Contexte: La néovascularisation pathologique oculaire entraîne plusieurs troubles de la cécité, y compris la dégénérescence maculaire néovasculaire liée à l'âge (nDMLA) et la rétinopathie de la prématurité (ROP). La nDMLA est la principale cause de cécité dans le monde industrialisé avec un impact socio-économique considérable (1-6). Les thérapies palliatives actuelles reposent sur la suppression du facteur de croissance de l'endothélium vasculaire (VEGF), prouvé sûr et efficace (7-19). Cependant, certains patients résistent aux injections intravitréennes mensuelles répétées d'anti-VEGF, et les conséquences à long terme comprennent une perte de vision supplémentaire et une atrophie géographique (10, 14, 17, 18, 20-27). Cliniquement, il existe un besoin de nouvelles cibles combinatoires ou alternatives dans les cliniques, permettant de réduire les doses d'anti-VEGF, de traiter et d'étendre un intervalle approprié personnalisé à chaque patient non répondeur, et de minimiser la charge des injections répétées (24, 25, 28, 29). La famille TGF-β et sa sous-famille BMP sont cruciales dans l'angiogenèse oculaire physiologique dans un modèle de ROP, et pourraient être des cibles thérapeutiques potentielles chez les patients souffrant d’une nDMLA (30-66). Hypothèse: COCO, un membre de la famille DAN, un modulateur connu des voies BMP et TGF-β, agit comme un facteur neurotrophique sur les progéniteurs de photorécepteurs humains en culture. Nous émettons l'hypothèse que les effets neurotrophiques et anti-angiogéniques de COCO pourraient être des approches thérapeutiques bénéfiques pour empêcher la néovascularisation dans la nDMLA ou la ROP. Objectifs: Objectif 1: Pour évaluer le rôle du COCO sur les maladies oculaires néovasculaires, nous proposons d'étudier ses effets sur la néovascularisation rétinienne et choroïdienne dans le développement et des modèles pathologiques de la DMLA et de la ROP lors d'injections intravitréennes. Objectif 2: Pour comprendre le rôle physiologique et le mécanisme d'action du COCO, nous évaluerons les effets de COCO endogène au cours de l'angiogenèse et du développement vasculaire oculaire. Conclusions: Nous avons découvert un nouvel inhibiteur de l'angiogenèse, COCO, un membre de la famille des protéines DAN. COCO abroge la migration et la prolifération des cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine, en partie grâce à sa régulation des voies TGF-β et BMP et à une modification du métabolisme cellulaire et des gènes mitochondriaux. Les injections intravitréennes de COCO suppriment la vascularisation rétinienne en cours du développement et dans un modèle expérimental de ROP. COCO inhibe de la même manière la néovascularisation choroïdienne dans un modèle de DMLA. De plus, COCO empêche l'angiogenèse rétinienne développementale sans affecter le système vasculaire mature. L'examen des souris Dand5 (COCO) KO a également montré un phénotype de développement rétinien léger à P12 ainsi qu'une exacerbation des touffes néovasculaires dans un modèle de rétinopathie induite par l'oxygène. Impact: Nos données montrent que COCO inhibe la néovascularisation rétinienne et choroïdienne et pourrait être une nouvelle thérapie possible pour des maladies oculaires. Nos études fournissent des données sur les impacts de COCO sur le développement vasculaire rétinien, établissent ses caractéristiques moléculaires et déterminent son importance biologique. / Background: Ocular pathological neovascularization leads to several blinding disorders, including neovascular age‐related macular degeneration (nAMD) and retinopathy of prematurity (ROP). nAMD, for instance, is the primary cause of blindness in the industrialized world with a tremendous socioeconomic impact (1-6). Current palliative therapies rely on suppressing vascular endothelial growth factor (VEGF), proven safe and effective (7-19). However, some patients are resistant to monthly repeated intravitreal injections of anti-VEGF, and long-term consequences comprise further vision loss and geographic atrophy (10, 14, 17, 18, 20-27). Clinically, there is a necessity for novel combinatory or synergistic therapeutic targets to reduce anti-VEGF treatment adherence. Novel personalized therapies to each non-responder patient may increase efficiency while minimizing the burden of repeated injections (24, 25, 28, 29). The TGF-β family, specifically the BMPs subfamily of proteins, is crucial in pathological ocular angiogenesis in a model of pre-retinal neovascularization. These alternative pathways could be potential therapeutic targets in nAMD patients as well (30-66). Hypothesis: COCO, a member of the DAN family, is a known modulator of BMP and TGF-β pathways and acts as a neurotrophic factor on cultured human photoreceptor progenitors. We hypothesize that COCO’s neurotrophic and anti-angiogenic effects could exert therapeutic benefits to preclude neovascularization in nAMD or ROP. Objectives: Aim 1: To assess the role of COCO on neovascular ocular diseases, we propose investigating its effects on retinal and choroidal neovascularization in the development and pathological models of AMD and ROP upon intravitreal injections. Aim 2: To understand COCO's physiological role and mechanism of action, we evaluate the exogenous and endogenous effects of COCO during angiogenesis and ocular vascular development. Conclusions: We discovered a novel inhibitor of angiogenesis, COCO, a DAN protein family member. COCO abrogated sprouting migration and cellular proliferation of human umbilical vein endothelial cells, partly through its regulation of TGF-β and BMP pathways and cellular metabolism. Intravitreal injections of COCO suppress retinal vascularization in development and an experimental model of ROP. COCO similarly inhibits choroidal neovascularization in an nAMD model. COCO prevents developmental retinal angiogenesis without affecting the mature vasculature. Examination of Dand5 (COCO) KO mice also shows a mild retinal developmental phenotype at P12 as well as an exacerbation of neovascular tufts in a model of oxygen-induced retinopathy. Impact: Our data show that COCO inhibits retinal and choroidal neovascularization and could be of potential therapeutic use in treating neovascular ocular diseases. Our studies set grounds for understanding the role of COCO during retinal vascular development, characterizing its molecular features, and determining its biologic significance.

La dégénérescence vasculaire et l’incapacité l’organisme à produire des vaisseaux sanguins de façon adéquate lors d’une condition ischémique est un fait saillant des rétinopathies ischémiques telles que la rétinopathie du prématuré (ROP). La ROP demeure la principale cause de défaillance visuelle et dans les cas extrêmes, de cécité chez les nourrissons prématurés. Elle présente deux phases distinctes soit une phase initiale clef de vasooblitération (VO) rétinienne et choroïdale qui entraînent la deuxième phase de néovascularisation (NV) rétinienne désorganisée et excessive. Au cours du développement normal, la NV oculaire a recours au phénomène d’angiogenèse qui consiste en la formation de nouveaux capillaires à partir de vaisseaux préexistants et de vasculogenèse qui consiste en la formation de nouveaux capillaires à partir de cellules endothéliales progénitrices dérivées de la moelle osseuse (BM-EPCs). Cette vasculogenèse implique la mobilisation des EPCs de la moelle osseuse vers la circulation afin d’être recrutées au site de NV pour contribuer de façon directe, soit en intégrant directement les structures vasculaires pour former des néovaisseaux, ou bien de façon indirecte par leur activité paracrine en libérant différents facteurs de croissance vasculaires. Toutefois, les mécanismes moléculaires impliqués dans la dysfonction des EPCs lors de la ROP sont encore mal compris. Au cours de mon mémoire, mes travaux ont ciblé la première phase de VO rétinienne afin de promouvoir la revascularisation par une thérapie basée sur une supplémentation d’EPCs natives ou reprogrammées. Compte tenu du rôle capital des EPCs dans la NV, mon mémoire s’est d’abord intéressé au rôle de Nogo-A (une protéine de la famille de réticulon), connue pour son action anti-angiogénique, sur l'activité fonctionnelle des EPCs en condition de ROP. Pour ce faire, nous avons utilisé un modèle de rétinopathie induite par l’oxygène (OIR) simulant la ROP. L’objectif global de ce projet consiste à évaluer l’interrelation entre l’effet de l’hyperoxie (une condition clef de la ROP) sur la voie de signalisation Nogo-A et de son récepteur NgR1 sur la fonction des EPCs. Premièrement, les résultats obtenus montrent une augmentation de l’expression de Nogo-A et NgR1 chez les BM-EPCs soumis ex vivo à l’hyperoxie, mais aussi dans les EPCs extraites des rats OIR. En addition, l’augmentation de l’expression de Nogo-A/NgR1 par l’hyperoxie corrèle avec la dysfonction angiogénique des EPCs caractérisées par une diminution de leurs capacités de migration et de tubulogenèse. De façon intéressante, l’inhibition de Nogo-A (par un peptide neutralisant) améliore la capacité migratoire et tubulogénique des EPCs, et protège leur fonction contre l’hyperoxie. Également, l’inhibition de Nogo-A induit l’expression du facteur angiogénique et mobilisateur d’EPCs, SDF-1, suggérant que NgR1 régule négativement l’expression de SDF-1. Par ailleurs, nous avions également pour objectif final d’évaluer l’efficacité protectrice d’une supplémentation d’EPCs natives ou reprogrammées (Nogo-/-) pour améliorer la revascularisation rétinienne dans un modèle de rat OIR. Les résultats montrent qu’une supplémentation intrapéritonéale d’EPCs natives diminue significativement la VO rétinienne, mais que cet effet pro-angiogénique devient plus prononcé par le traitement d’EPCs préconditionnées (reprogrammées par l’inhibition de Nogo-A) chez les rats OIR. Collectivement, nos résultats démontrent que : 1) l’hyperoxie cause une dysfonction angiogénique des BM-EPCs en induisant Nogo-A ce qui contribue à la VO rétinienne chez les rats OIR, et que 2) une supplémentation d’EPCs conditionnées (reprogrammées par l’inhibition de Nogo-A) est plus efficace qu’une supplémentation d’EPCs natives pour améliorer la réparation vasculaire rétinienne. Pour conclure, nous mettons donc en évidence une cible potentielle qui est la protéine Nogo-A afin de préserver l’activité biologique des EPCs et ultimement, l’intégrité vasculaire chez les rats OIR. / Vascular degeneration and the inability of the body to produce adequate blood vessels during an ischemic condition is a salient feature of ischemic retinopathies such as retinopathy of prematurity (ROP). ROP remains the leading cause of visual impairment and in extreme cases, blindness in premature infants. It presents two distinct phases: a key initial phase of retinal and choroidal vasoobliteration (VO) which leads to the second phase of disorganized and excessive retinal neovascularization (NV). During normal development, ocular NV uses the phenomenon of angiogenesis which consists of the formation of new capillaries from pre-existing vessels and vasculogenesis which consists of the formation of new capillaries from progenitor endothelial cells derived from the marrow bone (BM-EPCs). This vasculogenesis involves the mobilization of EPCs from the bone marrow to the circulation in order to be recruited at the NV site to contribute directly, either by directly integrating the vascular structures to form new vessels, or indirectly by their paracrine activity by releasing different vascular growth factors. However, the molecular mechanisms involved in the dysfunction of EPCs during ROP are still poorly understood. During my thesis, my work targeted the first phase of retinal VO in order to promote revascularization by therapy based on supplementation of native or reprogrammed EPCs. Given the capital role of EPCs in NV, my thesis was first interested in the role of Nogo-A (a protein of the reticulon family), known for its anti-angiogenic action, on the functional activity of EPCs in ROP condition. To do this, we used an oxygen-induced retinopathy (OIR) model simulating ROP. The overall objective of this project is to assess the interrelationship between the effect of hyperoxia (a key condition of ROP) on the Nogo-A signaling pathway and its NgR1 receptor on the function of EPCs. First, the results obtained show an increase in the expression of Nogo-A and NgR1 in BM-EPCs subjected to hyperoxia ex vivo, but also in EPCs extracted from OIR rats. In addition, the increase in the expression of Nogo-A / NgR1 by hyperoxia correlates with the angiogenic dysfunction of EPCs characterized by a decrease in their capacity for migration and tubulogenesis. Interestingly, inhibition of Nogo-A (by a neutralizing peptide) improves the migratory and tubulogenic capacity of EPCs, and protects their function against hyperoxia. Also, inhibition of Nogo-A induces expression of the angiogenic and mobilizing factor of EPCs, SDF-1, suggesting that NgR1 negatively regulates the expression of SDF-1. In addition, our final objective was also to evaluate the protective efficacy of supplementation of native or reprogrammed EPCs (Nogo - / -) to improve retinal revascularization in an OIR rat model. The results show that intraperitoneal supplementation of native EPCs significantly decreases retinal VO, but that this pro-angiogenic effect becomes more pronounced by treatment of preconditioned EPCs (reprogrammed by inhibition of Nogo-A) in OIR rats. Collectively, our results demonstrate that: 1) hyperoxia causes angiogenic dysfunction of BM-EPCs by inducing Nogo-A which contributes to retinal VO in OIR rats, and that 2) supplementation of conditioned (reprogrammed by inhibition of Nogo-A) is more effective than supplementation of native EPCs in improving retinal vascular repairs. To conclude, we therefore highlight a potential target which is the Nogo-A protein in order to preserve the biological activity of EPCs and ultimately, vascular integrity in OIR rats.

La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) est une cause majeure de cécité irréversible chez les personnes de plus de 60 ans. La DMLA sèche est caractérisée par une atrophie de l'épithélium pigmentaire rétinien (EPR), une inflammation sous-rétinienne et la mort des photorécepteurs. Des études récentes ont démontré une accumulation et une dégranulation des mastocytes dans la choroïde des patients atteints de DMLA. Les mastocytes sont des cellules effectrices de l’immunité innée et jouent un rôle majeur dans l’initiation de l’inflammation. Suite à leur activation, les mastocytes libèrent un large spectre de médiateurs biologiquement actifs, notamment des cytokines inflammatoires et des protéases. La tryptase, une protéase spécifique aux mastocytes impliquée dans de nombreux processus inflammatoires, est également retrouvée en abondance dans la choroïde des patients atteints de DMLA sèche. Néanmoins, le rôle précis des mastocytes choroïdiens dans la dégénérescence rétinienne demeure inconnu. L’objectif de ce mémoire était d’explorer le rôle inédit des mastocytes et de la tryptase dans les trois aspects majeurs de la DMLA sèche, à savoir la perte de l’EPR, l’inflammation sous-rétinienne, et la mort des photorécepteurs dans un modèle préclinique de dégénérescence rétinienne induit par l’iodate de sodium. L’iodate de sodium crée un stress oxydatif au niveau des cellules de l’EPR ce qui provoque la cascade de dommage observée dans la DMLA sèche. Nos résultats démontrent que les lésions rétiniennes induites par l’iodate de sodium étaient associées à une accumulation et une dégranulation rapide et significative des mastocytes choroïdiens. De plus, la suppression des effets des mastocytes réduisait l’atrophie de l’EPR, atténuait la réponse inflammatoire, et préservait l’intégrité des photorécepteurs. Par ailleurs, l’inhibition de la tryptase permettait également de réduire l’inflammation sous-rétinienne et de protéger les photorécepteurs. En somme, nos résultats suggèrent que les mastocytes pourraient s’avérer être une cible pertinente pour la DMLA sèche, qui demeure un défi médical non comblé. / Age-related macular degeneration (AMD) is a major cause of irreversible blindness in individuals over 60 years old. Dry AMD is characterized by atrophy of the retinal pigment epithelium (RPE), subretinal inflammation, and photoreceptor death. Recent studies have demonstrated an accumulation and degranulation of choroidal mast cells in the eyes of AMD patients. Mast cells, effectors of the innate immune system, play a crucial role in initiating inflammation. Upon activation, mast cells release a wide range of biologically active mediators, including inflammatory cytokines and proteases. Tryptase, a protease specific to mast cells involved in numerous inflammatory processes, is also abundantly found in the choroid of patients with dry AMD. Nevertheless, the precise role of choroidal mast cells in retinal degeneration remains unknown. The objective of this thesis was to explore the novel role of mast cells and tryptase in the three major aspects of dry AMD: RPE loss, subretinal inflammation, and photoreceptor death, using a preclinical model of retinal degeneration induced by sodium iodate. Sodium iodate induces oxidative stress at the RPE cell level, triggering the damage cascade observed in dry AMD. Our results demonstrate that retinal lesions induced by sodium iodate were associated with a rapid and significant accumulation and degranulation of choroidal mast cells. Moreover, suppressing the effects of mast cells reduced RPE atrophy, attenuated the inflammatory response, and preserved the integrity of photoreceptors. Additionally, inhibiting tryptase also reduced subretinal inflammation and protected photoreceptors. In summary, our findings suggest that mast cells could prove to be a relevant target for dry AMD, which remains an unmet medical challenge.

Bien que les examens optométriques soient essentiels pour éviter et traiter les pertes de vision, l’accès aux soins oculovisuels de première ligne au Canada est inéquitable. La technologie permet maintenant aux optommétristes d’effectuer des examens de la vue via la télé-optométrie, mais la littérature scientifique actuelle est insuffisante pour affirmer que les examens télé-optométriques sont équivalents aux examens traditionnels présentiels. Ce mémoire portant sur la télé-optométrie s’inscrit dans une démarche de pratique fondée sur les données probantes et vise à informer les optométristes et les organismes décisionnels sur la qualité des examens généraux télé- optométriques. Une étude comparant les examens de la vue à distance avec ceux effectués en présentiel a d’abord confirmé que la télé-réfraction est statistiquement équivalente à la réfraction subjective présentielle et que l’évaluation de la santé oculaire à distance permet d’identifier la plupart des anomalies oculaires retrouvées dans l’échantillon de l’étude, permettant ainsi d’obtenir des diagnostics similaires entre les deux modalités d’examen. Les résultats de cette première étude ainsi que l’expérience acquise lors de sa réalisation ont permis la publication d’une procédure d’examen de la vue à distance visant à standardiser la télé-pratique afin d’assurer que la qualité des examens à distance au Canada se rapproche le plus possible de celle des examens présentiels. Bien que davantage d’études soient nécessaires pour valider que les examens télé-optométriques sont cliniquement équivalents aux examens présentiels, les résultats de ce mémoire suggèrent que des examens télé-optométriques pourraient être une alternative intéressante lorsque l’accès aux soins oculovisuels en personne n’est pas possible. / Although eye exams are essential to prevent and treat vision loss, access to primary eye care in Canada is inequitable. Technology now makes it easier to access eye exams via tele-optometry. However, the current scientific literature is insufficient to affirm that comprehensive tele- optometric exams are equivalent to traditional in-person eye exams. This master’s thesis on tele- optometry is part of an evidence-based practice approach and aims to inform optometrists and decision-making bodies about the quality of comprehensive tele-optometric exams. A study comparing remote eye exams with those performed in-person first confirmed that tele- refraction is statistically equivalent to in-person subjective refraction and that remote ocular health assessment can identify most of the ocular abnormalities found in the study sample, thus making it possible to obtain similar diagnoses between the two exam modalities. The results of this first study as well as the experience acquired during its realization allowed for the publication of a clinical framework for comprehensive tele-optometric exams aiming at standardizing tele-practice to ensure that the quality of remote eye exams in Canada is as close as possible to that of in-person eye exams. Although more studies are needed to confirm that tele-optometric exams are clinically equivalent to in-person examinations, the results of this master’s thesis suggest that tele-optometric examinations could be an interesting alternative when access to in-person eye care is not possible.

La sous-rétine, comprenant la choroïde et l’épithélium pigmentaire rétinien (EPR), joue un rôle crucial dans le maintien de la vision. La choroïde est l’une des composantes essentielles de la sous rétine, puisqu’elle fournit exclusivement l’EPR et le photorécepteur en O2 et en nutriments. L’EPR transporte l’oxygène et les nutriments à la neurorétine pour répondre aux besoins énergétiques de cette dernière. Le rôle de l’EPR est essentiel dans le maintien de l’intégrité de la choroïde. Pour ce faire, les cellules de l’EPR utilisent le lactate, un sous-produit de la glycolyse. Nous savons que les intermédiaires métaboliques, comme le lactate, exercent des fonctions spécifiques via les récepteurs de signalisation. Il est également connu que le HCAR1 (aussi appelé GPR81) est un récepteur d’acide hydrocarboxylique impliqué dans l’adaptation aux changements métaboliques. HCAR1 peut être stimulé spécifiquement par le lactate à des concentrations physiologiques (1-5 mM). De surcroît, il est intéressant de constater que HCAR1 joue un rôle important dans d’autres processus physiologiques et pathologiques, comme l’inhibition de la lipolyse, la suppression de la réponse inflammatoire et la régulation de l’angiogenèse de la rétine interne. Étant donné l'importance de HCAR1 dans la régulation de l'angiogenèse rétinienne, nous avons émis l'hypothèse qu'au cours du développement, les altérations ontogéniques du récepteur du lactate pourraient contrôler l'intégrité de la vascularisation choroïdienne. C'est pourquoi, nous avons étudié les mécanismes qui régissent les fonctions de HCAR1 ainsi que son rôle dans l’intégrité choroïdienne. En utilisant l'immunohistofluorescence, nous avons découvert que HCAR1 est exclusivement exprimé dans les cellules de l’EPR et que la stimulation avec du lactate chez la souris sauvage facilite l’angiogenèse choroïdienne (in vivo et ex vivo). Contrairement aux souris sauvages, les souris Hcar1-/- présentent, pendant leur développement, un réseau vasculaire choroïdien significativement plus mince (en utilisant la coloration à la lectine). Nous avons observé que les souris déficientes en HCAR1- montrent un stress du réticulum endoplasmique (RE) par la phosphorylation du facteur eIF2α, ce qui entraîne une diminution significative du taux de traduction des protéines globales et, un taux de prolifération plus faible dans la vascularisation choroïdienne (en utilisant le marqueur ki-67). De plus, les souris Hcar1-KO présentent également un stress oxydatif qui, lorsqu’associé au stress du RE, provoque l’activation de la voie de la réponse au stress intégré (ISR). L’inhibition de la réponse du stress intégrée par l’utilisation de l’inhibiteur (ISRIB) renverse de façon remarquable les effets de la phosphorylation d’elF2α, restaure la traduction des protéines et renverse le processus d’amincissement choroïdien. Cette étude révèle un nouveau rôle pour HCAR1 dans le développement de la vascularisation choroïdienne, au point que sa déficience provoque un stress du RE et donc une traduction défectueuse des protéines, ce qui limite la croissance de ce tissu vasculaire vital. La restauration de la traduction des protéines maintient l'intégrité de la rétine externe en préservant la choroïde. Lorsque réunies, nos données montrent que le lactate signalé via HCAR1 est important pour le développement et l’angiogenèse choroïdiens et renforce l’importance de ce récepteur dans le développement d’une vision mature. / The sub-retina, comprising the choroid and the retinal pigment epithelium (RPE), is critical in maintaining vision. The choroid is an essential component of the sub-retina as it exclusively supplies O2 and nutrients to the RPE and photoreceptors. RPE transports oxygen and nutrients to the neuroretina to support its energy demands. Furthermore, RPE plays a crucial role in maintaining the integrity of the choroid. RPE cells mainly utilize lactate, a significant by-product of glycolysis. Metabolic intermediates such as lactate have been found to exert specific functions via signaling receptors. Now, it is known that HCAR1 (also termed GPR81) can be specifically stimulated by lactate at physiological concentrations (1-5 mM) and, therefore, can be considered as a hydrocarboxylic acid receptor involved in adaptation to metabolic changes. Interestingly, HCAR1 plays an essential role in various physiologic and pathologic processes, such as inhibiting lipolysis, suppressing the inflammatory response, and regulating inner-retinal angiogenesis. Given the relevance of HCAR1 in the regulation of retinal angiogenesis, we hypothesized that during development, ontogenic alterations in the lactate receptor could control the integrity of the choroidal vasculature. Therefore, we investigated the role of HCAR1 in choroidal integrity and the mechanisms that govern its functions. Using immunohistofluorescence, we found that HCAR1 is exclusively expressed in RPE cells, and notably, lactate stimulation in WT mice facilitated choroidal angiogenesis (in vivo and ex vivo). On the contrary, Hcar1-/- mice display a significantly thinner choroidal vasculature during development (using lectin staining). We observed that HCAR1-deficient mice display ER stress through phosphorylation of the eIF2α factor, leading to a significant decrease in the global protein translation rate and a lower proliferation rate (using the Ki-67 marker) in the choroid vasculature. In addition, Hcar1-KO mice exhibit oxidative stress, which, along with ER stress, results in activation of the Integrated Stress Response (ISR) pathway. Remarkably, inhibition of Integrated Stress Response using an inhibitor (ISRIB) reverses the eIF2α phosphorylation effect, restores protein translation and rescues choroidal thinning. This study reveals a novel role for HCAR1 in the development of choroidal vasculature to the point where its deficiency causes ER stress and, therefore, defective protein translation, which restricts the growth of this vital vascular tissue. Protein translation restoration maintains the integrity of the outer retina by preserving the choroid. Taken together, our data show that lactate signaling via HCAR1 is important for choroidal development/angiogenesis and reinforces the importance of this receptor in developing mature vision.

La compréhension des propriétés biomécaniques de la tête du nerf optique (TNO) est cruciale pour la gestion de conditions telles que le glaucome et le Syndrome Neuro-Oculaire Lié à l'Espace (SNOE). Cette thèse propose d’utiliser l'imagerie par tomographie de cohérence optique vidéo à haute fréquence (V-OCT) traitée avec des algorithmes de traitement d'image existants pour évaluer quantitativement la déformation pulsatile de la TNO due aux cycles cardiaques. Cette méthode est utilisée afin d’investiguer deux phénomènes: la réponse biomécanique de la TNO dans les conditions terrestres; et la réponse du TNO dans l'environnement de microgravité de l'espace. Le premier segment de cette thèse présente une nouvelle méthode non-invasive pour mesurer le déplacement pulsatile de la TNO via l'OCT vidéo (V-OCT), offrant des progrès significatifs dans la quantification des propriétés biomécaniques de l'œil in vivo. Une validation approfondie de cette technique, à la fois numérique et expérimentale, a confirmé la sensibilité de l'algorithme aux déformations induites, sa robustesse face à divers niveaux de bruit, et sa répétabilité. Deux groupes d’individus, sains et myopes, ont été évalués sous différentes conditions de contrainte physiologique. La déformation pulsatile des tissus de la TNO a été capturée quantitativement et représentée sous forme de cartes de déformation, montrant la sensibilité de la méthodologie aux déformations induites et la robustesse aux interférences de bruit élevé. Pour les sujets dont les yeux ont une longueur axiale de moins de 25mm, des différences notables de déformation pulsatile médiane ont émergé entre les positions primaires et en abduction de l'œil, avec une reproductibilité confirmée via des coefficients de corrélation intra-classe élevés. Ayant validé la méthode, elle a donc a été appliquée à une cohorte de glaucomateux pour examiner l'impact de la réduction de la pression intraoculaire (PIO) sur le déplacement pulsatile de la TNO. Chez les patients atteints de glaucome primaire à angle ouvert (GPAO), en particulier ceux sans myopie axiale, les interventions abaissant la PIO ont conduit à une réduction significative de la pulsation de la TNO. Cependant, les patients glaucomateux myopes n'ont affiché aucun changement substantiel, suggérant une relation nuancée entre la modulation de la PIO et la biomécanique de la TNO. Une étude de cohorte n’a révélé aucune différence marquée dans la pulsation de la TNO à travers divers degrés de gravité du glaucome. Pourtant, la déformation pulsatile a été corrélée à l'épaisseur de la couche de fibres nerveuses rétiniennes et à des mesures hémodynamiques spécifiques, soulignant les interconnexions complexes entre la biomécanique et l'hémodynamique oculaires. La dernière partie de cette thèse aborde les modifications de la rigidité oculaire chez les astronautes avant et après des vols spatiaux prolongés. En analysant les données de 26 yeux de 13 astronautes, la recherche a démontré des réductions significatives de la rigidité oculaire, de la pression intraoculaire et de l'amplitude du pouls oculaire après la mission. Ces découvertes explorent des effets précédemment inconnus de la microgravité sur les propriétés mécaniques de l'œil, améliorant notre compréhension du SNOE. Cette étude, tout en approfondissant notre compréhension des complexités biomécaniques et hémodynamiques de la TNO, démontre le potentiel du V-OCT comme outil pour le diagnostic et le suivi des conditions du nerf optique. Les techniques et les perspectives acquises ici posent également les bases pour de futures explorations prometteuses à la fois pour les patients atteints de glaucome et pour les astronautes. / The eye is a semi-rigid sphere with complex biomechanical properties. Chronic disease or stress like space flight can interfere with these properties, leading to vision loss. Noninvasive measurements of the biomechanical properties of the optic nerve head (ONH) could provide better tracking and management of conditions such as glaucoma and Space-Related Neuro-Ocular Syndrome (SANS). This thesis proposes to use high-frequency optical coherence tomography video imaging (V-OCT) with existing image processing algorithms to quantitatively evaluate the pulsatile displacement of the ONH due to cardiac cycles. This methodology is applied across two streams of research: examining the ocular biomechanical response of the ONH under terrestrial conditions; and the ONH deformation in the microgravity environment of space. The first section of this thesis introduces a non-invasive method to measure ONH pulsatile displacement via video-based OCT (V-OCT), quantifying biomechanical eye properties in vivo. A thorough validation of this technique, both numerically and experimentally, confirmed the algorithm’s sensitivity to induced deformation, robustness against various noise levels, and repeatability. Two groups, healthy and myopic individuals, underwent assessment under different physiological strain conditions. Pulsatile ONH tissue deformation was quantitatively captured and represented as deformation maps. For those subjects with eyes with an axial length of less than 25mm, notable median pulsatile displacement differences were found between primary and abducted eye positions. Reproducibility was confirmed via high intraclass correlation coefficients. Building on this foundation, the method was applied to a cohort of glaucoma patients to examine the impact of IOP reduction on ONH pulsatile displacement. In primary open-angle glaucoma (POAG) patients, particularly those without axial myopia, IOP-lowering interventions significantly reduced ONH pulsation. However, myopic glaucoma patients displayed no substantial changes, suggesting that myopic status moderates the relationship between IOP modulation and ONH biomechanics. This pilot study was expanded to a larger cross-sectional cohort study (N=176), revealing a decrease in ONH pulsatile displacement in people with early and moderate glaucoma compared to controls. . In addition, pulsatile displacement correlated with retinal nerve fiber layer thickness and specific hemodynamic measures, showing that ocular biomechanics and hemodynamics are closely linked. The last section of the thesis investigates ocular rigidity alterations in astronauts before and after extended space flights. Analyzing data from 26 eyes of 13 astronauts, significant reductions in ocular rigidity were observed; similarly, intraocular pressure and ocular pulse amplitude were reduced post-mission. These findings reveal previously undocumented microgravity effects on the eye's mechanical properties, improving our comprehension of SANS. This thesis demonstrates the potential of V-OCT as a tool for the diagnosis and assessment of the progression of optic nerve conditions. By gaining a deeper understanding of the biomechanical and hemodynamic intricacies of the ONH, we lay the groundwork for future explorations that hold promise for both glaucoma patients and astronauts.

La rétinopathie induite par l’oxygène (RIO) est un modèle animal semblable aux rétinopathies vue chez l’homme. Dans ce modèle, une destruction des microvaisseaux rétiniens est suivie d’une néovascularisation pathologique qui chez l’homme peut mener à un détachement de la rétine et subséquemment une perte de vision. Afin de remédier à cette revascularisation anarchique, un traitement de cellules souches (hématopoïétiques et mésenchymateuses) a été effectué chez des souris soumises à ce modèle. Les cellules injectées ont pu migrer à la rétine et induire une revascularisation saine (surtout les cellules souches mésenchymateuses). L’injection du milieu de culture de ces cellules induit aussi une revascularisation semblable à celle vue chez les souris traitées avec les cellules indiquant que l’effet thérapeutique des cellules semble être accompli par l’entremise de facteurs paracrines. Ces résultats suggèrent que ces cellules peuvent jouer un rôle au niveau de l’angiogénèse et indiquent un potentiel thérapeutique pour les rétinopathies. / Oxygen induced retinopathy (OIR) is an animal model that mimics the developing phases of retinopathies seen in humans such as diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity. An initial destruction of retinal microvasculature is followed by pathological neovascularization that can lead to retinal detachment in humans and therefore blindness. Utilizing bone marrow derived stem cells (mesenchymal and hematopoietic), we aimed to repopulate the retina with normal vessels which are affected in the OIR model. Cells injected into the vitreous migrated to the retina and reduced both the area of vasoobliteration and neovascularization. Injection of conditioned cell medium also induced proper vascular repair similar to that seen in mice injected with cells indicating that the cells therapeutic effect is achieved through paracrine action. These results suggest that bone marrow stem cells play a role in angiogenesis and could be a potential therapeutic aid in treating retinopathies.

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La rétinopathie induite par l’oxygène (RIO) est un modèle animal semblable aux rétinopathies vue chez l’homme. Dans ce modèle, une destruction des microvaisseaux rétiniens est suivie d’une néovascularisation pathologique qui chez l’homme peut mener à un détachement de la rétine et subséquemment une perte de vision. Afin de remédier à cette revascularisation anarchique, un traitement de cellules souches (hématopoïétiques et mésenchymateuses) a été effectué chez des souris soumises à ce modèle. Les cellules injectées ont pu migrer à la rétine et induire une revascularisation saine (surtout les cellules souches mésenchymateuses). L’injection du milieu de culture de ces cellules induit aussi une revascularisation semblable à celle vue chez les souris traitées avec les cellules indiquant que l’effet thérapeutique des cellules semble être accompli par l’entremise de facteurs paracrines. Ces résultats suggèrent que ces cellules peuvent jouer un rôle au niveau de l’angiogénèse et indiquent un potentiel thérapeutique pour les rétinopathies. / Oxygen induced retinopathy (OIR) is an animal model that mimics the developing phases of retinopathies seen in humans such as diabetic retinopathy and retinopathy of prematurity. An initial destruction of retinal microvasculature is followed by pathological neovascularization that can lead to retinal detachment in humans and therefore blindness. Utilizing bone marrow derived stem cells (mesenchymal and hematopoietic), we aimed to repopulate the retina with normal vessels which are affected in the OIR model. Cells injected into the vitreous migrated to the retina and reduced both the area of vasoobliteration and neovascularization. Injection of conditioned cell medium also induced proper vascular repair similar to that seen in mice injected with cells indicating that the cells therapeutic effect is achieved through paracrine action. These results suggest that bone marrow stem cells play a role in angiogenesis and could be a potential therapeutic aid in treating retinopathies.

Les travaux exposés portent sur les techniques d'imagerie optique à haute résolution et plus particulièrement sur les méthodes, dites d'inversion, de traitement des données associées à ces techniques. Ils se situent donc à la croisée des chemins entre l'imagerie optique et le traitement du signal et des images. Ces travaux sont appliqués à l'astronomie depuis le sol ou l'espace, l'observation de la Terre, et l'imagerie de la rétine. Une partie introductive est dédiée au rappel de caractéristiques importantes de l'inversion de données et d'éléments essentiels sur la formation d'image (diffraction, turbulence, techniques d'imagerie) et sur la mesure des aberrations (analyse de front d'onde). La première partie des travaux exposés porte sur l'étalonnage d'instrument, c'est-à-dire l'estimation d'aberrations instrumentales ou turbulentes. Ils concernent essentiellement la technique de diversité de phase : travaux méthodologiques, travaux algorithmiques, et extensions à l'imagerie à haute dynamique en vue de la détection et la caractérisation d'exoplanètes. Ces travaux comprennent également des développements qui n'utilisent qu'une seule image au voisinage du plan focal, dans des cas particuliers présentant un intérêt pratique avéré. La seconde partie des travaux porte sur le développement de méthodes de traitement (recalage, restauration et reconstruction, détection) pour l'imagerie à haute résolution. Ces développements ont été menés pour des modalités d'imagerie très diverses : imagerie corrigée ou non par optique adaptative (OA), mono-télescope ou interférométrique, pour l'observation de l'espace ; imagerie coronographique d'exoplanètes par OA depuis le sol ou par interférométrie depuis l'espace ; et imagerie 2D ou 3D de la rétine humaine. Enfin, une dernière partie présente des perspectives de recherches.