La reconstruction de la cornée in vitro fait l'objet de plusieurs études depuis quelques années. Cependant, la majorité des travaux utilisent des biomatériaux et des cellules animales ou humaines immortalisées. De plus, plusieurs des cornées ne sont que partiellement reconstruites, c'est-à-dire quelles ne possèdent qu'une ou deux des trois populations de cellules qui composent normalement une cornée. Un modèle de cornée reconstruite ressemblant davantage à une cornée native pourrait être très utile pour des études in vitro comme des tests pharmacologiques et toxicologiques. De plus, ces cornées reconstruites pourraient être utilisées comme tissu de remplacement in vivo. Pour ces raisons, une cornée complète, reconstruite par la méthode d'autoassemblage, a été produite en utilisant des cellules humaines non transformées et ce, sans ajout de matériel exogène. Les cornées reconstruites par cette méthode ont une structure histologique similaire à celle d'une cornée humaine native. L'épithélium pluristratifié et bien différencié possède des cellules basales et suprabasales clairement définies. Les kératines épithéliales sont correctement exprimées. L'endothélium, disposé en monocouche, exprime la protéine de transport Na+/K+-ATPase. Les composants des membranes basilaires ont également été identifiés à la jonction entre l'épithélium et le stroma des cornées reconstruites en laboratoire.

Élément essentiel du système dioptrique de l'œil, la cornée joue aussi un rôle important de protection du globe oculaire. Toutefois, sa localisation la prédispose à plusieurs blessures de diverses origines. 11 peut alors en résulter une lésion importante nécessitant son remplacement. Le but ultime du programme de recherche est donc de reconstruire, selon la méthode d'auto-assemblage, une cornée humaine afin de l'utiliser comme modèle expérimental et éventuellement comme greffon pour des patients. Cependant, plusieurs aspects importants devaient faire l'objet d'études approfondies avant l'utilisation clinique afin d'évaluer le potentiel de réussite à long terme des greffes sur les patients. Le premier objectif spécifique de cette thèse consistait à étudier la grande hétérogénéité dans les capacités prolifératives des cellules épithéliales de cornées humaines (CECH) obtenues de différents donneurs. Cette étude démontre que ces variations sont liées à des altérations dans les niveaux d'expression des facteurs de transcription appartenant à la famille Sp. De plus, ces fluctuations semblent liées à la progression des CECH vers leur différenciation terminale. Finalement, une stratification adéquate des cellules épithéliales sur les équivalents cornéens coïncide avec un retard dans le pic d'expression des protéines Spl et Sp3. Nous disposons ainsi d'un moyen permettant d'identifier rapidement les populations cellulaires les plus appropriées pour la production des tissus reconstruits. Le deuxième objectif spécifique était de s'assurer que l'épithélium de nos cornées reconstruites puisse réépithélialiser des plaies éventuelles après la greffe. Pour ce faire, un modèle de guérison de plaies cornéennes in vitro a été développé à partir des cornées reconstruites. En plus de s'être assuré de la régénération des substituts cornéens à la suite d'une blessure, ce modèle a également permis de montrer que durant la réépithélialisation, la migration des cellules épithéliales suit un patron qui est semblable à celui rapporté lors de la guérison de blessures cornéennes humaines in vivo. Ce modèle présente aussi des aspects histologiques semblables au tissu d'origine ainsi que l'expression des constituants de la matrice extracellulaire et des sous-unités d'intégrines. Il permet également de quantifier le taux de réépithélialisation, qui est significativement accéléré en présence de la fibrine ou de l'EGF. Enfin, pour ce qui est du troisième objectif spécifique, il était important d'évaluer si l'origine des cellules utilisées lors de la fabrication des cornées in vitro influençait l'épaisseur de l'épithélium obtenu, caractéristique essentielle à une bonne acuité visuelle. Les observations recueillies nous ont permis de démontrer que l'origine des cellules du mésenchyme et des cellules épithéliales influence grandement, en plus de l'aspect macroscopique, l'histologie des tissus reconstruits et que ces changements dans la différenciation et la stratification des cellules épithéliales sont contrôlés par des facteurs solubles. Une différence significative dans l'expression d'IL-6 a été détectée entre les fibroblastes cornéens et dermiques. Les résultats montrent également que la cornée reconstruite est en mesure d'absorber les rayons ultraviolets de façon similaire à la cornée in situ. Tous ces travaux ouvrent la voie à de nombreuses autres recherches et laissent entrevoir une application clinique des cornées reconstruites à moyen terme. / The cornea is an essential part of the dioptric System of the eye. Furthermore, it also has a significant role in the protection of the eyeball. However, its location predisposes it to several wounds of various origins. In such cases, serious injuries may ensue requiring the replacement of the cornea. The main objective of the research program is base on the reconstruction, with the self-assembly method, of a human cornea in order to perform experimental studies and eventually graft it on patients. However, several aspects of this subject had to be carefully examined before any clinical use, in order to evaluate the success of long-term corneal graft on patients. The first specific objective of this thesis was to study the heterogeneousness in the proliferative capacities of the human corneal epithelial cells (HCECs), obtained from various donors, was initially studied. This work shows that these variations were related to changes in the levels of expression of transcription factors belonging to the Sp family. In fact, these factors were highly expressed during one passage and then totally disappeared as cells terminally differentiated. Proper stratification of HCECs on reconstructed tissue substitutes could be obtained only with cells that also had a delayed peak of Spl/Sp3 expression when cultured in vitro. We thus have a mean to identify quickly the cell lines most adapted for the production of reconstructed tissues. The second specific objective was to make sure that the epithelium of the reconstructed corneas could reepithelialize following a wound, after grafting. For this purpose, an in vitro corneal wound healing model was developed from the reconstructed corneas. We show that corneal substitutes regenerate after wounding. During reepithelialization, epithelial cell migration followed a consistent wave-like pattern similar to that reported for human corneal wound healing in vivo. This model showed an histological appearance similar to the native tissue as well as expression of basement membrane components and the integrin subunits known to be main actors during the wound healing process. It also allowed us to quantify the reepithelialization rate, which was significantly accelerated in the presence of fibrin or EGF. Finally, for the third specific objective, we determined whether the origin of the cells used during the production of in vitro corneas had any effect on the thickness of the epithelium obtained, an essential characteristic of a good vision. The results indicated that the origin of fibroblasts and epithelial cells influences largely the macroscopic aspect as well as the histology of reconstructed tissues, and that these changes in the differentiation and stratification of epithelial cells are controlled by soluble factors. A significant difference in the expression of IL-6 was detected between corneal and skin fibroblasts. Our results also unravel that the reconstructed cornea has similar UV-absorption characteristics to that of the normal human cornea. Our research will lead to other experimental studies on human cornea. Moreover, clinical application of reconstructed corneas are anticipated in the future.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2003-2004 / Une déficience en cellules souches épithéliales mène à une conjonctivalisation progressive de la cornée se traduisant par une perte de vision. Nous nous sommes attardés à l'étude de la régénération de l'épithélium cornéen initiée par une greffe de cellules épithéliales de cornée de lapin (CECL) cultivées sur un gel de fibrine. À confluence des cellules, le gel est greffé de façon autologue sur une cornée de lapin déficiente en cellules souches et la guérison est observée par rapport à un contrôle non greffé. À différents temps, les cornées sont prélevées et utilisées pour une analyse histologique ou par immunomarquage. Nos résultats démontrent qu'en seulement deux semaines, nous pouvons préparer un greffon d'épithélium cornéen autologue qui est sans risque de rejet. Après un mois, les lapins ayant reçu une greffe montrent un phénotype cornéen normal comparé aux témoins non-greffés. Ces résultats indiquent que la greffe de CECL autologues permet d'aider à la guérison d'un déficit en cellules souches.