DOI: 10.1051/jp1:1993147
J. Phys. I France 3 (1993) 515-531

Organ preservation at low temperature: a physical and biological problem

J. Aussedat¹, P. Boutron², P. Coquilhat³, J.L. Descotes³, G. Faure³, M. Ferrari⁴, L. Kay¹, J. Mazuer⁴, P. Monod³, J. Odin⁴ and A. Ray<sup>1

1</sup>  Laboratoire de physiologie cellulaire cardiaque, Université J. Fourier, BP 53X, 38041 Grenoble Cedex, France
²  Laboratoire Louis Néel/CNRS BP 166, 38042 Grenoble Cedex 9, France
³  Service urologie, Centre Hospitalier Régional Universitaire, B P 217X, 38043 Grenoble Cedex, France
⁴  Centre de Recherches sur les Très Basses Températures/CNRS, BP 166, 38042 Grenoble Cedex 9, France

(Received 8 August 1992, accepted in final form 6 September 1992)

Abstract
Before reporting the preliminary results obtained by our group, we first review the main problems to be solved in the preservation of organs at very low temperature, before being transplanted. This cryopreservation is being presently explored in order to increase the preservation tiine of transplants and to contribute to a better control of the donor recipient compatibility. We recall that, for the isolated cells to be preserved at nitrogen liquid temperatures, as now successfully performed at industrial scale, it is necessary to immerse the cells in a solution containing more or less t,oxical additives (so-called cryopro tect ants). Furthermore cooling and warming rates must be specific of each type of cells. We then show that cryo preservation could be extrapolated to whole organs by means of vitrification, the only way to avoid any ice crystallization. This vitrification will be the result of two directions of research, the one on the elaboration of cryoprotective solutions, the least toxic possible, the other on the obtention of high enough and homogeneous cooling and warming rates. After having briefly summarized the state of research on the heart and kidneys of small mammals, we present the first results that we have obtained on perfusion at 4  C and the auto-transplantation of rabbit kidneys, on the toxicity of a new cryoprotectant, 2,3-butanediol, on the heart rate, and on the cooling of experimental models of organs.

Résumé
Avant de présenter les résultats préliminaires obtenus par notre groupe, nous passons d'abord en revue les principaux problèmes à résoudre pour conserver à très basse température des organes en vue de leur transplantation. Cette cryopréservation est une voie de recherche actuellement explorée pour augmenter la durée de conservation des greffons et permettre ainsi de mieux contrôler la compatibilité donneur-receveur. Nous rappelons que la conservation des cellules isolées à la température de l'azote liquide, actuellement réalisée avec succès à l'échelle industrielle, ne peut se faire qu'en présence de substances plus ou moins toxiques dites cryoprotectrices, et à condition de respecter des vitesses de refroidissement et de réchauffement adaptées à chaque type de cellule. Nous montrons ensuite que l'extension de la cryopréservation au cas des organes entiers ne pourra se faire qu'au moyen de la vitrification, seule solution pour éviter toute formation de glace. Cette vitrification sera l'aboutissement de 2 axes de recherche, l'un sur l'élaboration de solutions cryoprotectrices les moins toxiques possibles, l'autre sur l'obtention de vitesses de refroidissement et de réchauffement suffisamment élevées et homogènes. Après avoir brièvement résumé l'état des recherches sur le coeur et le rein de petits mammifères, nous présentons les premiers résultats que nous avons obtenus sur la perfusion à 4  C et l'autotransplantation de reins de lapin, sur la toxicité sur le coeur de rat d'un nouveau cryoprotecteur le 2,3-butanediol, et sur le refroidissement de systèmes modèles expérimentaux d'organes.

PACS
87.90 - 64.70 - 65.90

© Les Editions de Physique 1993