La cryopréservation de tissus composites : principe, revue de la littérature et expérience de l'équipe bordelaise

RésuméLa conservation des cellules et des tissus humains par techniques de cryopréservation suscite depuis 1949, date à laquelle les propriétés cryoprotectrices du glycérol ont été découvertes, l'intérêt de la communauté scientifique. Pour un groupe cellulaire homogène ou un tissu monocellulaire, il est possible de définir les conditions techniques optimales de cryopréservation (substances cryoprotectrices, vitesse et pallier de refroidissement, vitesse de réchauffement). Le critère de qualité repose sur la restitution maximale du capital cellulaire après réchauffement. La cryopréservation de tissus composites est moins bien connue et plus difficile. Chaque tissu présente une réactivité différente lors de la cryopréservation et le « challenge » est de pouvoir sélectionner l'association de cryoprotecteurs adaptée aux besoins des différents tissus ainsi que les paramètres techniques adéquats. Le but de ce travail est de démontrer la faisabilité de la cryopréservation de tissus composites, avec la perspective de reconstruire des unités anatomiques et fonctionnelles (articulation métacarpophalangienne ou interphalangienne proximale, appareil tendineux fléchisseur, système extenseur, nerf médian, etc.) avec revitalisation de l'allotransplant par branchement vasculaire microchirurgical. Pour ce faire, notre travail se décompose en trois phases. Le premier chapitre rappelle les principes de base fondamentaux de la cryobiologie, en mettant l'accent sur les phénomènes de transfert de liquide entre les compartiments intra- et extracellulaires et sur le processus de formation de cristaux de glace au cours du processus de refroidissement. Les différents processus physicochimiques et leurs conséquences sur les tissus biologiques au cours de la cryopréservation sont évoqués en fonction des différentes substances cryoprotectrices actuelles. Le deuxième chapitre dresse une revue de la littérature des résultats des travaux expérimentaux sur la cryopréservation des différentes structures tissulaires, comme la peau, les vaisseaux, l'os, le cartilage, le périoste, le tissu nerveux, la cornée, et enfin les organes pleins comme le rein, le foie, le cœur, la trachée, le poumon, les glandes parathyroïdes et les ovaires. Les résultats des travaux menés pour tester l'effet immunomodulateur de la cryopréservation sur le pouvoir antigénique des structures biologiques sont répertoriés. Ils ont été effectués soit sur des organes entiers pour étudier la modification de leur pouvoir antigénique, soit sur les cellules impliquées dans le processus immunogénique pour évaluer les changements de leur activité cytotoxique. Dans le troisième chapitre, nous rapportons les résultats des travaux expérimentaux conduits par l'institut aquitain de la main dans le domaine de la cryopréservation de xénogreffes de segments digitaux humains sur le lapin, décongelés secondairement et revitalisés par revascularisation microchirurgicale. Les résultats préliminaires de ces expériences sont très prometteurs et ouvrent la voie de l'allotransplantation clinique de tissus composites préalablement cryopréservés.

The cryopreservation of cells and human tissues has generated a great interest from the scientific community since 1949 when the cryoprotective activity of glycerol was discovered. For a homogeneous cellular group or a one-layer cellular tissue it is easy to define the optimal technique conditions of its cryopreservation (cryoprotective agents, speed and steps of freezing, speed of warming). It is considered successful when a high recovery of the cellular structures and tissue components after warming is achieved. The cryopreservation of a whole composite tissue is less easy to obtain. Each tissue presents its own parameters and its own reactivity during the cryopreservation process. The challenge consists in, on the one hand, the selection of the ideal cryoprotective agents'combination which can fit the needs of the different tissues and on the other hand, the definition of adequate technical parameters. The aim of this work is to demonstrate the feasability to cryopreserve a composite tissue in order to carry out surgical reconstructive procedures of particular anatomical and functionnal units (metacarpo-phalangeal and proximal interphalangeal joints, flexor system apparatus, extensor system, median nerve, etc.) with complete revitalization of the allograft using vascular microsurgical procedures. To do so, our present work is divided into three different parts. The first chapter deals with the fundamental principles of the cryobiology of biological structures with special interest in the liquid transfer process between the extracellular and intracellular compartments and ice initiation and agregation during the freezing process. The different physical and chemical reactions and their consequences on the biological tissues are described according to the different cryoprotective agents used, should they belong to the extracellular or intracellular cryoprotective groups. The second chapter makes a review of the litterature concerning the results of all experiments made on the cryopreservation of the different tissue structures as skin, vessels, bones, cartilage, periosteum, nerves, cornea, on the one hand, and the different organs as kidneys, liver, heart, trachea, lung, parathyroid glands and ovaries, on the other hand. We are reporting the results of these experiments focusing on the immunomodulation effect of cryopreservation on the antigenic response of biological structures. These experiments were made either on organs or on the cells involved in the immunogenic process. In the third chapter, we are reporting the results of our experiments carried out in the Aquitaine Hand Institute in the field of the cryopreservation of the xenografts of digital segments on the rabbit. These digital segments were cryopreserved, then warmed and revitalized through vascular microsurgical techniques. The preliminary results are very encouraging and pave the way to the allotransplantation of cryopreserved composite organs in our common surgical activity.