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Cirujano y biólogo francés. Estudió medicina en las universidades de Lyon y Dijon. En 1905 se trasladó a Estados Unidos, donde trabajó en el Laboratorio Fisiológico de Hull (Chicago) y en 1906 se incorporó al Instituto Rockefeller de Investigaciones Médicas (Nueva York). Logró el trasplante de tejidos y órganos de un animal a otro y desarrolló un nuevo método de sutura de conductos sanguíneos, merecimientos por los cuales recibió en 1912 el premio Nobel de Fisiología y Medicina. En 1911 acometió importantes investigaciones sobre la forma de preservar la vida en medios fríos y el cultivo de tejidos vivos separados del cuerpo. En 1912 se entregó al cultivo de «un corazón de pollo», partiendo de diversos fragmentos de tejidos embrionarios que, al cabo de varias décadas, crecieron para convertirse en un órgano aislado vivo.
Regresado a Francia durante la I Guerra Mundial, colaboró con Henry D. Dakin en el desarrollo de la solución antiséptica Carrel-Dakin para el tratamiento de heridas infectadas, preparado que se conoció más tarde con el nombre de «líquido de Dakin». Después de la guerra, dirigió sus investigaciones fundamentales al cultivo de tejidos y en 1935 atrajo la atención pública al anunciar la construcción, en colaboración con Charles A. Lindbergh, de un corazón mecánico que permitía conservar vivos los órganos del cuerpo en cámaras de cristal irrigadas por una corriente artificial de sangre. Ambos colaboradores describieron sus trabajos en su obra The Culture of Organs (Nueva York, 1938).
Poco antes de la II Guerra Mundial abandonó el Instituto Rockefeller y regresó a Europa, donde, a la caída de Francia, organizó para el gobierno de Vichy la Fundación Carrel para el Estudio de las Relaciones Humanas. Más tarde denegó los cargos que se le hicieron de haber colaborado con los nazis, especialmente en sus programas sobre exterminación de los llamados incapaces. Algunas ideas contenidas en su obra L'homme, cet inconnu (1935), proporcionaron, sin embargo, cierta base para posibles cargos de esta naturaleza. Sobre la premisa de que la democracia contenía ciertos «errores», había declarado que en su utopía los débiles mentales y los genios no podían considerarse iguales ante la ley. Abogó por la creación de un «centro pensante» de sabios científicos, al que pudieran acudir los políticos en busca de consejo, asegurando que sólo así se podría evitar la degeneración de la raza humana. Entre sus demás obras figuran La prière (1944), Le voyage de Lourdes (1949) y Réflexions sur la conduite de la vie (1952). (1873 Sainte-Foy-lès-Lyon-1944París).
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Cada hombre es una historia que no se parece a ninguna otra.
El equilibrio mental, juicio recto, valor moral, audacia, resistencia, forma de tratar al prójimo y cómo sacar el mayor bien de los contratiempos son cosas que no se aprenden en la escuela.
El hombre no ha sabido organizar un mundo para sí mismo y es un extraño en el mundo que él mismo ha creado.
El papel de las mujeres en el progreso de la civilización es mucho mayor que el del hombre, por lo que debería desarrollar sus aptitudes de acuerdo con su naturaleza, sin imitar a los hombres.
El sentido moral es de gran importancia. cuando desaparece de una nación, toda la estructura social va hacia el derrumbe.
El tiempo físico nos es extraño, mientras el tiempo interior es nosotros mismos.
Es imposible educar niños al por mayor
La dureza de las condiciones de la vida es la condición indispensable para la ascensión de la persona humana.
La inteligencia es casi inútil a aquel que no tiene más que eso.
Son signos de la superioridad del hombre la resistencia al trabajo, a la enfermedad y a las penas, la capacidad para el esfuerzo y el equilibrio nervioso.