Si la vitrification est l'objectif, amener un corps dans un état stable semblable au verre plutôt que dans un état destructeur de glace, alors les cryoprotecteurs sont l'astuce qui rend cela physiquement possible. Ils sont, presque littéralement, des antigels médicaux. Et comme beaucoup des outils les plus importants dans ce domaine, ils s'accompagnent d'un compromis sévère. L'ensemble de la procédure est conçu autour de celui-ci. La substance qui protège le tissu de la glace est également toxique pour lui à une dose inappropriée. Comprendre les cryoprotecteurs signifie comprendre comment cette tension est gérée.
Pourquoi il faut empêcher la formation de glace, par tous les moyens
Commencez par l'ennemi. Lorsque l'eau gèle à l'intérieur d'un corps, elle provoque deux types de dommages simultanément. Le premier est mécanique : à mesure que les cristaux de glace se forment, ils écrasent les cellules environnantes dans des canaux de plus en plus étroits de liquide non gelé, déformant les structures fines à l'intérieur. Le second est chimique : à mesure que l'eau pure gèle, tout ce qui y était dissous se retrouve concentré dans le liquide restant, augmentant la concentration en sels et solutés jusqu'à ce que cette poche de fluide devienne toxique. L'un ou l'autre seul serait déjà grave. Ensemble, ils font du gel ordinaire un moyen fiable de détruire les structures exactes qui codent qui vous êtes.
Les cryoprotecteurs existent pour s'assurer que la glace ne se forme jamais. Au lieu de geler, le tissu passe dans un état vitreux, vitrifié, et sa structure est préservée autant que la perfusion le permet.
Ce que sont réellement les cryoprotecteurs
Un agent cryoprotecteur se comporte de manière similaire à l'antigel que vous mettez dans le radiateur d'une voiture : il se dissout dans l'eau et abaisse la température à laquelle cette eau cristalliserait autrement. Les versions médicales utilisées en cryonie, comme le glycérol, l'éthylène glycol, le propylène glycol et le diméthylsulfoxyde (DMSO), sont choisies et mélangées précisément pour cette tâche. Elles se répartissent en deux familles qui travaillent en équipe :
- Les agents pénétrants traversent la membrane cellulaire et empêchent la formation de glace à l'intérieur de la cellule.
- Les agents non pénétrants restent à l'extérieur de la cellule et empêchent la formation de glace dans les espaces entre les cellules, où elle a tendance à apparaître en premier. Les agents pénétrants traversent la membrane cellulaire et remplacent une grande partie de l'eau à l'intérieur, empêchant la formation de glace au sein de la cellule elle-même.
Ils sont utilisés ensemble pour une raison qui s'avère centrale. Parce que les agents non pénétrants gèrent l'espace extérieur aux cellules, plus sujet à la formation de glace, les agents pénétrants n'ont pas besoin d'être poussés à des concentrations aussi élevées à l'intérieur de celles-ci. Et la concentration, comme nous allons le voir, est le problème principal.
Le compromis de toxicité, qui constitue l'histoire véritable
Voici la tension qui définit l'ensemble du domaine de la cryoprotection. Pour vitrifier de manière fiable, il est nécessaire de remplacer une grande partie de l'eau du corps par un cryoprotectant. Mais plus la concentration est élevée, plus l'agent devient toxique pour les tissus. Utiliser trop peu entraîne la formation de glace. Utiliser trop en résulte des dommages chimiques. L'art consiste à trouver le juste équilibre entre ces deux extrêmes.
Deux faits rendent cet équilibre possible. Premièrement, la toxicité dépend fortement de la température : un agent qui endommagerait les tissus lorsqu'il est chaud devient bien moins agressif lorsqu'il est froid. Ainsi, les cryoprotectants sont introduits progressivement, à concentration croissante, tandis que le corps est simultanément refroidi, maintenant la toxicité à un niveau bas à chaque étape. Deuxièmement, les combinaisons d'agents peuvent réduire la toxicité totale du mélange en dessous de ce que provoquerait un seul agent à pleine concentration. Trouver le bon mélange constitue un problème de recherche actif, et son amélioration représente l'un des leviers concrets sur la qualité future de la réanimation.
Les solutions elles-mêmes ne cessent de s'améliorer
Le cryoprotectant utilisé aujourd'hui n'est pas une substance chimique unique, mais un cocktail soigneusement ajusté, fruit de décennies d'itérations. Le cryobiologiste Greg Fahy a élaboré ses solutions de vitrification par générations. Chacune corrigeait un défaut de la précédente. Les premiers mélanges à un seul agent ont cédé la place à des combinaisons de DMSO avec des amides et du propylène glycol. L'éthylène glycol a ensuite remplacé les composants plus toxiques. Les molécules bloquant la glace sont venues ensuite, supprimant la cristallisation à des concentrations plus faibles. L'étape finale a ajusté l'équilibre des composants non pénétrants pour contrer les lésions par refroidissement. Les agents actuellement utilisés pour l'homme se situent à l'aboutissement de cette chaîne. Tomorrow.bio et le Cryonics Institute utilisent une version optimisée d'une solution appelée VM1. Elle est composée d'environ parts égales de diméthyl sulfoxyde et d'éthylène glycol. D'autres prestataires utilisent des formulations propriétaires. Les deux approches représentent des compromis différents entre coût et documentation. VM1 est bien moins coûteux par cas. Les chercheurs disposent même d'une mesure prédictive de toxicité, notée qv*, qui aide à concevoir des mélanges permettant une vitrification fiable tout en causant le moins de dommages possible. L'idée est que « le cryoprotectant » n'est pas une entité fixe, mais une frontière en mouvement, et que chaque amélioration élève directement la fidélité d'une préservation, thème central de l'avancement du domaine.
Le problème ouvert que personne ne dissimule
Il existe une complication supplémentaire, et honnête. À des températures cryogéniques, les cryoprotectants ne sont pas toxiques du tout, car aucune réaction ne se produit ; tout est figé. La toxicité devient un problème lors de la réchauffement. En remontant vers des températures normales, les agents doivent être retirés rapidement et proprement pour éviter d'endommager les tissus. Le fait d'y parvenir correctement relève d'un problème pour la médecine future qui prendrait en charge la réanimation. Ce n'est pas une solution réalisable aujourd'hui. Nous l'affirmons clairement, car la réanimation n'est actuellement pas possible et prétendre le contraire serait malhonnête. Le pari est qu'une civilisation capable de réparer la cause initiale du décès peut également gérer un réchauffement contrôlé, et que la structure préservée lui offre quelque chose qui mérite d'être étudié.
Cet équilibre délicat, entre plus d'antigel et moins de toxicité, est précisément le domaine où se concentre une grande partie des recherches actuelles chez Tomorrow.bio et ailleurs. Chaque amélioration du mélange représente une amélioration directe de la manière dont la structure d'une personne survit au voyage jusqu'à -196°C.
TL;DR : Les cryoprotectants réduisent la formation de glace et rendent la vitrification possible. Ils peuvent également provoquer une toxicité et un stress osmotique, donc leur concentration, leur température et leur administration doivent être soigneusement contrôlées.
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