Prévenir les brûlures de congélation et conserver les tissus humains

Cela semble simple, mais le travail de Shah Razul consiste à essayer de comprendre ce que font les molécules d’eau lorsqu’elles descendent en dessous de zéro degré Celsius, car les possibilités offertes par cette compréhension pourraient être révolutionnaires.

Lorsque l’eau cristallise, son volume augmente et elle forme une structure régulière qui détruit, par exemple, les cellules, ou, dans le cas d’un organisme, ses membranes et systèmes délicats. Comme nous le savons tous, lorsque la nourriture est congelée et laissée trop longtemps, la glace se sépare, laissant la nourriture “brûlée par le congélateur”. Un blanc de poulet gaspillé, c’est une chose, mais ce problème existe aussi, par exemple, dans la cryoconservation des cellules, des tissus et des organes.

“Quand l’eau est dans un état proche de la congélation, elle présente un comportement intéressant”, déclare Razul, professeur agrégé de chimie à l’Université Saint-François-d’Assise. “Nous essayons de comprendre ce que font les molécules d’eau.”

L’objectif global de Razul est de trouver un moyen d’empêcher l’eau de former des cristaux, puis d’appliquer ces connaissances à des problèmes concrets dans des domaines comme l’alimentation et les soins de santé.

“Si nous y parvenons, nous pourrons résoudre de nombreux problèmes liés à la congélation”, affirme-t-il, par exemple en créant potentiellement des produits antigel plus écologiques pour remplacer ou réduire l’utilisation du sel routier.

Il s’inspire d’animaux comme la grenouille bois, qui utilise le glucose pour empêcher le processus de congélation de détruire ses tissus en hiver. Razul effectue donc des simulations pour étudier le processus de congélation et analyser le comportement des molécules d’eau dans les fractions de seconde juste avant qu’elles ne forment des cristaux et ne gèlent.

“Une grande partie de mon travail actuel consiste à comprendre comment de petites biomolécules, comme différents types de sucres et de sels, empêchent l’eau de geler ou ralentissent ce processus”, déclare-t-il, ajoutant qu’il souhaite déterminer une combinaison de biomolécules qui permettrait d’atteindre cet objectif.

Au cours des cinq dernières années, il a utilisé des principes computationnels pour développer un cryoprotecteur afin de préserver la chair de homard.

“Nous l’avons testé et ça fonctionne”, déclare-t-il, ajoutant que certaines entreprises étrangères testent actuellement son système. “Nous avons organisé un test de dégustation en Atlantique canadien, et nous avons publié quelques études où le public a indiqué que cela avait le goût d’avoir été cuit la veille, le préférant au homard surgelé actuellement vendu.”

Sa prochaine étape consiste à explorer les moyens par lesquels son procédé peut préserver les cellules musculaires et les cellules cérébrales pour voir quelles applications cela pourrait avoir dans le domaine de la santé.

“Personne ne possède de réponse définitive sur la manière dont ces cryoprotecteurs fonctionnent au niveau moléculaire”, déclare-t-il. “C’est essentiellement une question de tâtonnements. On essaie un peu de ceci et un peu de cela pour voir si ça fonctionne.”

Pour mener ses travaux, il observe le comportement de l’eau avec une précision extrême — des fractions de seconde — et répète ensuite le test plusieurs fois.

“C’est pour cette raison que je génère beaucoup de données”, déclare-t-il, et c’est pourquoi il ne pourrait pas faire son travail sans les calculs haute performance d’ACENET. 

“Il est presque impossible de faire ce travail sans ACENET”, dit-il. “Il me faudrait un an et demi pour le faire de manière séquentielle au lieu d’un mois avec ACENET.”