Prolongement central de la sclère, la cornée est la couche la plus externe de l'œil. Elle laisser pénétrer la lumière dans le globe oculaire grâce à sa propriété de transparence. Cette transparence repose sur une structure très organisée du tissu, maintenue en équilibre physiologique. Lorsque cet équilibre est rompu, notamment suite à une augmentation anormale de son taux d'hydratation et au développement d'un œdème, l'épaisseur du tissu augmente et il tend à s'opacifier. Lorsque l'œdème devient trop important, il est nécessaire de procéder à une greffe. Les cornées destinées à la greffe sont triées dans des banques de tissus, et sont en particulier soumises à une évaluation qualitative de leur transparence. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet visant à étudier les propriétés de diffusion de greffons cornéens humains, afin d'améliorer l'évaluation quantitative de leur transparence en banque des tissus ou de mieux paramétrer les lasers de découpe lors des greffes de cornées, dont les performances sont altérées à cause du phénomène de diffusion. Le comportement diffusant de la cornée est mesuré dans l'espace réfléchi, afin d'évaluer à terme la possibilité d'une caractérisation in vivo. Conjointement à la mesure de diffusion, une imagerie du volume de la cornée est réalisée grâce à un dispositif de tomographie de cohérence optique apportant une caractérisation de la structure microscopique du tissu. L'œdème et son développement sont ainsi caractérisés par l'analyse de la diffusion du tissu, de sa transparence et des hétérogénéités à l'échelle du micron. / Along with the crystalline lens, the cornea is the unique tissue being transparent in the human body. With a transmission coefficient over 90% in the visible spectrum, the main function of the cornea is to transmit the light inside the eye. This property is due to an absence of blood vessels and a very regular organization of the corneal bulk. In the case of an edema development, the cornea swells because of an abnormally high hydration. This involves a disorganization of its internal structure and an increase of the light scattering, leading to cornea haziness. When the edema is too critical, a graft is then required. In tissue banks, several criteria, such as the evaluation of the transparency, are considered in order to choose only the tissues eligible for corneal transplantation. This thesis aims to study the scattering properties of human corneal grafts in order to improve transparency evaluation in tissue banks or to lead to a better calibration of laser cuts during surgery procedure. A characterization of the scattering properties of the tissues is performed in the reflective half-space. Indeed, backscattering characterization could be used in in-situ conditions. Moreover, 3D images of the bulk of the cornea are performed using a Optical Coherence Tomography set-up. Edema developement is studied through the analysis of the scattering behaviour and of the microscopic structure of the graft. Scattering properties and microstructure are linked together through the use of an electromagnetic modelling. Maxwell's equations are solved using Born approximation, and a numerical method was adapted to perform those calculations in the case of the cornea.

Le laser femtoseconde constitue un outil de découpe chirurgicale de grande précision. Son usage est en particulier très fréquent en ophtalmologie dans le cadre de la découpe de cornées transparentes. Cependant la découpe de cornées diffusantes nécessite le développement de nouvelles sources à impulsions courtes optimisées. La région spectrale comprise entre 1,6 μm et 1,7 μm a été identifiée comme optimale pour réduire l'impact de la diffusion tout en minimisant l'absorption des tissus. Dans ce manuscrit de thèse, une source laser d'impulsions courtes à 1,6 μm adaptée à la greffe de cornée est présentée. La combinaison de composants fibrés monomodes et d'une fibre à large aire modale, dans une architecture d'amplification à dérive de fréquence, a permis d'extraire des impulsions de forte énergie tout en conservant une bonne qualité temporelle. Un modèle numérique a également été développé afin d'étudier et d'optimiser l'amplification à haute énergie à 1,6 μm dans les fibres dopées à l'erbium en régime femtoseconde. Les premiers tests de découpe sur cornées humaines ont confirmé le potentiel de la source développée. Comparativement aux sources traditionnelles, les études menées montrent en effet une nette augmentation de la profondeur de découpe.

Cette thèse a pour ambition de caractériser la transparence et la perte de transparence du tissu cornéen humain sain et pathologique par différents procédés optique ainsi que l'étude de certains aspects de l'interaction non-linéaire entre une impulsion laser femtoseconde. Le tissu cornéen est principalement constitué de fibrilles de collagène de diamètre d'une trentaine de nanomètres et d'indice de réfraction supérieur à celui du milieu interstitiel environnant. Ces fibrilles de collagène agissent comme des diffuseurs de la lumière dans la cornée. Dans le cas d'une cornée saine, ces fibrilles de collagène présentent un certain ordre expliquant la transparence du tissu. La présence d'un oedème provoque une perturbation de cet ordre ainsi que l'apparition de structures micrométriques à l'origine d'un niveau de diffusion supplémentaire. Cette thèse a permis d'identifier d'une part les structures à l'origine de ces différents types de diffusion selon le degré d'oedème, ainsi que la caractérisation de la diffusion résultante. Un dispositif d'holographie numérique hors-axe a été conçu et mis en place dans le cadre de ces travaux pour la réalisation des mesures expérimentales. Ce dispositif permet la mesure de la perte de cohérence d'un faisceau induite par la propagation dans le tissu et l'établissement de liens entre les modifications de la structure cornéenne au niveau micrométrique et nanométrique et la diffusion optique. En outre, certains aspects de l'interaction laser-tissu ont été étudié à l'aide d'un dispositif d'holographie numérique en ligne réalisé par une équipe partenaire.

La cicatrisation cornéenne représente un processus de réparation complexe qui vise à restaurer l'intégrité, la structure et la transparence de la cornée. Cependant, dans un certain nombre de cas, ce processus peut évoluer de façon anormale et se stabiliser en entraînant la formation d'une opacité cornéenne installée. Les mécanismes impliqués dans la formation de ces cicatrices persistantes ne sont pas encore complètement élucidés, mais il est établi que la composition et l'organisation de la matrice extracellulaire du stroma jouent un rôle majeur dans la restauration de la transparence de la cornée. Ce projet s’est concentré sur la métalloprotéase extracellulaire BMP-1 (Bone Morphogenetic Protein 1), déjà connue pour son rôle dans l'assemblage de la matrice extracellulaire et l'activation du TGF-bêta. Afin d’identifier les processus contrôlés par BMP-1 dans la cornée, nous avons d’abord effectué une comparaison systématique des inhibiteurs de BMP-1 connus ou potentiels, de différentes origines, pour caractériser leurs propriétés à la fois in vitro et dans des cultures cellulaires. Ensuite, nous avons mené une étude approfondie du sécrétome des cellules stromales de la cornée humaine (kératocytes), et des conséquences de la différenciation de ces cellules en myofibroblastes. Enfin, nous avons analysé les événements protéolytiques médiés par BMP-1 dans le sécrétome des kératocytes en utilisant principalement une approche de protéomique quantitative basée sur le marquage iTRAQ des protéines entières (technique TAILS). La comparaison des inhibiteurs disponibles de BMP-1 a permis de mettre en évidence différents profils d’efficacité, de spécificité et de toxicité et a conduit à l’identification d’un inhibiteur hydroxamate et d’un inhibiteur protéique efficaces, peu toxiques et très spécifiques de BMP-1. Le sécrétome des kératocytes s’est avéré être un modèle adéquat pour l’étude des activités de BMP-1 dans le contexte cornéen. Plus de 2022 protéines ont été identifiées, dont la métalloprotéase BMP-1 et 16 de ses 33 substrats connus jusqu’à présent. Enfin, 76 protéines modifiées par l’activité de BMP-1 ont été identifiées dans le sécrétome des kératocytes. Ces résultats confirment les liens forts entre BMP-1, l'assemblage de la matrice extracellulaire et le TGF-bêta, mais suggèrent également de nouveaux rôles pour la protéase dans l'inflammation. Certains des substrats nouvellement identifiés (TGFBI, HSP47 et collagène VI) sont très pertinents dans le contexte de la cicatrisation de la cornée et ont été validés d’un point de vue biochimique. En conclusion, BMP-1 est confirmée comme une cible potentielle intéressante pour traiter ou prévenir la formation des opacités cornéennes et la caractérisation des inhibiteurs disponibles ouvre des perspectives importantes pour des études précliniques chez l’animal / When the cornea is injured, a complex multi-step healing process is triggered which aims at restoring corneal integrity, structure and transparency. However, in some cases, corneal healing results in the formation of a stable scar associated with a prolonged loss of corneal transparency and with functional blindness. The mechanisms involved in the formation of these persistent scars are still not fully understood but it is known that the composition and organization of the extracellular matrix significantly contributes to the maintenance of corneal transparency. This work focused on the extracellular metalloproteinase called BMP-1 (Bone Morphogenetic Protein 1), a major player in the control of extracellular matrix assembly and TGF-beta activation, which was previously shown to be up-regulated in corneal healing and scarring. In order to further probe BMP-1 functions in corneal healing, we first performed a systematic comparison of known or potential BMP-1 inhibitors from different origins to characterize their properties both in vitro and in cell cultures. We then carried out an in-depth study of the secretome of human corneal stromal cells (keratocytes) and of the consequences of the differentiation of these cells into myofibroblasts. Finally, we analyzed BMP-1-mediated proteolytic events in keratocyte secretomes, mainly using a quantitative proteomic approach based on iTRAQ labeling of proteins (TAILS technique). The comparison of BMP-1 available inhibitors revealed different profiles of efficacy, specificity and toxicity and led to the identification of one hydroxamate inhibitor and one protein inhibitor, which were very efficient, non-toxic and very specific of BMP-1. The keratocyte secretome was shown to be a suitable model for the study of BMP-1 activities in the corneal context. More than 2022 proteins were identified, including the BMP-1 metalloprotease and 16 of its 33 already known substrates. Finally, 76 proteins modified by BMP-1 activity were identified in the keratocyte secretome. These results confirm the strong links between BMP-1, extracellular matrix assembly and TGF-beta, but also suggest new roles for this protease in cell proliferation and inflammation. Some of the newly identified substrates (TGFBI, HSP47 and collagen VI) are highly relevant in the context of corneal healing and were validated at the biochemical standpoint. In conclusion, BMP-1 is confirmed as a potential target to treat or prevent the formation of corneal opacities and the characterization of available inhibitors opens up important perspectives for preclinical studies in animals

Les patients atteints de cécité cornéenne résultant d'une maladie ou d'une blessure dans de nombreux pays ne seront probablement pas transplantés avec des cornées de donneurs humains en raison d'une grave pénurie mondiale de tissus de donneurs. Cependant, même si des cornées de donneurs étaient disponibles, les patients présentant une inflammation ou une maladie grave ne seraient pas aidés car ils courent un risque élevé de rejet des cornées de donneurs car celles-ci contiennent des cellules allogéniques. Les implants cornéens sans cellules qui ne déclenchent pas de rejet ont été développés comme alternatives à la transplantation de donneurs humains par le laboratoire Griffith, et ont montré dans un premier essai clinique chez l'homme qu'ils régénèrent de manière stable le tissu et les nerfs cornéens. Ces implants comprenaient du collagène humain recombinant, la principale protéine structurelle trouvée dans la cornée humaine. Cependant, les collagènes de pleine longueur sont difficiles et coûteux à produire et ne peuvent pas être personnalisés. Une grande variété de peptides plus courts qui imitent le collagène et d'autres molécules de la matrice extracellulaire ont été développés et testés. Cela comprend les peptides hybrides combinant le collagène et la soie (VBsilk). Le but de ma thèse est de confirmer les simulations de VBsilk d'un peptide hybride collagène-soie produit au Griffith Lab. Un autre objectif est de déterminer les conditions de production et de purification pour montrer que le peptide simulé peut être converti en un peptide réel. En bref, l'ADN codant pour une séquence de VBsilk a été cloné dans ClearColi, une souche d'E. Coli à faible endotoxine. Les bactéries ont été cultivées dans des cultures à grand volume. Le VBsilk a été extrait et purifié par FPLC. SDS-PAGE a montré que des bandes de protéines de taille appropriée étaient obtenues. Par conséquent, il est possible de produire le peptide VBsilk. / Patients with cornea blindness resulting from disease or injury in many countries are unlikely to be transplanted with human donor corneas due a worldwide severe shortage of donor tissues. However, even if donor corneas were available, patients with inflammation or severe disease would not be helped as they are at a high risk of rejecting donor corneas as these contain allogeneic cells. Cell-free corneal implants that do not trigger rejection were developed as alternatives to human donor transplantation by the Griffith lab, and shown in a first-in-human clinical trial to stably regenerate corneal tissue and nerves. These implants comprised recombinant human collagen, the main structural protein found in the human cornea. However, full-length collagens are difficult and expensive to produce, and cannot be customized. A wide variety of shorter peptides that mimic collagen and other extracellular matrix molecules have been developed and tested. This includes hybrid peptides combining collagen and silk (VBsilk). The aim of my thesis is to is to confirm simulations of VBsilk, a hybrid collagen-silk peptide that was produced in the Griffith Lab. A further aim is to determine the conditions for the production and purification to show that simulated peptide can be converted into an actual peptide. Briefly, the DNA coding for a VBsilk sequence was cloned into ClearColi, a strain of E. coli with low endotoxin. The bacteria were grown up in large volume cultures. The VBsilk was extracted and purified by FPLC. SDS-PAGE showed that appropriate-sized bands of protein were obtained. Hence, it is possible to produce VBsilk peptide.

Le virus de l'herpès simplex de sérotype 1 (HSV-1) est la plus grande cause de l’aveuglement infectieuse dans les pays développés. Les infections cornéennes à HSV-1 ont plusieurs conséquences, comme la difficulté à éliminer l'infection virale et l'inflammation provoquant une plus grande opacité de la cornée. Une infection cornéenne a montré qu'il y a colocalisation des cellules souches et les cellules amplificatrices transitoires avec le virus, mais le HSV-1 était toujours abondant dans le limbe de l'œil. Pour combattre le virus, anciennes publications ont montré que LL37, une cathélicidine humaine, peut réduire la charge virale. Le GF19, un fragment de LL37 modifié pour favoriser la perméabilité, a été capable de réduire la charge virale in vitro et ex vivo, avec la possibilité d'avoir des effets thérapeutique et préventif. Pour combattre les conséquences inflammatoires, un agoniste cannabinoïde CB2r impliqué dans la modulation de la neuroinflammation, TA-A001, a été testé. Des souris ayant reçu des brûlures alcalines pour induire l’inflammation et ils ont montré de meilleurs résultats cliniques avec le TA-A001 qu'avec le véhicule du médicament seul ou un corticostéroïde, la prednisolone. En conclusion, il apparaît que l’HSV-1 infecte rapidement le limbe, que le GF19 a pu réduire la charge virale, et que le TA-A001 a pu réduire l'inflammation en ayant peu d'effets secondaires. Une combinaison des traitements antiviraux et immunosuppresseurs administrés à la cornée pourrait être examinée plus pour combattre contre les infections à HSV-1 dans les yeux. / Herpes Simplex Virus serotype 1 (HSV-1) is the most common cause of infectious blindness in developed countries. Little is known about the early events in HSV-1 ocular infections since clinical symptoms often appear a week after infection. There are two significant consequences of HSV-1 corneal infection: the viral impacts of the disease and the inflammatory impacts. In mouse corneas, after HSV-1 infection, viruses localized in the limbal area of the cornea. However, there was no/little immunohistochemical co-localization with the stem cells or transient amplifying cells. Previous work has shown that LL37, a human cathelicidin, can reduce the viral burden. GF19, a fragment of LL37 with a modification to promote permeability, reduced viral loads in vitro and in ex vivo corneas. To combat the inflammatory consequences of HSV-1 infection, a cannabinoid CB2r agonist implicated in neuroinflammation modulation, TA-A001, was tested. Mice given alkali burns to induce inflammation showed better clinical results with TA-A001 than with the drug’s vehicle alone or a corticosteroid, prednisolone. In conclusion, it appears that HSV-1 quickly infects the limbus, GF19 was able to reduce viral burden, and CB2 agonists such as TA-A001 could reduce inflammation with few side effects. A combination of the anti-viral and immunosuppressant treatments could be a potential HSV-1 treatment.

Le contrôle de la transparence de la cornée dépend de l'intégrité de l'endothélium cornéen mono-stratifié qui est classiquement considéré dès la naissance, dépourvu de capacité de régénération chez l'homme. Dans des conditions pathologiques conduisant à la cécité par œdème cornéen, les pertes significatives en cellules endothéliales (CE) ne sont pas remplacée efficacement, ce qui signifie que ni de nouvelles CE provenant de cellules souches (CS), ni la division des cellules voisines des lésions ne peuvent contribuer à la régénération endothéliale. Toutefois, plusieurs travaux ont prouvé depuis 25 ans que les CE possédaient une capacité proliférative résiduelle ex vivo et deux équipes ont suggéré l'existence de CS ou de progéniteurs à la périphérie de l'endothélium cornéen. Dans notre travail de thèse, nous avons tout d'abord optimisé, en la systématisant, une technique d'immunomarquage spécialement adaptée à l'endothélium cornéen intact de cornées montées à plat. A l'issue de ces développements, nous disposons de protocoles simples de fixation à température optimale et de démasquages antigéniques susceptibles de permettre la révélation de nombreuses protéines. A partir d'une importante série de cornées humaines non conservées et d'autres conservées en organoculture, et grâce à cet outil désormais efficace, nous avons étudié le cycle cellulaire des CE et la localisation de potentielles CS sur l'endothélium cornéen humaine. Nos résultats démontrent que dans ces conditions, les CE expriment de façon homogène des régulateurs positifs (PCNA, MCM2, cycline D1, cycline E et cycline A) et des régulateurs négatifs du cycle cellulaire (P16, P27); certaines particularités ont par ailleurs pu être décrites de façon innovante, comme la localisation cytoplasmique diffuse de MCM2, paranucléaire de la cycline D1, l'absence de P21. L'ensemble des marquages pourrait suggérer que les CE sont arrêtées en fin de G1, après le point de restriction et que de nombreux mécanismes de réparation de l'ADN sont mis en jeux dans les CE exposées à un stress oxydant important tout au long de l'existence. Nous avons identifié une nouvelle organisation de la micro-anatomie de la périphérie et de l'extrême périphérie de l'endothélium où des cellules regroupées en multiples clusters pluristratifiés semblent alimenter des colonnes de CE radiaires longues d'un millimètre. Ces éléments, associés à l'observation d'une moindre différenciation et d'une compétence proliférative plus élevés en périphérie suggèrent un nouveau modèle d'homéostasie endothéliale humaine in vivo: toute la vie, des CS périphériques alimentent de façon très lente la périphérie cornéenne en CE qui migrent de façon centripète pour assurer la stabilité du centre cornéen dont les propriétés optiques primordiales sont sous-tendues par un endothélium qui ne perd que 0,6% de CE par an. A la différence de l'épithélium cornéen, ce système ne peut être accéléré lors de circonstances pathologiques. Les perspectives de nos travaux sont désormais d'essayer d'isoler de l'extrême périphérie les CS endothéliales ou les progéniteurs et de les cultiver en recréant un microenvironnement favorable. La possibilité de produire un grand nombre de CE in vitre non pas à partir de CE sénescentes prélevées sur la totalité de l'endothélium comme cela a été tenté par la passé, mais cette fois à partir de CS ou des progéniteurs ouvriraient la voie d'une véritable thérapie cellulaire endothéliale. L'enrichissement des greffons pendant la durée de leur conservation à la banque de cornée pourrait constituer une première étape majeure avant d'envisager créer de novo un endothélium sur un support greffable pour une greffe endothéliale du 3e type qui deviendrait ainsi enfin indépendante des aléas de la découpe du greffon. Enfin, l'ïdentification de la CS endothéliale et de son microenvironnement permettra aussi d'envisager une thérapie cellulaire in vivo pour traiter les stades précoces des pathologies endothéliales cornéennes

Plusieurs questions concernant les mécanismes de différenciation de l'épithélium cornéen ont été abordées: premièrement, le cristallin est-il réellement l'inducteur de la cornée? La kératine 12 (K12) est-elle spécifique de l'épithélium cornéen ou bien est-elle exprimée aussi dans d'autres épithélia? Enfin, quels sont les rôles respectifs du gène Pax6, le chef d'orchestre de la morphogenèse oculaire et des messages qui pourraient être transmis par le stroma cornéen?<br /> Chez l'embryon de poulet de 2/3 jours, Pax6 est exprimé dans les noyaux non seulement des futurs tissus oculaires, mais aussi dans le cerveau, ainsi que dans l'épithélium nasal et oral. Après l'individualisation de la cornée, Pax6 continue d'être exprimé tout au long de la vie non seulement embryonnaire, mais aussi de la vie adulte. Par contre, l'expression de Pax6 est éteinte après 7 jours d'incubation dans l'épithélium nasal et oral.<br /> L'expression de K12, marqueur de différenciation de l'épithélium est facilement observable seulement à partir d'un stade embryonnaire relativement avancé : 14 jours d'incubation pour le poulet, 21 jours de gestation pour le lapin, et tout au long de la vie adulte. Cette expression est spécifique de l'épithélium cornéen.<br /> J'ai transfecté le cDNA codant pour une forme active de Pax6 (couplée à l'activateur VP16) chez l'embryon de poulet de 2.5 à 3 jours d'incubation, par la technique d'électroporation in ovo. Le résultat est une orientation dorso/ventrale anormale de l'œil, montrant l'importance d'une régulation fine et précise de la quantité et de la localisation de la protéine Pax6. Cependant aucune formation ectopique de tissus oculaires n'en a résulté.<br /> J'ai étudié le rôle du cristallin, présenté comme l'inducteur de la cornée. Contrairement à ce qui a été publié antérieurement, celui-ci est seulement requis pour la croissance de l'œil mais ni pour la migration des fibroblastes formant le stroma de la cornée, ni pour l'expression de K12 dans son épithélium.<br /> Afin d'étudier la question du rôle éventuel du stroma lors de l'activation des gènes Pax6, puis K12, j'ai réalisé plusieur types de recombinaisons épithélio/mésenchymateuses. Les recombinants ont été greffés sous la capsule du rein de souris athymique. Les expériences réalisées avec les tissus d'embryon de poulet montrent que Pax6 peut être éteint et le futur épithelium cornéen transformé en épiderme et en plumes seulement avant 5 jours d'incubation. En collaboration avec le Dr. David Pearton, nous avons montré que au contraire chez les mammifères, Pax6 peut être éteint et la formation d'un épiderme et de follicules pileux obtenus même à partir d'un épithélium cornéen prélevé chez l'adulte. <br /> L'insuffisance du nombre de donneurs pour les greffes de cornée est un challenge. Nous nous sommes donc demandés si la transformation inverse de divers épithéliums en épithélium cornéen ètait réalisable. Ni l'association avec un stroma cornéen, ni la transfection de Pax6 n'a permis d'obtenir ce résultat.

La bioingénierie de greffons endothéliaux cornéens est une des solutions réalistes en cours de développement dans quelques laboratoires pour palier au grand déséquilibre entre pénurie mondiale de dons de cornée et besoins immenses et croissant des populations. Cette véritable médecine régénérative consistera à injecter des cellules endothéliales (CEs) dans la chambre antérieure aux stades précoces des dystrophies endothéliales et, pour les stades avancées des pathologies endothéliales, à reconstruire in vitro des greffons endothéliaux composés d'un support transparent et biocompatible colonisé par une monocouche des CEs. Dans les 2 cas, la première étape obligatoire est la production de masse de CEs ou de "CE-like". Dans ce travail, nous avons exploré les différentes possibilités pour obtenir suffisamment de CEs fonctionnelles pour envisager des applications cliniques : 1- L'expansion de CEs natives prélevées sur des cornées de donneurs, ou culture primaire, se heurtent aux capacités prolifératives limitées des CEs in vitro. Un des prérequis étant la compréhension des mécanismes d'arrêt de la prolifération des CEs humaines, nous avons fait la synthèse bibliographique des connaissances sur leur cycle cellulaire et leur sénescence, et présentons 2 articles originaux: le premier utilise un microarray spécifique de 112 gènes de contrôle du cycle cellulaire pour comparer les profils transcriptionnels des CEs de 6 modèles biologiques comportant théoriquement un stimulus prolifératif croissant: in vivo, post mortem, organoculture, culture primaire confluente, culture primaire non confluente et lignée immortalisée. Nous identifions de nombreux acteurs impliqués dans l'arrêt du cycle, en particulier ceux impliquant une réponse à des dommages oxydatifs de l'ADN. Le second article explore les capacités prolifératives résiduelles des CEs de donneurs âgés de plus de 50 ans, sont les plus nombreux en Europe et donc les pourvoyeurs habituels de CEs pour la bioingénierie. Nous montrons qu'une optimisation des techniques de culture permet d'obtenir in vitro une mosaïque endothéliale de 2000 cellules/mm2. Enfin, un troisième article montre qu'un stimulus physique inattendu constitué d'un train d'impulsion électrique permet d'obtenir un très grand nombre de figures mitotiques mais uniquement dans des zones de faible DCE, démontrant encore une fois l'importance majeur de l'inhibition de contact dans l'arrêt prolifératif. 2- La sélection et l'expansion, par culture en sphère, des progéniteurs endothéliaux de la périphérie endothéliale pourrait être un moyen de contourner la sénescence de la majorité des CEs. La synthèse bibliographique montre que la plupart des travaux publiés émanent d'une seule équipe japonaise. Dans notre second article, nous avons montré l'existence de rares "label-retaining cells" dans les cornées de donneurs âgés, qui pourraient correspondre à ces progénieteurs. Nous avons aussi montré qu'il était possible d'obtenir des sphères avec ces donneurs. 3- La différenciation de cellules souches embryonnaires, mésenchymateuses ou des cellules pluripotentes induites est enfin la troisième voie qui pourrait permettre de produire des CEs en grand nombre. La méthode d'induction de la différenciation pourrait reproduire le schéma physiologique et désormais bien caractérisé de formation de l'endothélium à partir du mésenchyme périoculaire dérivé de la crête neurale et que nous rappelons au début de notre mémoire bibliographique. Nous rappelons également les méthodes utilisables pour caractériser les cellules obtenues: vérification de leur identité par immunomarquage d'un panel de protéines caractéristique (en absence de marqueur unique spécifique) et vérification de leur fonctionnalité par mesures de leurs capacités de pompage ionique, au minimum de façon indirecte sur chambre d'électrophysiologie de type Ussing, au mieux de façon directe en quantifiant la déturgescence d'une cornée humaine conservée dans le bioréacteur breveté du BiiGC / Corneal endothelial engineering is becoming a more and more realistic solution to restore vision from corneal edema. This method focus to regenerate corneal endothelium by direct injection of corneal endothelial cells (ECs) into patient anterior chamber at the early stage of endothelial dystrophies, or by grafting a transparent biocompatible material covered by a monolayer of ECs. These two techniques require both in vitro isolation and amplification of ECs or endothelial-like cells. In this thesis, different strategies to obtain a high quantity of functional ECs for clinical application are explored: 1- Due to the limit proliferative capacity of EC, the first strategy consists to analyze mechanisms implicated EC cell cycle arrest and then to optimize protocol for native EC isolation or for cell proliferation activation ex vivo. This is summarized in three publications. The first publication describes the cell cycle regulation by comparing transcriptional expression of 112 genes in 6 biological models of EC with different proliferative profile: in vivo, postmortem, organ-culture, confluent primary culture, non confluent primary culture and immortalized cell line. , The key molecular actors identified using the combining microarray analysis and gene ontology methods are consistent with previous findings about oxidative DNA damage mechanism. The second publication characterizes EC differentiation process and its impact on EC proliferative capacity in old donor corneas. Analyses of differentiation/progenitor markers and of proliferative capacity underline the differentiation process of EC from the centre to the peripheral corneal endothelium. Thereby, an optimized culture protocol was developed, allowing the formation of high-density monolayer (> 2000 cells/mm2) with stable endothelial morphology. We proved the possibility to make profit from a majority of old-donor cornea grafts invalidated for penetrating graft In the third publication, the activation of endothelial cell cycle by electric pulses directly in corneal graft was characterized. We confirm the activation of endothelial cell cycle at different phases but also the damage of tissue during electroporation. 2- Second strategy consists of the amplification of ECs from potential EC progenitors. Using sphere forming culture and a new method to detect slow-cycling cells, we demonstrate the existence of "young" ECs population with higher proliferative capacity in corneal periphery. The isolation of ECs by sphere formation is one possible step for ECs selection in vitro. 3- The differentiation of embryonic stem cells, mesenchymal stem cells or induced pluripotent stem cells into corneal endothelial cells is the third approach considered by our laboratory. The manipulation of stem cells differentiation would be based on the molecular mechanisms implicated in the formation of corneal endothelium from periocular mesenchymal cells described in the first part of the bibliography. Finally, in order to validate the quality of endothelial cell mass obtained, we revisited recent methods for the evaluation of corneal endothelial identity (immunolocalisation of specific markers), for the measurement of pump activity of cell monolayer (Ussing chamber, perfusion chamber) or directly in deswelled cornea using the bioreactor patented by the BiiGC laboratory

La kératite à Acanthamoeba (KA) est une kératite infectieuse rare et grave,potentiellement cécitante. L'infection est causée par Acanthamoeba spp., unprotozoaire ubiquitaire présent dans le sol, l'air et l'eau. Jusqu'à 85% des cas de KAsont associés au port de lentilles cornéennes, et plus rarement suite à untraumatisme.Actuellement, aucune molécule n’a d’autorisation de mise sur le marché danscette indication dans l'Union européenne et aux États-Unis. Ces dernières années,des combinaisons d'agents anti-amibiens tels que les biguanides et les diamidinesont été utilisées comme traitement de référence. Cependant, les schémasthérapeutiques et les concentrations d'agents actifs reposent sur des donnéesempiriques. Récemment, le voriconazole, antifongique triazolé, a été utilisé avecsuccès pour traiter des KA humaines. Malgré cela, la communauté ophtalmologiquese heurte le plus souvent dans les formes sévères à de grandes difficultés de prise encharge et se retrouve parfois en situation d’impasse thérapeutique. La pertefonctionnelle et anatomique de l’oeil est encore possible.A partir d’un modèle de KA chez le rat, plusieurs molécules et voiesd’administration ont été testées. Dans une première partie, en lien avec projeteuropéen ODAK (Orphan drug for Acanthamoeba Keratitis), nos travaux ont suggéréqu’une concentration de collyre PHMB supérieure ou égale à 0,04% devait êtrepréférée. Dans une deuxième partie, nous avons pu montrer la supériorité duvoriconazole en collyre par rapport à la voie orale. Enfin, l’étude de lapharmacocinétique du voriconazole et du posaconazole après injections directesintracornéennes, démontre leur faible utilité en clinique humaine du fait de lafréquence nécessaire de réinjection, bien que des analyses complémentairesconcernant le posaconazole en collyre pour confirmer son intérêt soient nécessaires.L'ensemble de ces travaux pourrait permettre d’adapter les protocolesthérapeutiques de la KA. / Acanthamoeba keratitis (AK) is a rare and severe form of infectious keratitis,which is potentially sight-threatening. The infection is caused by Acanthamoeba spp.a common protozoan present in soil, air and water. Up to 85% of AK cases areassociated with contact lens wearing, more rarely after corneal injury.Currently, there are no agents approved for the treatment of AK in theEuropean Union or in the United States of America. In recent years, combinations ofunlicensed anti-amoebic agents such as biguanides and diamidines have been usedas the reference treatment. Treatment regimens and concentrations of active agentsare based on empirical data. Recently, voriconazole, a mono-triazole, wassuccessfully used to treat cases of human AK. Despite this, the ophthalmologicalcommunity is most often faced with severe forms of the disease with severemanagement difficulties and sometimes with a situation of therapeutic impasse. Thefunctional and anatomical loss of an eye can occur.Several agents and routes of administration have been tested in a rat model ofAK. First, as part of the European ODAK project (Orphan drug for AcanthamoebaKeratitis), our work suggested that a concentration of PHMB eye drops greater thanor equal to 0.04% should be preferred. Second, we were able to show the superiorityof voriconazole in eye drops compared to the oral route. Finally, our study on thepharmacokinetics of voriconazole and posaconazole after intrastromal injections,demonstrates their low utility in human because of the need for frequent reinjection.Nevertheless, additional analyses are necessary to confirm the interest ofposaconazole eye drops. All of this work could make it possible to adapt thetherapeutic protocols of AK.