L’alcool polyvinylique (PVA) est un polymère synthétique hydrosoluble qui s’est imposé comme un cryoprotecteur non pénétrant (extracellulaire) particulièrement prometteur. Son principal mécanisme d’action se distingue de celui des osmolytes conventionnels : le PVA agit comme un inhibiteur très efficace de la recristallisation de la glace (IRI), en reproduisant certaines propriétés des protéines antigel naturelles. Il permet ainsi de protéger les matériaux biologiques sans recourir à des agents pénétrants tels que le DMSO, associés à des effets cytotoxiques, ce qui en fait un composant important des stratégies de cryoconservation de nouvelle génération sans DMSO.

Mécanismes de cryoprotection

Le PVA protège principalement les cellules et les tissus en contrôlant la croissance des cristaux de glace au cours du cycle de congélation-décongélation, plutôt qu’en pénétrant dans les cellules.

• Inhibition de la recristallisation de la glace (IRI) : Le principal mécanisme cryoprotecteur du PVA repose sur sa capacité à freiner le mûrissement d’Ostwald, un processus au cours du réchauffement pendant lequel de petits cristaux de glace, relativement peu dommageables, fusionnent ou croissent aux dépens des plus petits pour former des cristaux plus volumineux, susceptibles d’endommager les structures biologiques. Le PVA inhibe efficacement ce phénomène, et son activité IRI est considérée comme son principal mécanisme de protection.
• Mécanisme d’interaction avec la glace : Le mécanisme exact fait encore l’objet de recherches, mais plusieurs éléments indiquent que les liaisons hydrogène jouent un rôle important. Le PVA interagit avec la surface des cristaux de glace par une adsorption faible (inférieure à 9 %), ce qui peut suffire à inhiber leur croissance tout en permettant une liaison réversible.
• Inhibition de la nucléation et de la croissance de la glace : Au-delà de son action sur la recristallisation, le PVA peut également inhiber la nucléation et la croissance des cristaux de glace pendant le refroidissement. Il peut ainsi favoriser la surfusion des solutions à des températures plus basses avant leur congélation. Il modifie également la morphologie des cristaux de glace, ce qui pourrait contribuer à réduire leur potentiel dommageable.
• Caractère non pénétrant : En tant que macromolécule, le PVA reste principalement dans l’espace extracellulaire. Son effet protecteur cible donc surtout les dommages causés par la glace extracellulaire et les contraintes mécaniques qu’elle exerce sur les cellules. Le PVA utilisé seul ne permet donc pas nécessairement d’empêcher la formation de glace intracellulaire létale, ce qui constitue une limite importante de son utilisation.