Les agressions graves de la surface oculaire peuvent se compliquer d'ulcérations cornéennes épithéliales, de néovascularisation, d'opacification et d'inflammation chroniques, échappant à tout traitement médical. Les progrès dans la compréhension de la physiologie du renouvèlement de l'épithélium et du stroma cornéen ont permis d'introduire une approche thérapeutique, la greffe de cellules souches. L'objectif de notre étude est d'apporter une source de cellules souches cornéennes par thérapie cellulaire afin de restituer une fonction épithéliale et stromale permettant l'obtention d'une cornée claire chez l'animal. Les cellules souches épithéliales limbiques (LSC) et les cellules stromales limbiques (SSC) ont été isolées dans un milieu exempt de produits animaux tout en gardant leur caractère indifférencié. L'effet régénérateur des SSC a été étudié in vivo dans un modèle de fibrose cornéenne chez la souris. Les SSC ont été injectées dans le stroma cornéen et ont permis la restitution d'un stroma organisé et d'une cornée transparente. Le projet a aussi consisté à élaborer et mettre en forme une matrice à base de collagène I afin de favoriser la culture concomitante de tous les types cellulaires présents dans la cornée tout en préservant organisation, transparence et propriétés mécaniques. La connaissance des conditions physico-chimique du collagène a permis de produire des matrices transparentes qui ont pu être colonisées par les SSC et les LSC. Notre étude ouvre de nouvelles perspectives dans le traitement des pathologies provocant des opacités cornéennes afin de faire face au manque de dons de cornée. / Cornea, the outer part of the eye, features high transparency crucial for good vision. The maintenance of a healthy cornea is linked to the presence of corneal stem cells in the limbus (peripheral region of the cornea). Several diseases can lead to its opacification requiring transplantation of donor tissue to restore vision. Although corneal transplantation has achieved clinical success, there is a shortage of donor corneas worldwide. To solve this problem, cell therapy and tissue-engineered artificial cornea are promising approaches that could eventually outperform current treatment. Corneal epithelial stem cells (LSC) and stromal stem cells (SSC) were isolated in feeder free and xeno free medium. The therapeutic effect of SSC was investigated in vivo by their injection in mouse cornea treated with liquid nitrogen. SSC have the ability to restore the extracellular matrix organization and corneal transparency. Transparent collagen I fibrillated matrices have been synthesized and were evaluated for fibril organization, transparency, mechanical properties and their ability to be repopulated by corneal stromal stem cells and to support limbal epithelial stem cell growth. We show that the matrices were organized and transparent. SSC and LSC were able to repopulate and to grow into the collagen matrix. These cells present a potential for stem cell-based treatment of corneal blindness.

Les encéphalites limbiques à autoanticorps anti-CASPR2 sont des atteintes du système nerveux central caractérisées par des troubles de la mémoire et des crises d’épilepsie. La protéine CASPR2 (Contactin-associated protein-like 2), avec son partenaire TAG-1, est connue pour son rôle dans le rassemblement des canaux potassiques voltage-dépendants (Kv1.1 et Kv1.2) dans la région juxtaparanodale des nœuds de Ranvier ; régions essentielles pour la conduction rapide des messages nerveux. Par ailleurs, de plus en plus d’études suggèrent un rôle de CASPR2 dans la plasticité synaptique et l’excitabilité neuronale, en lien avec les symptômes observés chez les patients présentant des anticorps anti-CASPR2. Cependant, le rôle pathogénique des anticorps anti-CASPR2 dans les encéphalites limbiques reste loin d’être compris. Au cours de ma thèse, j’ai souhaité améliorer la connaissance des mécanismes pathologiques des anticorps anti-CASPR2 de patient dans l’encéphalite limbique auto-immune. Pour cela, j’ai déterminé les caractéristiques biologiques des anticorps anti-CASPR2, suggérant un rôle direct des anticorps sur la fonction de CASPR2 en ciblant les domaines N-terminaux de la protéine. De plus, j’ai identifié deux mécanismes d’action potentiels des anticorps anti-CASPR2 sur l’interaction entre CASPR2 et TAG-1 et sur l’expression des canaux Kv1.2 en surface. Ces travaux impliquent d’avantage les anticorps anti-CASPR2 dans la pathogénicité des encéphalites limbiques auto-immunes / Anti-CASPR2 autoimmune limbic encephalitis is a central nervous system disorder characterized by memory disorders and epilepsy. CASPR2 (Contactin-associated protein-like 2) with its partner TAG-1, is known for its role in the clusterisation of voltage-dependent potassium channels (Kv1.1 and Kv1.2) in the juxtaparanodal region of node of Ranvier; which are essential for the rapid conduction of nerve signals. In addition, an increasing number of studies suggest a role of CASPR2 in synaptic plasticity and neuronal excitability, in relation with the symptoms observed in patients with anti-CASPR2 antibodies. However, the pathogenic role of anti-CASPR2 antibodies in limbic encephalitis remains far from clear. During my thesis I wished to improve our understanding of the mechanisms mediated by anti-CASPR2 antibodies in limbic encephalitis. To this end, I determined the biological characteristics of anti-CASPR2 antibodies, suggesting a direct role of antibodies on CASPR2 function by targeting its N-terminal domains. Furthermore, I identified two potential mechanisms of anti-CASPR2 antibodies on CASPR2/TAG-1 interaction and on Kv1.2 cell surface expression. These works further implicate anti-CASPR2 antibodies in the pathogenicity of autoimmune limbic encephalitis

Optimiser le diagnostic paraclinique prédictif et non invasif du déficit en cellules souches limbiques (DCSL) : in vitro après empreinte cytologique (EC) par la recherche immunohistochimique (IH) de marqueurs pertinents et par reverse-transcription polymerase chain reaction (RT-PCR), technique de haute sensibilité ; in vivo par microscopie confocale (MCIV). Matériel et Méthodes: La preuve diagnostique de DCSL est la présence de cellules conjonctivales au sein de la cornée, la persistance de cellules cornéennes signant un DCSL partiel. L'EC a été standardisée. La spécificité de chacun des marqueurs cornéens ou conjonctivaux sélectionnés a été recherchée sur des tissus normaux avant d'aborder une étude prospective monocentrique, sur 22 yeux de 18 patients cliniquement suspects de DCSL. Les cellules épithéliales de la cornée centrale étaient recueillies par EC puis transférées sur lame. L'expression des marqueurs de différentiation conjonctivale (K7, K13, K19, MUC5AC) et cornéenne (K12) a été recherchée par IH sur les 22 EC et celle de la MUC5AC par RT-PCR sur 4 d'entre elles. Enfin, la cornée et le limbe de 7 patients ont étés analysés par MCIV. La concordance entre les techniques est évaluée. Conclusion: Ces techniques complémentaires dépendent de l'équipement du service et de l'accessibilité à un laboratoire compétent. Un organigramme décisionnel a été établi pour permettre de faire un diagnostic fiable de DCSL, les examens paracliniques étant inutiles dans certains cas. La recherche IH de kératines conjonctivales K7/K13 et/ou la détection de MUC5AC par RT-PCR sur cellules cornéennes recueillies par EC sont des techniques diagnostiques de haute valeur scientifique, tandis que l'IH K12/MUC5AC doit être abandonnée pour manque de sensibilité et celle de K3/K19 pour manque de spécificité. La MCIV, quand elle est réalisable, est une technique hautement sensible qui permet une quantification du degré de sévérité de la maladie avec une forte concordance avec les autres examens / Purpose: to optimize minimally invasive techniques for diagnosing limbal stem cell deficiency: in vitro after impression cytology (IC) by means of immunocytochemical detection of relevant markers and reverse-transcription polymerase chain reaction (RT PCR), an highly sensitive method; in vivo by confocal microscopy (IVCM). Material and Methods: Presence of conjunctival cells in central cornea was diagnosis proof of LSCD, whereas corneal epithelial cells’ remaining traduces partial LSCD. IC was labeled. Corneal or conjunctival specificity of each marker was previously assessed on healthy tissues. In a prospective case control observational study, 22 eyes of 18 patients clinically suspected of LSCD were enrolled. Epithelial cells from central cornea were collected by IC. Conjunctival (K7, K13, K19, MUC5AC) and corneal (K12) differentiation markers were assessed by immunocytochemistry on each of 22 eyes and MUC5AC RT-PCR was assessed for 4 of them. Cornea and limbus of 7 eyes were assessed by IVCM. The inter-examination agreement was determined. Conclusion: These techniques require skilled technicians and laboratory facilities. We propose a decision tree model to provide unfailing LSCD diagnosis, complementary examinations being sometimes useless. Clinical examination can lead to LSCD misdiagnosis. Immunostaining of conjunctival keratins K7 and K13 as well as MUC5AC detection by RT-PCR are highly effective methods whereas MUC5AC/K12 immuno staining are not sensible and both K3 and K19 are not specific. IVCM of great sensitivity if realizable allows quantification of LSCD severity. Combining both methods provides in every case unfailing diagnosis of LSCD and evaluation of the extent of the disease with high agreement

Certaines brûlures oculaires graves ou d'autres pathologies oculaires rares peuvent être associées à une perte totale de cellules souches épithéliales de la cornée (DCSL), ce qui conduit à une opacification de la cornée par invasion de la conjonctive. Lorsque la DCSL est totale et bilatérale, le limbe controlatéral n'est pas disponible pour la greffe de limbe autologue ou la culture de cellules souches autologues limbiques et la transplantation allogénique de la cornée est impossible car toujours rejetée en raison de la néovascularisation. Une thérapie innovante testée avec succès au sein de notre laboratoire, en collaboration avec le service d'ophtalmologie des HCL, consiste en une greffe autologue de Feuillet Epithélial (FE) dérivé de Muqueuse Orale (MO). Cette approche permet de restaurer la transparence et autorise, si nécessaire, une greffe cornéenne complémentaire. Cette technique a montré son efficacité lors d'un essai clinique conduit dans notre hôpital mais le dispositif breveté permettant le détachement non enzymatique des feuillets cultivés n'est plus disponible en Europe. Nous avons donc mis au point un nouveau procédé de production de FE dérivant de la MO dont la preuve de concept a été obtenue à partir d'études in-vitro et ex-vivo. En effet, un détachement avec 0,5 mg / mL de collagénase n'endommage pas le FE de MO et les protéines de la membrane basale, et, dans un modèle de stroma porcin exvivo, ces feuillets adhérents au stroma, continuent à se renouveler sous la forme d'épithélium différencié. De plus, dans le cas d'une opacité stromale associée à une DCSL, une greffe secondaire de cornée est nécessaire pour améliorer l'Acuité Visuelle (AV), c'est pourquoi nous avons cherché à développer pour ces patients à haut risque de rejet, un stroma décellularisé. Ce stroma pourrait également répondre à la pénurie de cornées dans les pays en voie de développement grâce à sa conservation longue et facile. La lyophilisation a été combinée à la décellularisation des cornées au SDS à 0,1 %, validée sur les cornées humaines sur le maintien de leur transparence et de l'ultrastructure du stroma associé à l'absence des antigènes HLA-ABC et HLA-DR. Enfin, dans un modèle de Kératoplastie Lamellaire Antérieure Profonde (KLAP) ex-vivo, nous avons montré que les cellules épithéliales et stromales de la cornée humaine receveuse colonise le stroma décellularisé. Ainsi, nos travaux permettent de proposer un traitement des DSCL totales et bilatérales associées ou non à une atteinte du stroma / Some severe ocular burns or other rare ocular pathologies may be associated with a complete loss of corneal epithelial stem cells (LSCD), leading to an opacification of the cornea by invasion of the conjunctiva. When DCSL is total and bilateral, contralateral limbus is not available for autologous limb transplant or limbal autologous stem cell culture, and allogeneic transplantation of the cornea is not an option since neovascularization is constantly responsible for graft rejection. An innovative therapy tested with success in our laboratory, in collaboration with the ophthalmology department of the HCL, consists in an autologous Epithelial Cell Sheet (ECS) graft derived from Oral Mucosa (MO). This approach restores transparency and allows in a second step a complementary corneal graft when necessary. This technique has been shown to be effective in a clinical trial conducted in our hospital, but the patented device for the non-enzymatic detachment of cultivated ECS is no longer available in Europe. We have therefore developed a new method for the production of ECS from OM, the proof of concept of which has been obtained from in-vitro and ex-vivo studies. Indeed, detachment with 0.5 mg / mL of collagenase does not damage ECS from OM and basement membrane proteins, and in an ex-vivo porcine stroma model, these cell sheets adhered on corneal stroma, continued to self-renew and generated a differentiated epithelium. Since stromal opacity associated with DCSL requires a secondary corneal graft to improve Visual Acuity (VA), we also sought to develop for these patients with high rejection risk, a new approach for the generation of decellularized stroma. Such a procedure for the production of decellularized stroma was also aimed at allowing a money-saving and reliable long-term storage for stromal grafts and thus circumventing the shortage of corneas in developing countries. Our process, combining lyophilization with decellularization of the corneas at 0.1 % SDS, was validated on human corneas regarding the maintenance of stroma transparency, the stromal ultrastructure associated with the absence of HLA-ABC and HLA-DR antigens. Finally, in an ex-vivo model of Deep Anterior Lamellar Keratoplasty (DALK), we have shown that the epithelial and stromal cells of the recipient human cornea colonized efficiently the decellularised stroma. Overall, our work makes it possible to propose a treatment for total and bilateral LSCD associated or not with lesions of the stroma