Le Ficoll est un polymère synthétique de saccharose de masse moléculaire élevée, utilisé comme cryoprotecteur non pénétrant (extracellulaire). Il est particulièrement apprécié pour sa faible toxicité et sa capacité à favoriser la vitrification, permettant souvent de réduire la concentration d’agents cryoprotecteurs pénétrants plus toxiques, tels que le diméthylsulfoxyde (DMSO), voire de les remplacer dans certaines formulations.

Mécanismes de cryoprotection

En tant que polymère hydrophile de grande taille qui demeure à l’extérieur des cellules, le Ficoll protège les matériaux biologiques par plusieurs mécanismes physiques interdépendants.

• Inhibition de la nucléation et de la croissance de la glace : Les simulations de dynamique moléculaire indiquent que les molécules de Ficoll créent une barrière stérique qui limite l’approche des molécules d’eau à proximité des noyaux de glace préexistants, tout en réduisant simultanément l’activité de l’eau dans le milieu environnant. Ces effets contribuent à limiter la formation de cristaux de glace susceptibles d’endommager les structures biologiques lors du refroidissement.
• Inhibition de la recristallisation de la glace (IRI) : Lors du réchauffement, de petits cristaux de glace peuvent fusionner ou se réorganiser pour former des cristaux plus volumineux et potentiellement plus dommageables. Ce phénomène est appelé recristallisation. Le Ficoll contribue à limiter ce processus, ce qui peut être particulièrement important pour préserver la viabilité cellulaire lors d’un stockage à des températures de congélation qui ne relèvent pas de la cryogénie, par exemple à −80 °C.
• Favorisation de la vitrification : Le Ficoll contribue aux propriétés physiques de vitrification de la solution, en favorisant la formation d’un état vitreux stable plutôt que d’une structure cristalline de glace. Cette propriété joue un rôle important dans les protocoles de vitrification.
• Faible profil de toxicité : L’un des principaux avantages du Ficoll réside dans sa faible toxicité par rapport à celle d’autres polymères, tels que la polyvinylpyrrolidone (PVP). Des études menées sur des embryons de souris et des hépatocytes ont identifié le Ficoll comme l’additif le moins toxique parmi ceux évalués, ce qui permettrait des durées d’exposition prolongées sans compromettre la fonction cellulaire dans les conditions étudiées.