Un déséquilibre dans les mécanismes de défense de la cornée peut entraîner une invasion par des micro-organismes (MO) et générer une kératite infectieuse (KI), ou encore un syndrome sec. Les KI sont la première cause de cécité monoculaire. Le syndrome sec, également fréquent, est sujet à de nombreuses études cliniques pour l’évaluation de nouveaux traitements. L’objectif de cette thèse est de mettre au point des méthodes d’imagerie pour le diagnostic et le suivi des pathologies de la surface oculaire au travers de deux projets innovants : 1/ le projet FLUOCOR consistant à développer une solution complète de diagnostic rapide in vivo des MO les plus souvent responsables des KI afin de débuter immédiatement le traitement adapté et améliorer le pronostic visuel final. Cette solution comprendra des BioMarqueurs fluorescents (BMfs) spécifiques des agents infectieux, fluorescents dans le rouge ou le proche infrarouge non éblouissant et un nouvel instrument optique de détection. Des BMfs basés sur le couplage de BODIPY innovant avec des molécules ciblant les MO ont été obtenus. Des tests in vitro ont montré une bonne spécificité mais les tests ex vivo sur cornées humaines ont montré une fixation non spécifique sur les cellules épithéliales. Pour pallier ce manque de spécificité, le couplage de ces BODIPY sur des anticorps dirigés contre les MO est en cours. 2/ le projet FLUOSCOPE qui a permis de développer une nouvelle stratégie d’imagerie de la surface oculaire pour le suivi du syndrome sec, de la méthode d’instillation des colorants jusqu’au traitement d’images, en passant par la conception d’un instrument optique désormais industrialisé par les laboratoires Théa. / An imbalance in the defence system of cornea can result in several diseases, like infectious keratitis (IK) in case of invasion by microorganisms (MO) or dry eye in case of insufficient tear quality and/or quality. IK are the first cause of unilateral blindness worldwide. Sicca syndrome, also frequent, is the subject of numerous clinical trials assessing new treatments. The aim of the PhD Thesis work is to develop new imaging methods for the diagnosis and follow-up of diseases of the ocular surface. Two innovative project were conducted: 1/ the FLUOCOR project consists in developing a complete solution of rapid in vivo etiologic diagnosis of IK, for the most frequent and/or severe infections to allow rapid starting of the most adapted treatment in order to improve the final visual prognosis. This solution will comprise fluorescent biomarkers (excitable by sustainable non blinding red or near infrared lights) specific to the target MO, and a new optical imaging device for their detection. Biomarkers based on new BODIPY coupled with molecules targeting the MO were obtained with a good in vitro specificity. Nevertheless, on ex vivo human corneas they stained superficial epithelial cells. In order to overcome this difficulty, the coupling of BODIPY on specific antibodies targeting the MO is ongoing; 2/ the FLUOSCOPE project that allowed development of a new strategy of ocular surface imaging for the diagnosis and follow up of sicca syndrome. The complete chain was revisited from the instillation of the dye to the objective quantification of staining by image analysis, through the development of a prototype of imaging device, now industrialized by les Laboratoires Thea.

L'objectif de ce travail de recherche est le développement, la mise au point et la validation d'une méthode de spectroscopie multi-modalités en diffusion élastique et autofluorescence pour caractériser des tissus biologiques in vitro et in vivo. Ces travaux s'organisent en quatre axes.<br />La première partie des travaux présente l'instrumentation : développement, réalisation et caractérisation expérimentale d'un système de spectrométrie bimodale multi-points fibrée permettant l'acquisition de spectres in vivo (distances variables, acquisition rapide).<br />La deuxième partie porte sur la modélisation des propriétés optiques du tissu : développement et validation expérimentale sur fantômes d'un algorithme de simulation de propagation de photons en milieux turbides et multi-fluorescents.<br />La troisième partie propose une étude expérimentale conduite ex vivo sur des anneaux artériels frais et cryoconservés. Elle confirme la complémentarité des mesures spectroscopiques en diffusion élastique et autofluorescence et valide la méthode de spectroscopie multi-modalités et l'algorithme de simulation de propagation de photons. Les résultats originaux obtenus montrent une corrélation entre propriétés rhéologiques et optiques.<br />La quatrième partie développe une seconde étude expérimentale in vivo sur un modèle pré-clinique tumoral de vessie. Elle met en évidence une différence significative en réflectance diffuse et/ou en autofluorescence et/ou en fluorescence intrinsèque entre tissus sains, inflammatoires et tumoraux, sur la base de longueurs d'onde particulières. Les résultats de la classification non supervisée réalisée montrent que la combinaison de différentes approches spectroscopiques augmente la fiabilité du diagnostic.

AL’objectif de ce travail de recherche est le développement, la mise au point et la validation d’une méthode de spectroscopie multi-modalités en diffusion élastique et autofluorescence pour caractériser des tissus biologiques in vitro et in vivo. Ces travaux s’organisent en quatre axes. La première partie des travaux présente l’instrumentation : développement, réalisation et caractérisation expérimentale d’un système de spectrométrie bimodale multi-points fibrée permettant l’acquisition de spectres in vivo (distances variables, acquisition rapide). La deuxième partie porte sur la modélisation des propriétés optiques du tissu : développement et validation expérimentale sur fantômes d’un algorithme de simulation de propagation de photons en milieux turbides et multi-fluorescents. La troisième partie propose une étude expérimentale conduite ex vivo sur des anneaux artériels frais et cryoconservés. Elle confirme la complémentarité des mesures spectroscopiques en diffusion élastique et autofluorescence et valide la méthode de spectroscopie multi-modalités et l’algorithme de simulation de propagation de photons. Les résultats originaux obtenus montrent une corrélation entre propriétés rhéologiques et optiques. La quatrième partie développe une seconde étude expérimentale in vivo sur un modèle pré-clinique tumoral de vessie. Elle met en évidence une différence significative en réflectance diffuse et/ou en autofluorescence et/ou en fluorescence intrinsèque entre tissus sains, inflammatoires et tumoraux, sur la base de longueurs d’onde particulières. Les résultats de la classification non supervisée réalisée montrent que la combinaison de différentes approches spectroscopiques augmente la fiabilité du diagnostic. / This research activity aims at developing and validating a multimodal spectroscopy method in elastic scattering and autofluorescence to characterize biological tissues in vitro and in vivo. It is articulated in four axes. At first, instrumentation is considered with the development, the engineering and the experimental characterization of a fibers bimodal, multi-points spectrometry system allowing the acquisition of spectra in vivo (variable distances, fast acquisition). Secondly, the optical properties of tissues are modelled with the development and the experimental validation on phantoms of a photons propagation simulation algorithm in turbids media and multi-fluorescent. Thirdly, an experimental study has been conducted ex vivo on fresh and cryopreserved arterial rings. It confirms the complementarity of spectroscopic measurements in elastic scattering and autofluorescence, and validates the method of multi-modality spectroscopy and the simulation of photons propagation algorithm. Results have well proved a correlation between rheological and optical properties. Finally, one second experimental study in vivo related to a pre-clinical tumoral model of bladder has been carried out. It highlights a significant difference in diffuse reflectance and/or autofluorescence and/or intrinsic fluorescence between healthy, inflammatory and tumoral tissues, on the basis of specific wavelength. The results of not supervised classification show that the combination of various spectroscopic approaches increases the reliability of the diagnosis.