Etudes physiques des mélanges eau-cryoprotecteurs

INSA, Groupes d'Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux , Bât. 502, 69621 Villeurbanne Cedex, France

Résumé

Le présent travail est essentiellement une revue bibliographique des principales études physiques qui ont été réalisées avec des solutions de composés habituellement employés en cryobiologie. La cryobiologie est une branche de la biologie qui s'intéresse au comportement des cellules à basse température. Cette discipline est actuellement en plein développement dans des domaines très divers. Son principal but est la création de banques de cellules de plus en plus complexes avec comme perspective la conservation des organes. Les cellules vivantes sont généralement placées avant congélation dans une solution contenant divers composés dont le rôle est de protéger les cellules contre les effets de la cristallisation de l'eau. L'action protectrice de ces cryoprotecteurs est encore mal connue; cependant, la formation d'un état vitreux lors du refroidissement est souvent invoquée. Ainsi, il est possible d'éviter les dommages liés à la cristallisation : contrainte mécanique due à l'augmentation de volume, effets de sel dus à l'existence d'un gradient de pression osmotique de part et d'autre de la membrane cellulaire. Les conditions d'obtention et de maintien de cet état vitreux lors des opérations de congélation peuvent être définies par des études physiques dont nous proposons une revue.

Abstract

The aim of the following review is to present the most important studies concerning the physical properties of water-solutes mixtures used in cryobiology. Cryobiology is a branch of biology which deals with the very low temperature behaviour of cells. This technique is developed today in several directions. The creation of banks of cells and perhaps in a short time of small organs, is the purpose of much research in this domain. Before freezing, living cells are generally put in a solution containing one or more solutes. The role of these solutes is to protect the cells against damage due to crystallization of water (cryoprotectors). The mechanisms of cryoprotection are not well known ; nevertheless the vitreous state formation during cooling is often invoked. So, it is possible to avoid crystallization damage such as mechanical strain (due to an increase of volume of about 10 %) and salt effects (due to osmotic pressure). The conditions in which the vitreous state is obtained, maintained during cooling, storage at low temperature and rewarming can be defined by physical studies presented in the following review.