Études liées à la vitrification sans fracture de solutions cryoprotectrices

Vitrification of cryoprotectant solutions without any fracture

• Auteur / Autrice : Valentina Maria Odagescu
• Direction : Jacques Chaussy, Anne Baudot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière et du rayonnement
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

La cryopréservation par vitrification est une technique qui devrait permettre de rallonger considérablement les durées de conservation des greffons en abaissant leur température de stockage jusqu'à-196°C. Elle nécessite l'utilisation de solutions cryoprotectrices (contenant des antigels biocompatible: pour empêcher la cristallisation de glace dans les tissus, ainsi que des vitesses de variation de la température rapides. La calorimétrie différentielle à balayage permet de déterminer les vitesses requises pour la vitrification des solutions cryoprotectrices. L'exemple de l'éthylène glycol est présenté, complétant les informations connues sur ce cryoprotecteur dans la plage des concentrations concernant la vitrification. Au niveau de la procédure de vitrification, la méthode du recuit a permis d'éviter l'apparition de fractures dans des volumes importants de solution cryoprotectrice. Le cas particulier de la solution VM3 est détaillé. Il permet de montrer que la stabilité de l'état amorphe ainsi que la quantité de glace cristallisée au réchauffement sont influencées par la température et la durée du recuit. Une analyse sur l'influence du type et de la forme du container porte-échantillon par rapport à la qualité du verre fabriqué a été commencée en parallèle, mais les limites du dispositif cryogénique utilisé nous ont poussé à développer un nouveau cryostat automatisé, permettant de faire des études systématiques dans des conditions reproductibles. Ce cryostat, entièrement conçu et construit au CRTBT, représente le prototype de ce que nous souhaitons proposer à des médecins pour les aider dans leur étude clinique de la cryopreservation des systèmes biologiques.

Cryopreservation by vitrification could provide a general solution to the problem oflong term organs cryoconservation. This method requires the use 01 non toxic, though high concentrations of cryoprotective agents in combination with rapid cooling rates, in order to prevent ice crystallization into tissues. We used a differential scanning calorimeter to determine the critical cooling rates necessary to vitrify the cryoprotective agents. A study undertaken on ethylene glycol informed us more precisely of the concentration from which aqueous solutions of this compound have an amorphous state sufficiently stable to be obtained experimentally. The study of the vitrification method has shown that annealing avoids the appearance of fracture: during vitrification in large cryoprotective solution volumes. Work made in the case ofVM3 (2lst Century Medicine) is detailed. Obviously, the glass stability and the quantity of ice crystallized on warming are under the influence of the annealing temperature and duration. A large analysis on the influence of the container type and shape on the glass stability was started in parallel, but the limits of our cryogenic device pushed us to develop a new automated cryostat, allowing to make systematic studies under reproducible conditions. This cryostat was entirely conceived and built in the CRTBT. 1 represents the prototype ofwhat we wish to propose for clinical studies ofbiological systems using cryopreservation. Its accuracy and ease ofuse allowed us to highlight various events taking place during the vitrification and the reheating of our samples.