Les douleurs oculaires aiguës et chroniques sont parmi les plus invalidantes et les plus difficiles à traiter. Elles touchent plus particulièrement la cornée, tissu le plus innervé et le plus sensible du corps humain. Cette riche innervation provient des neurones sensoriels primaires localisés dans le ganglion trijumeau (GT) qui transmettent directement l'information douloureuse au niveau du complexe sensitif du trijumeau (CST). Cependant, les mécanismes physiopathologiques de la douleur oculaire de nature neurogène et/ou inflammatoire demeurent de nos jours encore mal connus. Un approfondissement des connaissances fondamentales sur l'anatomie du système nociceptif cornéen mais aussi sur les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans l'initiation et la chronicisation de la douleur oculaire, sont donc indispensables à l'amélioration des thérapies actuelles. Dès lors, les travaux de cette thèse se sont donc orientés sur deux axes principaux ; 1) approfondir les connaissances neuroanatomiques du système nociceptif cornéen en établissant la première cartographie tridimensionnelle des neurones cornéens au sein du GT ; 2) étudier les conséquences neuro-inflammatoires des voies trigéminées cornéennes (cornée, GT et CST) dans un modèle murin de douleur oculaire induit par des instillations chroniques de chlorure de benzalkonium (conservateur neurotoxique). Dans l'ensemble, nos travaux expérimentaux montrent qu'une lésion cornéenne chez la souris induit une neuro-inflammation qui se propage de la périphérie jusqu'au système nerveux central, et offrent de nouvelles perspectives thérapeutiques pour les patients atteints de douleurs oculaires aiguës ou chroniques. / Acute and chronic eye pain are among the most debilitating and difficult to treat. They particularly affect the cornea, the most innervated and most sensitive tissue of the human body. Corneal innervation comes from primary sensory neurons localized in the trigeminal ganglion (TG) that directly transmit pain information to the trigeminal sensory complex (TSC). However, pathophysiological mechanisms of ocular pain with neurogenic and /or inflammatory type remain poorly understood. Deeper fundamental knowledge about the anatomy of the corneal nociceptive system and the cellular and molecular mechanisms involved in the initiation and chronicity of eye pain, are essential to improving current therapies. Therefore, the work of this thesis are focused on two main topic: 1) expand our current knowledge about the neuroanatomy of the corneal nociceptive system by establishing the first three-dimensional mapping of corneal neurons within the TG; 2) study the neuro-inflammatory consequences in the corneal trigeminal pathways (cornea, TG and TSC) in a murine model of ocular pain induced by chronic instillations of benzalkonium chloride (neurotoxic preservative). Overall, our experimental work reveals that a corneal lesion in mice induces neuroinflammation that spreads from the periphery to the central nervous system, and offer new therapeutic opportunities for patients with acute or chronic eye pain.

Le wind-up est une augmentation progressive, fréquence dépendante, de la réponse d'un neurone lors de l'application répétitive de stimuli électriques nociceptifs identiques sur un même territoire. Ce phénomène est essentiellement exprimé par les neurones WDR de la moelle comme du trijumeau. Il dépend en partie de l'activation des récepteurs NMDA et NK1. Il est apparenté chez l'homme à la sommation temporelle et a des conséquences sur la perception de la douleur. Sa signification fonctionnelle n'est pas encore clairement établie. Chez le rat anesthésié et au sein du complexe sensitif du trijumeau, l'objectif de ce travail est : 1) d'analyser les caractéristiques et la fonction du wind-up des neurones WDR trigéminaux, 2) d'identifier les réseaux neuronaux sous tendant le wind-up et 3) d'établir le rôle des rNMDA et des rNK1 dans le wind-up. Nous avons adopté une approche électrophysiologique lors d'enregistrements extracellulaires au sein du Sp5O associés à des micro injections dans le Sp5C. De plus, une approche neuroanatomique a permis d'identifier des réseaux d'interneurones véhiculant le message depuis le Sp5C vers le Sp5O. 1) le wind-up des neurones WDR du Sp5O dépend de l'intensité de la stimulation nociceptive et permet d'améliorer les capacités de codage de stimuli nociceptifs de courte durée. Par ailleurs, nous montrons que le wind-up entraine une modification transitoire (environ 2min) de l'excitabilité des neurones WDR. Cette modification d'excitabilité générée par la wind-up est responsable uniquement de la facilitation des réponses évoquées par la mise en jeu des fibres C. Nous suggérons que l'augmentation de l'excitabilité centrale générée par le wind-up et la sensibilisation centrale sont des phénomènes différents. 2) le wind-up dépend de l'activation des rNMDA locaux alors qu'il est soumis à une inhibition via les rNMDA situés dans les couches superficielles du Sp5C. Le modèle trigéminal permet donc de montrer que, dès l'étage segmentaire, il existe un ajustement permanent de l'amplification du message douloureux. 3) enfin, le développement du wind-up dépend également de l'activation des rNK1 situés sur des interneurones localisés dans la couche III du Sp5C. En conclusion, il apparaît que le wind-up est un phénomène segmentaire permettant le codage de stimulations nociceptives de courte durée et sous tendu à la mise en jeu de voies polysynaptiques rNK1 et rNMDA dépendantes.