Nanoréchauffement et glace

Biologie des communications volume 6, Numéro d'article : 220 (2023) Citer cet article

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Une préservation réussie à long terme d’organes ou de tissus révolutionnerait la biomédecine. La cryoconservation du cartilage permet de prolonger la durée de conservation du cartilage articulaire, ce qui ouvre la perspective d'élargir la mise en œuvre d'une greffe d'allogreffe ostéochondrale (OCA) prometteuse pour la réparation du cartilage. Cependant, le cartilage cryoconservé de grande taille ne peut pas être réchauffé avec succès avec l’approche conventionnelle de réchauffement par convection en raison de son taux de réchauffement limité, bloquant ainsi son potentiel clinique. Ici, nous développons une méthode de cryoconservation par nanoréchauffement et sans glace pour la préservation du cartilage articulaire intact et de grande taille. Notre méthode atteint une vitesse de chauffage de 76,8 °C min-1, soit un ordre de grandeur supérieur au réchauffement par convection (4,8 °C min-1). À l’aide de tests systématiques au niveau cellulaire et tissulaire, nous démontrons les performances supérieures de notre méthode dans la préservation du gros cartilage. Un mode de préservation dépendant de la profondeur est également observé et récapitulé grâce à l'imagerie par résonance magnétique et à la modélisation informatique. Enfin, nous montrons que l’administration de nanoparticules du côté de l’os OCA pourrait constituer une voie envisageable pour une optimisation ultérieure de notre méthode. Cette étude est pionnière dans l’application du nanoréchauffement et de la cryoconservation sans glace pour le gros cartilage articulaire et fournit des informations précieuses pour le développement futur de techniques, ouvrant la voie à des applications cliniques du cartilage cryoconservé.

La transplantation d'organes ou de tissus en vrac a sauvé des millions de vies et amélioré la qualité de vie de patients souffrant de défaillance d'un organe ou de maladies tissulaires1,2. Cependant, le nombre d'organes et de tissus prêts à être transplantés est loin d'atteindre les besoins de la population de patients. Par exemple, en 2020, 39 036 transplantations d’organes ont été réalisées aux États-Unis tandis que 55 121 nouveaux candidats ont été ajoutés à la liste d’attente3 ; de nombreux patients meurent en attendant une transplantation d'organe. Malgré l’énorme demande non satisfaite d’organes et de tissus, le fait décevant est que de nombreux organes et tissus ne sont pas viables pour l’implantation et sont jetés parce qu’ils atteignent la limite maximale de conservation post-mortem1,4. Dans le cas des transplantations d’organes, jusqu’à 70 % des organes des donneurs expirent avant d’atteindre les patients1,4. Parvenir à la préservation à long terme des organes et des tissus est essentiel pour améliorer les taux d’utilisation et atténuer les pénuries existantes.

Les anomalies du cartilage articulaire sont des problèmes courants du genou, affectant 60 à 66 % des patients subissant des interventions arthroscopiques5,6,7,8. En raison de la capacité de régénération limitée du cartilage articulaire, les défauts du cartilage peuvent évoluer en arthrose (OA) sans intervention chirurgicale appropriée. L'arthrose touche plus de 25,6 millions d'adultes et entraîne des coûts associés de près de 200 milliards de dollars chaque année aux États-Unis9. À mesure que la population augmente et vieillit, le nombre de patients atteints d’arthrose devrait augmenter considérablement10. Il n’existe actuellement aucun remède contre l’arthrose, ce qui démontre la nécessité de poursuivre la recherche dans ce domaine. La transplantation d'allogreffe ostéochondrale (OCA) est une stratégie intéressante de réparation du cartilage pour gérer la progression de l'arthrose, en particulier chez les patients jeunes et physiquement actifs présentant des défauts importants11. Comparée à d'autres options de traitement telles que la microfracture, l'implantation de chondrocytes autologues, l'autogreffe ostéochondrale et les approches émergentes d'ingénierie tissulaire, la transplantation d'OCA remplace immédiatement le site du défaut par du cartilage hyalin fonctionnel de pleine épaisseur, ne nécessite qu'une seule intervention chirurgicale et évite le problème de mortalité du site donneur12,13. La transplantation d'OCA est également un choix chirurgical privilégié pour les patients présentant des lésions cartilagineuses étendues, des lésions osseuses sous-chondrales ou un échec d'une chirurgie cartilagineuse antérieure12,13. Le taux de survie moyen à 10 ans après une transplantation d'OCA est de 78,7 %14, et 75 à 88 % des patients sont capables de reprendre le sport après la transplantation15. L’utilisation clinique de la transplantation d’OCA pour la restauration du cartilage a gagné en popularité au cours de la dernière décennie16, et on s’attend à un besoin accru d’OCA à l’avenir. Cependant, la disponibilité de nouveaux OCA est limitée. Les méthodes de stockage hypothermiques de référence actuelles pour le stockage de l'OCA ne peuvent préserver les propriétés fonctionnelles de l'OCA que jusqu'à 28 jours avant l'implantation17,18. Ce délai est souvent insuffisant compte tenu du temps prolongé nécessaire à la planification chirurgicale, y compris le prélèvement d'OCA, le transport, un dépistage des maladies infectieuses d'au moins 14 jours, l'appariement des greffons, la préparation du patient et toute autre logistique connexe. Près de 30 % des OCA sont rejetés sans implantation aux États-Unis19, ce qui remet encore plus en question la disponibilité des OCA et limite la mise en œuvre à grande échelle de la transplantation d'OCA.