Le polyéthylène glycol (PEG) est un polymère synthétique hydrosoluble qui agit principalement comme un cryoprotecteur (CPA) non pénétrant (extracellulaire). Son efficacité cryoprotectrice dépend fortement de sa masse moléculaire. Les formulations de faible masse moléculaire présentent des propriétés particulières qui peuvent même permettre leur pénétration dans les cellules. Le PEG fait l’objet de nombreuses études en tant qu’alternative au diméthylsulfoxyde (DMSO), notamment pour limiter les problèmes de toxicité liés à la conservation des cellules et des tissus.

Mécanismes de cryoprotection

Le PEG protège les matériaux biologiques grâce à une combinaison de mécanismes extracellulaires et, dans le cas des variantes de faible masse moléculaire, de mécanismes intracellulaires.

• Déshydratation osmotique et inhibition de la formation de glace : En tant que cryoprotecteur non pénétrant, le PEG s’accumule dans l’espace extracellulaire et augmente la pression osmotique. Il favorise ainsi la sortie de l’eau des cellules, réduisant leur teneur en eau intracellulaire et, par conséquent, le risque de formation de glace intracellulaire dommageable. Les PEG de faible masse moléculaire, tels que le PEG 200, peuvent diffuser dans les cellules ou dans des structures tridimensionnelles comme les sphéroïdes. Cette pénétration peut limiter l’augmentation de la pression osmotique intracellulaire et inhiber directement la formation de glace.
• Stabilisation membranaire : Le PEG est classé parmi les cryoprotecteurs non perméants qui contribuent au maintien de la stabilité des membranes, protégeant ainsi les cellules contre les contraintes osmotiques importantes subies pendant la congélation et la décongélation.
• Liaisons hydrogène et modification de la structure de l’eau : Les molécules de PEG possèdent des groupes hydroxyle capables d’interagir avec l’eau par l’intermédiaire de liaisons hydrogène, modifiant ainsi le réseau de liaisons hydrogène de l’eau. Ces interactions peuvent abaisser le point de congélation et perturber l’organisation ordonnée des molécules d’eau nécessaire à la cristallisation de la glace.
• Inhibition de la recristallisation de la glace (IRI) et de la nucléation de la glace (INI) : Le rôle du PEG dans l’inhibition de la recristallisation de la glace est complexe. Certaines études en cryomicroscopie ont montré que le PEG ne présentait pas d’activité IRI, contrairement à l’alcool polyvinylique (PVA), tout en réduisant les fuites membranaires induites par la congélation. D’autres travaux suggèrent que l’efficacité des PEG de faible masse moléculaire, comme le PEG 200, pourrait être en partie liée à leur capacité à inhiber la nucléation de la glace (INI), empêchant ainsi la formation des premiers noyaux de glace.