002, le cryobiologiste Greg Fahy, de l’entreprise californienne 21st Century Medicine, avait réussi à vitrifier un rein de lapin à -130 °C pendant 20 minutes puis à le greffer avec succès, mais son équipe n’a jamais pu répéter l’exploit. (Cela dit, Greg Fahy a annoncé en 2016 avoir réussi à vitrifier un cerveau de lapin et à le décongeler sans dommage apparent.)

Des protéines antigel

« Reste qu’il y a de nombreuses difficultés à surmonter. La décongélation est presque plus dangereuse que la congélation, souligne Ido Braslavsky, biochimiste à l’université hébraïque de Jérusalem et actuellement chercheur invité à l’université Stanford. Quand on met un glaçon dans l’eau, il craque de partout en se réchauffant. Cela arrive aussi avec les organes. De plus, certaines cellules se ‘‘sentent mal’’ au moment du refroidissement, et elles activent des circuits génétiques qui entraînent leur autodestruction. »

En collaboration avec Peter Davies, à l’université Queens, en Ontario, ce chercheur s’inspire lui aussi de la nature pour tenter de relever le défi de la cryopréservation. Cette fois, en essayant d’éviter complètement toute forme de gel. « De nombreux poissons et insectes survivent à des températures inférieures à 0 °C. Pour ne pas geler, ils produisent des protéines antigel qui empêchent la formation de glace dans les cellules », précise M. Braslavsky.

En 2015, le biochimiste a percé le secret de ces protéines. « Elles contiennent des acides aminés organisés selon le même schéma que les molécules d’eau lorsqu’elles s’agencent pour former des cristaux de glace. Dès qu’un cristal commence à se former, la protéine antigel s’y fixe de façon irréversible. Cela empêche d’autres molécules d’eau de venir s’accrocher et de faire grossir le cristal », détaille-t-il.
D’ailleurs, en 2015, une équipe de l’université Yale a poussé des souris transgéniques à produire une protéine antigel et a trempé leur queue dans une solution glaciale. Bilan : 60 % d’entre elles n’ont eu aucune engelure, contre seulement 11 % de leurs congénères « normales ».

Pour l’instant, hélas, l’ajout de protéines antigel ne suffit pas à lui seul à protéger les organes. « Nous sommes au début des recherches, mais la bonne nouvelle, c’est que ces protéines sont de moins en moins chères, car l’industrie alimentaire commence à les ajouter aux crèmes glacées pour éviter la formation de cristaux. Cela va aider les chercheurs ! » se réjouit M. Braslavsky.

Forcer l’hibernation

Du côté des grenouilles, la compréhension des mécanismes progresse elle aussi. L’équipe de Kenneth Storey a découvert que ces animaux doivent leur survie à l’action de toutes petites molécules, appelées microARN, qui contrôlent de façon rapide l’expression des gènes. Elles leur permettent de ralentir tout leur métabolisme en un clin d’œil.

« Ces molécules sont synthétisées très rapidement, elles peuvent voyager dans le sang, d’une cellule à l’autre. Elles agissent comme des interrupteurs et permettent à la grenouille d’éteindre tout ce qui n’est pas essentiel, mais aussi d’allumer les gènes nécessaires à sa survie quand elle manque d’oxygène », explique Hanane Hadj-Moussa, étudiante au laboratoire de Kenneth Storey. Or ces microARN sont présentes chez la plupart des espèces : « On retrouve les mêmes chez des souris ou dans des cellules humaines, dit-elle. En les activant de la même façon que chez la grenouille, on pourrait ralentir le métabolisme du cœur ou du rein, ou même ‘‘éteindre’’ certains organes. » Une sorte d’hibernation forcée, en somme.

Pour le docteur Paraskevas, les congélateurs remplis d’organes sont toutefois un rêve trop lointain. Il espère que l’on pourra, à plus court terme, prolonger la survie des organes à température du corps, dans des conditions les plus naturelles possible. « Plusieurs machines sont en phase de test sur des greffons hépatiques, notamment pour assurer à la fois l’apport en oxygène et en glucose, et le maintien du pH du sang. Mais elles sont encore énormes et requièrent une surveillance constante », précise-t-il.

En attendant, le chirurgien insiste sur l’importance du don d’organes. « Au Québec, il y a environ 21 donneurs décédés par million d’habitants. En Espagne, ce taux est de 35, et il n’y a presque plus de listes d’attente », indique-t-il. Pour le coup, la générosité supplante la technologie.

 
La vie éternelle
Écartons tout de suite le mythe de la cryogénie qui consiste à congeler des humains fortunés après leur mort dans de l’azote liquide, avec l’espoir de les voir revivre un jour. Si plusieurs entreprises privées offrent ce « service » dans le monde, la science est encore loin de pouvoir les ressusciter. « Pour l’instant, c’est une escroquerie : la science y parviendra peut-être un jour mais, en attendant, mieux vaudrait investir l’argent dans la recherche crédible sur le sujet », estime Ido Braslavsky. Le biochimiste convient toutefois que l’idée n’est pas totalement stupide et dit comprendre pourquoi les humains y aspirent. Encore tout récemment, en novembre dernier, une adolescente britannique de 14 ans, atteinte d’un cancer en phase terminale, a obtenu juste avant sa mort le droit d’être cryogénisée. Elle avait saisi la Haute Cour de Londres qui a octroyé à sa mère le droit de prendre les dispositions relatives à sa dépouille. Celle-ci a été transférée aux États-Unis auprès d’une firme qui l’a plongée dans l’azote liquide pour la modique somme de 37 000 livres (environ 61 000 $).



Article paru dans notre numéro de janvier-février 2017.

Lire notre dossier sur le froid.

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