Comment les congélateurs à taux de refroidissement contrôlé peuvent-ils être utilisés pour préparer des échantillons et des thérapies en vue d’un stockage cryogénique à long terme ?
Le terme « cryoconservation » provient du mot grec kryos, qui signifie froid. En pratique, la cryoconservation est une méthode permettant de préserver des échantillons biologiques dans un état vitrifié.
La congélation rapide empêche la formation de cristaux de glace en refroidissant l’échantillon jusqu’à la phase amorphe de la glace, tout en évitant la phase cristalline hexagonale. À des températures aussi basses, l’eau contenue dans les cellules est soit vitrifiée, soit éliminée par osmose, ce qui arrête les processus métaboliques.
Avantages de la cryoconservation des échantillons :
- Réduction du risque de contamination microbienne ou de contamination croisée
- Diminution du risque de modifications morphologiques et/ou génétiques
- Techniques bien établies, avec des méthodes et des résultats largement documentés
La cryoconservation est efficace, mais non sans défis. Les chercheurs doivent déterminer les conditions optimales pour assurer la viabilité et la récupération des échantillons.
Quelles sont les phases de congélation ?
Les directives de l’ISBER indiquent que la cryoconservation à l’azote liquide (LN₂) est optimale pour le stockage à long terme des échantillons. Ces systèmes permettent un stockage à des températures inférieures à la température de transition vitreuse de -132 °C. Ici, le terme « verre » désigne un liquide trop froid pour s’écouler.
La nucléation correspond au début du passage de l’état liquide à l’état cristallin. Elle implique la séparation progressive de la glace du reste de la solution non congelée. La concentration en solutés augmente à mesure que l’eau se transforme en glace. Ce changement s’accompagne également d’une variation d’énergie. L’augmentation locale de la température est appelée chaleur latente de fusion, libérée lorsque la solution atteint son point de congélation d’équilibre.
Bonnes pratiques
Si le stockage en dessous de la température de transition vitreuse est essentiel, la préparation adéquate des échantillons avant un stockage à très basse température l’est tout autant. Lorsque le taux de congélation est contrôlé, la viabilité cellulaire après décongélation est améliorée.
La International Society for Biological and Environmental Repositories (ISBER) publie les ISBER Best Practices: Recommendations for Biorepositories, Fourth Edition, qui fournissent des recommandations pour la conservation des échantillons. En 2019, un addendum intitulé Liquid Nitrogen-Based Cryogenic Storage of Specimens a également été publié.
Ces recommandations regroupent les pratiques les plus efficaces, fondées sur des données probantes ou sur un consensus, pour la gestion des collections d’échantillons biologiques et environnementaux, leur stockage à long terme, leur récupération et leur distribution, tout en garantissant la disponibilité d’échantillons de haute qualité pour la recherche.
Congélateurs à taux de refroidissement contrôlé Thermo Scientific CryoMed
Les congélateurs à taux de refroidissement contrôlé permettent de réduire le stress subi par les échantillons lors des phases de congélation et de vitrification.
Les congélateurs CryoMed offrent six profils de congélation prédéfinis en usine, et les utilisateurs peuvent créer jusqu’à 14 profils personnalisés. Pour les échantillons et les thérapies, un nouveau profil prédéfini avec une température finale de -140 °C est disponible.
Ce profil, appelé Pre-Set Profile #3, contrôle la congélation des échantillons à travers la phase de transition vitreuse (lorsque la glace amorphe peut se former). Il applique un taux de refroidissement de 1 °C par minute depuis la nucléation jusqu’à -45 °C, puis de 10 °C par minute jusqu’à la température finale de -140 °C. Il est couramment utilisé pour les cellules souches hématopoïétiques dans des volumes de 65 à 100 ml.
Stockage des échantillons à long terme
Deux plateformes de congélateurs cryogéniques à l’azote liquide (LN₂) sont disponibles pour le stockage à long terme :
- Cuves de stockage LN₂ haute efficacité Thermo Scientific CryoExtra
- Dispositifs de stockage LN₂ Thermo Scientific CryoPlus
Pour choisir la plateforme adaptée, il convient de considérer le nombre d’échantillons à stocker ainsi que l’utilisation d’azote liquide en phase liquide ou vapeur :
- CryoExtra est recommandé pour de grands volumes d’échantillons stockés en phase vapeur ; quatre capacités permettent de stocker entre 19 500 et 93 000 flacons (2 ml)
- CryoPlus est adapté à un plus petit nombre d’échantillons et permet un stockage en phase liquide ou vapeur ; la capacité varie de 6 318 à 39 000 flacons de 2 ml
Les congélateurs à taux de refroidissement contrôlé Thermo Scientific CryoMed, associés aux plateformes CryoExtra ou CryoPlus, offrent une solution complète pour les laboratoires ou biobanques, garantissant une préparation fiable des échantillons et un stockage cryogénique sécurisé.
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