Le glaucome représente la première cause de cécité irréversible à l’échelle mondiale. C’est une maladie neuro-dégénérative caractérisée traditionnellement par une pression intraoculaire (PIO) élevée, un dommage du nerf optique et un défaut du champ visuel correspondant. En fait, la PIO élevée constitue le facteur de risque central associé au développement du glaucome. Cependant, en dépit d’un contrôle adéquat de la PIO, la maladie continue à progresser chez certains patients. Cela montre qu’il existe d’autres facteurs impliqués dans la pathogenèse du glaucome. Des études récentes indiquent qu’un dérèglement de l’oxygène est associé à son développement. En utilisant une nouvelle technologie multi-spectrale capable de mesurer la saturation en oxygène (SaO2) dans les structures capillaires de la rétine, cette étude tentera de déterminer si un état d’oxygénation anormal pourrait se retrouver à la papille optique des patients souffrant de glaucome. Une meilleure compréhension du rôle de l’oxygène pourrait aider à améliorer le pronostic du glaucome. Les résultats de l’étude indiquent que le facteur de position (supérieure, temporale et inférieure de la papille optique) n’a aucun effet sur la mesure SaO2 ainsi que sa variabilité chez les patients normaux. La comparaison de la SaO2 entre les sujets normaux et glaucomateux ne montre pas de différence statistiquement significative. En conclusion, la SaO2 «normale» mesurée dans les yeux glaucomateux n'exclut pas nécessairement que l'hypoxie ne soit pas impliquée dans la pathogenèse. Au moment de l’étude, la PIO était bien contrôlée par des médicaments topiques, ce qui pourrait influencer l’oxygénation à la papille optique. / Glaucoma is the leading cause of irreversible blindness worldwide. Traditionally, open-angle glaucoma was defined as a neurodegenerative disease characterized by high intraocular pressure (IOP), progressive retinal cell death with subsequent visual field loss. Elevated IOP has been identified as one of the major risk factors for glaucomatous optic nerve damage. However, adequate IOP control cannot prevent progression of the disease in all patients suggesting that there are other factors involved in the pathogenesis of glaucoma. Recent studies suggest that hypoxia may contribute to the development of glaucoma. Using a new multi-spectral detection system of oxygen saturation (O2Sa), this study determined whether an abnormal state of oxygenation at the optic disc could be found in glaucoma patients. Knowledge about the influence of the oxygen in glaucoma may help to improve the pronostic of the disease. The results of the study indicate that the position factor (superior, temporal and inferior of the optic nerve head) has no effect on the measurement of O2Sa and its variability in normal patients. Comparing the O2Sa between normal subjects and glaucoma subjects shows no statistically significant difference. In conclusion, the «normal» O2Sa measured in glaucomatous eyes does not necessarily exclude that hypoxia is not involved in the pathogenesis of glaucoma because glaucoma patients were under treatment with topical drops that lowered IOP. These medicines could affect the oxygenation of the optic disc.

La rétinopathie diabétique est associée à plusieurs changements pathologiques du lit vasculaire rétinien, incluant l’ouverture de la barrière hémato-rétinienne, l’inflammation vasculaire et la modification du débit sanguin. Récemment, il a été proposé que le récepteur B1 des kinines, qui est surexprimé dans la rétine diabétique, puisse être impliqué dans le développement de ces altérations vasculaires. Ainsi, cette thèse présente les effets de traitements pharmacologiques avec des antagonistes du récepteur B1 sur la perfusion rétinienne, la perméabilité vasculaire, l’infiltration des leucocytes (leucostasie), l’expression de médiateurs de l’inflammation et la production d’anion superoxyde dans la rétine du rat rendu diabétique avec la streptozotocine (STZ). Les résultats obtenus montrent que l’application oculaire (10 µl d’une solution à 1%, deux fois par jour pendant 7 jours) de LF22-0542, un antagoniste hydrosoluble du récepteur B1, bloque significativement l’hyperperméabilité vasculaire, la leucostasie, le stress oxydatif et l’expression génique de médiateurs de l’inflammation (B1R, iNOS, COX-2, VEGF-R2, IL-1β et HIF-1α) dans la rétine chez le rat à 2 semaines de diabète. L’administration orale (3 mg/kg) d’un antagoniste non-peptidique et sélectif pour le récepteur B1, le SSR240612, entraîne une diminution du débit sanguin rétinien 4 jours après l’induction du diabète mais n’a aucun effet sur la réduction de la perfusion rétinienne à 6 semaines. Le récepteur B1 joue donc un rôle protecteur au tout début du diabète en assurant le maintien d’un débit sanguin normal dans la rétine; un effet qui n’est toutefois pas maintenu pendant la progression du diabète. Ces données présentent ainsi la dualité du récepteur B1 avec des effets à la fois protecteurs et délétères. Elles suggèrent aussi un rôle important pour le récepteur B1 dans l’inflammation rétinienne et le développement des altérations vasculaires. Le récepteur B1 pourrait donc représenter une nouvelle cible thérapeutique pour le traitement de la rétinopathie diabétique. / Diabetic retinopathy is associated with retinal vascular changes, including blood retinal barrier breakdown, vascular inflammation and blood flow alterations. It has been proposed that kinin B1 receptor, which is upregulated in the diabetic retina, could be involved in the development of these pathological features of diabetic retinopathy. In a rat model of diabetes induced by Streptozotocin (STZ), the effects of kinin B1 receptor antagonists on retinal perfusion, vascular permeability, leukostasis, gene expression of inflammatory mediators and production of superoxide anion in the retina were evaluated. The results show that in 2-week diabetic rats, topical ocular application of the water soluble kinin B1 receptor antagonist LF22-0542 (10 µl of 1% solution, twice per day) for a 7-day period reverses vascular hyperpermeability, leukostasis, oxidative stress and gene expression of inflammatory mediators (B1R, iNOS, COX-2, VEGF-R2, IL-1β and HIF-1α) in the retina. Single oral administration (3 mg/kg) of SSR240612, a selective non-peptide B1 receptor antagonist, induces a decrease of retinal blood flow in 4-day diabetic rats but has no effect on retinal blood flow reduction present at 6 weeks of diabetes. Therefore, B1 receptor has a protective role in early diabetes by preserving a normal blood flow in the retina. These data suggest that B1 receptor exerts protective and adverse effects in the diabetic retina. They also support a key role for B1 receptor in retinal inflammation and the development of vascular alterations. B1 receptor could therefore represent a promising therapeutic target for the treatment of diabetic retinopathy.

La dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD, pour l’abréviation du terme anglais « Fuchs endothelial corneal dystrophy ») est une maladie de l'endothélium cornéen. Sa pathogenèse est mal connue. Aucun traitement médical n’est efficace. Le seul traitement existant est chirurgical et consiste dans le remplacement de l’endothélium pathologique par un endothélium sain provenant de cornées de la Banque des yeux. Le traitement chirurgical, en revanche, comporte 10% de rejet immunologique. Des modèles expérimentaux sont donc nécessaires afin de mieux comprendre cette maladie ainsi que pour le développement de traitements alternatifs. Le but général de cette thèse est de développer un modèle expérimental de la FECD en utilisant le génie tissulaire. Ceci a été réalisé en trois étapes. 1) Tout d'abord, l'endothélium cornéen a été reconstruit par génie tissulaire en utilisant des cellules endothéliales en culture, provenant de patients atteints de FECD. Ce modèle a ensuite été caractérisé in vitro. Brièvement, les cellules endothéliales cornéennes FECD ont été isolées à partir de membranes de Descemet prélevées lors de greffes de cornée. Les cellules au deuxième ou troisième passages ont ensuite été ensemencées sur une cornée humaine préalablement décellularisée. Suivant 2 semaines de culture, les endothélia cornéens reconstruits FECD (n = 6) ont été évalués à l'aide d'histologie, de microscopie électronique à transmission et d’immunomarquages de différentes protéines. Les endothélia cornéens reconstruits FECD ont formé une monocouche de cellules polygonales bien adhérées à la membrane de Descemet. Les immunomarquages ont démontré la présence des protéines importantes pour la fonctionnalité de l’endothélium cornéen telles que Na+-K+/ATPase α1 et Na+/HCO3-, ainsi qu’une expression faible et uniforme de la protéine clusterine. 2) Deux techniques chirurgicales (DSAEK ; pour « Descemet stripping automated endothelial keratoplasty » et la kératoplastie pénétrante) ont été comparées pour la transplantation cornéenne dans le modèle animal félin. Les paramètres comparés incluaient les défis chirurgicaux et les résultats cliniques. La technique « DSAEK » a été difficile à effectuer dans le modèle félin. Une formation rapide de fibrine a été observée dans tous les cas DSAEK (n = 5). 3) Finalement, la fonctionnalité in vivo des endothélia cornéens reconstruits FECD a été évaluée (n = 7). Les évaluations in vivo comprenaient la transparence, la pachymétrie et la tomographie par cohérence optique. Les évaluations post-mortem incluaient la morphométrie des cellules endothéliales, la microscopie électronique à transmission et des immunomarquage de protéines liées à la fonctionnalité. Après la transplantation, la pachymétrie a progressivement diminué et la transparence a progressivement augmenté. Sept jours après la transplantation, 6 des 7 greffes étaient claires. La microscopie électronique à transmission a montré la présence de matériel fibrillaire sous-endothélial dans toutes les greffes d’endothelia reconstruits FECD. Les endothélia reconstruits exprimaient aussi des protéines Na+-K+/ATPase et Na+/HCO3-. En résumé, cette thèse démontre que les cellules endothéliales de la cornée à un stade avancé FECD peuvent être utilisées pour reconstruire un endothélium cornéen par génie tissulaire. La kératoplastie pénétrante a été démontrée comme étant la procédure la plus appropriée pour transplanter ces tissus reconstruits dans l’œil du modèle animal félin. La restauration de l'épaisseur cornéenne et de la transparence démontrent que les greffons reconstruits FECD sont fonctionnels in vivo. Ces nouveaux modèles FECD démontrent une réhabilitation des cellules FECD, permettant d’utiliser le génie tissulaire pour reconstruire des endothelia fonctionnels à partir de cellules dystrophiques. Les applications potentielles sont nombreuses, y compris des études physiopathologiques et pharmacologiques. / Fuchs endothelial corneal dystrophy (FECD) is a primary disease of the corneal endothelium. Its pathogenesis is poorly understood. No medical treatment is effective. Surgical treatment (the only available treatment) carries 10% of immunogenic rejection. Experimental models are needed in order to better understand the disease and to investigate potential autologous treatments (to prevent immunogenic rejection). The overall goal of this thesis is to develop an experimental model for FECD using tissue engineering. This was achieved in three steps. 1) An in vitro tissue-engineered FECD model was created and characterized. Briefly, Descemet’s membranes from patients with late-stage FECD undergoing Descemet’s Stripping Automated Endothelial Keratoplasty (DSAEK) were used to isolate and culture FECD endothelial cells. Second or third-passaged FECD endothelial cells were seeded on a previously decellularized human cornea. After 2 weeks in culture, TE-FECD corneas (n=6) were assessed using histology, transmission electron microscopy (TEM) and immunofluorescence labeling of various proteins. TE-FECD endothelium yielded a monolayer of polygonal cells well adhered to Descemet’s membrane. The TE-FECD corneal endothelium expressed the function-related proteins Na+-K+/ATPase α1 and Na+/HCO3-. Clusterin expression was faint and uniform. 2) In order to determine the best surgical procedure to transplant the TE-FECD corneas in the feline model, a DSAEK procedure was evaluated and compared to penetrating keratoplasty technique. DSAEK assessments included surgical challenges and clinical outcomes. DSAEK technique was challenging to perform in the feline model. Rapid fibrin formation was observed in all DSAEK cases (n=5). 3) The in vivo functionality of the TE-FECD corneas was assessed. TE-FECD corneas were grafted in the feline model (n=7) using penetrating keratoplasty procedure and observed for seven days. In vivo assessments included transparency, pachymetry, optical coherence tomography, endothelial cell morphometry, TEM and immunostaining of function-related proteins. After transplantation, pachymetry gradually decreased and transparency gradually increased. Seven days after transplantation, 6 out of 7 grafts were clear. Post-mortem TEM showed subendothelial loose fibrillar material deposition in all TE-FECD grafts. The TE grafted endothelium expressed Na+-K+/ATPase and Na+/HCO3-. This thesis demonstrates that endothelial cells from late-stage FECD corneas can be used to engineer a corneal endothelium. Compared to DSEAK, penetrating keratoplasty is a more appropriate procedure for corneal transplantation in the feline model, since the DSAEK procedure in the feline model presently yields inconsistent clinical results. Restoration of corneal thickness and transparency demonstrates that the TE-FECD grafts are functional in vivo. This novel FECD living model suggests a potential role of tissue engineering for FECD cell rehabilitation. Potential applications are numerous, including pathophysiological and pharmacological studies.

Justification: Le glaucome entraîne une perte progressive de la vision causée par la détérioration du nerf optique. Le glaucome est répandu dans le monde et cause la cécité dans environ sept millions de personnes. Le glaucome touche plus de 400 000 Canadiens et sa prévalence augmente avec le vieillissement de la population.1,2 Il s'agit d'une maladie chronique surnoise dont les symptômes se manifestent uniquement lors des stades avancés et qui peuvent mener à la cécité. Présentement, le seul moyen possible d’arrêter la progression du glaucome au stade initial est de diminuer la pression intra-oculaire (PIO). Les analogues de prostaglandines (APG) topiques sont fréquemment utilisées comme traitement de première ligne. Cependant, la recherche démontre que cette classe de médicaments peut changer certaines propriétés de la cornée, et possiblement influencer la mesure de la PIO.3 Objectif: À déterminer si l'utilisation d'APG affecte les propriétés biomécaniques de la cornée. La conclusion sera basée sur l'analyse intégrée des résultats obtenus de l'analyseur Reichert oculaire Réponse (ORA), la tonométrie par applanation de Goldmann (TAG) et la pachymétrie ultrasonographique. Le deuxième objectif potentiel de cette étude est de déterminer la corrélation, le cas échéant, entre les propriétés biomécaniques de la cornée, l'épaisseur de la cornée centrale (ECC) et la PIO chez les patients subissant un traitement d’APG topique. L'hypothèse principale de cette étude est que l’APG influence les propriétés de la cornée telles que l'épaisseur centrale, l'élasticité et la résistance. Patients et méthodes : Soixante-dix yeux de 35 patients, âgés de 50-85 ans, atteints de glaucome à angle ouvert (GAO) et traités avec APG topique ont été examinés. Seulement les sujets avec une réfraction manifeste entre -6,00 D et +4,25 D ont été inclus. Les critères d'exclusion sont: patients avec n'importe quelle autre maladie de la cornée de l’œil, telles que la dystrophie endothéliale de Fuch’s et kératocône, ou tout antécédent de traumatisme ou d'une chirurgie de la cornée, ainsi que le port de lentilles de contact. Nous avons demandé aux patients atteints du glaucome qui ont des paramètres stables et qui utilisent l’APG dans les deux yeux de cesser l’APG dans l'œil moins affecté par la PIO, et de continuer l’utilisation d’APG dans l'œil contralatéral. Le meilleur œil est défini comme celui avec moins de dommage sur le champ visuel (CV) (déviation moyenne (DM), le moins négatif) ou une PIO maximale historique plus basse si la DM est égale ou encore celui avec plus de dommage sur la tomographie par cohérence optique (TCO, Cirrus, CA) ou la tomographie confocale par balayage laser (HRT, Heidelberg, Allemagne). Toutes les mesures ont été prises avant la cessation d’APG et répétées 6 semaines après l’arrêt. Les patients ont ensuite recommencé l’utilisation d’APG et toutes les mesures ont été répétées encore une fois après une période supplémentaire de 6 semaines. Après commencer ou de changer le traitement du glaucome, le patient doit être vu environ 4-6 semaines plus tard pour évaluer l'efficacité de la goutte.4 Pour cette raison, on été décidé d'utiliser 6 semaines d'intervalle. Toutes les mesures ont été effectuées à l’institut du glaucome de Montréal par le même technicien, avec le même équipement et à la même heure de la journée. L'œil contralatéral a servi comme œil contrôle pour les analyses statistiques. La tonométrie par applanation de Goldmann a été utilisée pour mesurer la PIO, la pachymétrie ultrasonographique pour mesurer l'ECC, et l’ORA pour mesurer les propriétés biomécaniques de la cornée, incluant l'hystérèse cornéenne (HC). L’hypothèse de l'absence d'effet de l'arrêt de l’APG sur les propriétés biomécaniques a été examiné par un modèle linéaire à effets mixtes en utilisant le logiciel statistique R. Les effets aléatoires ont été définies à deux niveaux: le patient (niveau 1) et l'œil de chaque patient (niveau 2). Les effets aléatoires ont été ajoutés au modèle pour tenir compte de la variance intra-individuelle. L’âge a également été inclus dans le modèle comme variable. Les contrastes entre les yeux et les temps ont été estimés en utilisant les valeurs p ajustées pour contrôler les taux d'erreur internes de la famille en utilisant multcomp paquet dans R. Résultats: Une augmentation statistiquement significative due l 'HC a été trouvée entre les visites 1 (sur APG) et 2 (aucun APG) dans les yeux de l'étude, avec une moyenne (±erreur standard) des valeurs de 8,98 ± 0,29 mmHg et 10,35 ± 0,29 mmHg, respectivement, correspondant à une augmentation moyenne de 1,37 ± 0,18 mmHg (p <0,001). Une réduction significative de 1,25 ± 0,18 mmHg (p <0,001) a été observée entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne HC finale de 9,09 ± 0,29 mmHg. En outre, une différence statistiquement significative entre l’oeil d’étude et le contrôle n'a été observée que lors de la visite 2 (1,01 ± 0,23 mmHg, p <0,001) et non lors des visites 1 et 3. Une augmentation statistiquement significative du facteur de résistance conréen (FRC) a été trouvée entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 10,23 ± 0,34 mmHg et 11,71 ± 0,34 mmHg, respectivement. Le FRC a ensuite été réduit de 1,90 ± 0,21 mmHg (p <0,001) entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne FRC finale de 9,81 ± 0,34 mmHg. Une différence statistiquement significative entre l’oeil d’étude et le contrôle n'a été observée que lors de la visite 2 (1,46 ± 0,23 mmHg, p <0,001). Une augmentation statistiquement significative de l'ECC a été trouvée entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 541,83 ± 7,27 µm et 551,91 ± 7,27 µm, respectivement, ce qui correspond à une augmentation moyenne de 10,09 ± 0,94 µm (p <0,001). L'ECC a ensuite diminué de 9,40 ± 0,94 µm (p <0,001) entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne finale de 542,51 ± 7,27 µm. Une différence entre l’étude et le contrôle des yeux n'a été enregistré que lors de la visite 2 (11,26 ± 1,79 µm, p <0,001). De même, on a observé une augmentation significative de la PIO entre les visites 1 et 2 dans les yeux de l'étude, avec des valeurs moyennes de 15,37 ± 0,54 mmHg et 18,37 ± 0,54 mmHg, respectivement, ce qui correspond à une augmentation moyenne de 3,0 ± 0,49 mmHg (p <0,001). Une réduction significative de 2,83 ± 0,49 mmHg (p <0,001) a été observée entre les visites 2 et 3, avec une valeur moyenne de la PIO finale de 15,54 ± 0,54 mmHg. L’oeil de contrôle et d’étude ne différaient que lors de la visite 2 (1,91 ± 0,49 mmHg, p <0,001), ce qui confirme l'efficacité du traitement de l’APG. Lors de la visite 1, le biais de la PIO (PIOcc - PIO Goldmann) était similaire dans les deux groupes avec des valeurs moyennes de 4,1 ± 0,54 mmHg dans les yeux de contrôles et de 4,8 ± 0,54 mmHg dans les yeux d’études. Lors de la visite 2, après un lavage de 6 semaines d’APG, le biais de la PIO dans l'œil testé a été réduit à 1,6 ± 0,54 mmHg (p <0,001), ce qui signifie que la sous-estimation de la PIO par TAG était significativement moins dans la visite 2 que de la visite 1. La différence en biais PIO moyenne entre l'étude et le contrôle des yeux lors de la visite 2, en revanche, n'a pas atteint la signification statistique (p = 0,124). On a observé une augmentation peu significative de 1,53 ± 0,60 mmHg (p = 0,055) entre les visites 2 et 3 dans les yeux de l'étude, avec une valeur de polarisation finale de la PIO moyenne de 3,10 ± 0,54 mmHg dans les yeux d'études et de 2,8 ± 0,54 mmHg dans les yeux de contrôles. Nous avons ensuite cherché à déterminer si une faible HC a été associée à un stade de glaucome plus avancé chez nos patients atteints du glaucome à angle ouvert traités avec l’APG. Lorsque l'on considère tous les yeux sur l’APG au moment de la première visite, aucune association n'a été trouvée entre les dommages sur le CV et l'HC. Cependant, si l'on considère seulement les yeux avec un glaucome plus avancé, une corrélation positive significative a été observée entre la DM et l'HC (B = 0,65, p = 0,003). Une HC inférieure a été associé à une valeur de DM de champ visuelle plus négative et donc plus de dommages liés au glaucome. Conclusions : Les prostaglandines topiques affectent les propriétés biomécaniques de la cornée. Ils réduisent l'hystérèse cornéenne, le facteur de résistance cornéen et l'épaisseur centrale de la cornée. On doit tenir compte de ces changements lors de l'évaluation des effets d’APG sur la PIO. Plus de recherche devrait être menées pour confirmer nos résultats. De plus, d’autres études pourraient être réalisées en utilisant des médicaments qui diminuent la PIO sans influencer les propriétés biomécaniques de la cornée ou à l'aide de tonomètre dynamique de Pascal ou similaire qui ne dépend pas des propriétés biomécaniques de la cornée. En ce qui concerne l'interaction entre les dommages de glaucome et l'hystérésis de la cornée, nous pouvons conclure qu' une HC inférieure a été associé à une valeur de DM de CV plus négative. Mots Clés glaucome - analogues de prostaglandines - hystérèse cornéenne – l’épaisseur de la cornée centrale - la pression intraoculaire - propriétés biomécaniques de la cornée. / Rationale: Glaucoma is a chronic disease that causes a gradual loss of vision due to progressive damage to the optic nerve. It is widespread in the world and causes blindness in about seven million people. In addition, it affects more than 400,000 Canadians and its prevalence is increasing with the aging of the population.1, 2 Glaucoma becomes symptomatic only in the more advanced stages of the disease, and currently, the goal of treatment is to halt the progression of the disease by lowering the intra-ocular pressure (IOP). Topical prostaglandin analogs (PGA) are currently the first line treatment, however research has shown that this class of medications may change certain properties of the cornea, and hence the measurement of IOP.3 Aim: To determine whether the use of topical prostaglandin analogs (PGA) affects the biomechanical properties of the cornea. The conclusion will be based on the integrated analysis of the data collected from the Reichert Ocular Response Analyzer (ORA), Goldmann tonometry and ultrasound pachymetry. The second potential aim of this study is to determine the correlations, if any, between the biomechanical properties of cornea, the Central Corneal Thickness (CCT) and IOP in patients undergoing topical PGA treatment. The main hypothesis of this study is that the PGA drops influence the properties of the cornea such as central thickness, elasticity and resistance. Patients and Methods: In this study, seventy eyes of 35 patients, aged 50 - 85 years, with open angle glaucoma (OAG) and treated with topical PGA were examined. Only subjects with a manifest refraction between -6.00 D and +4.25 D were included. Exclusion criteria included patients with any other corneal eye disease, such as Fuch’s endothelial dystrophy or keratoconus, or any past history of corneal trauma or surgery. Contact lens wearers were also excluded. Patients with stable glaucoma parameters who were using topical PGA in both eyes prior to the start of the study were asked to discontinue the PGA in the best eye and to continue the application of PGA to the contralateral eye. The "best" eye, representing the eye with the least amount of glaucoma-related damage, was selected based on the results of the Humphrey Visual Field (HFA, Carl Zeiss Meditec, Inc., Dublin, CA), Heidelberg Retinal Tomography (HRT II, Heidelberg Engineering GmbH, Heidelberg, Germany), Optical Coherence Tomography (CIRRUS HD-OCT, Carl Zeiss Meditec, Inc., Dublin, CA) and maximum IOP. The contralateral eye served as a control for statistical analyses. Corneal measurements were taken before PGA cessation and repeated 6 weeks after cessation. Patients then restarted the use of PGA and all measurements were repeated once more after an additional 6 weeks. After starting or changing glaucoma treatment the patient should be seen approximately 4-6 weeks later to assess efficacy of the drop.4 For this reason it was decided to use 6 weeks interval. All measurements were performed at The Montreal Glaucoma Institute by the same trained technician, with the same equipment and at the same time of day. Goldmann applanation tonometry was used to measure the patient’s intraocular pressure (IOP), ultrasound pachymetry was used to measure central corneal thickness (CCT) and the ORA provided the measurements of the corneal biomechanical properties, including corneal hysteresis (CH). The hypothesis of no effect regarding the discontinuation of PGA on the biomechanical properties was examined by a linear mixed-effect model using the nlme package in R. Random-effects was defined on two levels: the patient (level-1) and the eye within each patient (level-2). Those random-effects were added to the model to account for the intra-individual variance due to the repeated-measure design. Age was also included in the model as a covariate. Contrasts between the eyes and times were estimated using adjusted p-values to control for familywise error rate using multcomp package in R. Results: A statistically significant increase in CH was found between Visit 1 (on PGA) and Visit 2 (no PGA) in the study eyes, with mean (±Standard Error) values of 8.98 ± 0.29 mmHg and 10.35 ± 0.29 mmHg, respectively, corresponding to a mean increase of 1.37 ± 0.18 mmHg (p < 0.001). A significant reduction of 1.25 ± 0.18 mmHg (p < 0.001) was also observed between Visits 2 and 3, with a final mean CH value of 9.09 ± 0.29 mmHg. In addition, a statistically significant difference between the study and control eyes was only observed at Visit 2 (1.01 ± 0.23 mmHg; p < 0.001) and not at Visits 1 and 3. A statistically significant increase in Corneal Resistance Factor (CRF) was found between Visits 1 and 2 in the study eyes, with mean values of 10.23 ± 0.34 mmHg and 11.71 ± 0.34 mmHg, respectively. CRF was then reduced by 1.90 ± 0.21 mmHg (p < 0.001) between Visits 2 and 3, with a final mean CRF value of 9.81 ± 0.34 mmHg. A statistically significant difference between the study and control eyes was only observed at Visit 2 (1.46 ± 0.23 mmHg; p < 0.001). A statistically significant increase in CCT was found between Visits 1 and 2 in the study eyes, with mean values of 541.83 ± 7.27 µm and 551.91 ± 7.27 µm respectively, corresponding to a mean increase of 10.09 ± 0.94 µm (p < 0.001). CCT then decreased by 9.40 ± 0.94 µm (p < 0.001) between Visits 2 and 3, with a final mean value of 542.51 ± 7.27 µm. A difference between the study and control eyes was only recorded at Visit 2 (11.26 ± 1.79 µm; p < 0.001). Similarly, a significant increase in IOP was observed between Visits 1 and 2 in the study eyes, with mean values of 15.37 ± 0.54 mmHg and 18.37 ± 0.54 mmHg respectively, corresponding to a mean increase of 3.0 ± 0.49 mmHg (p < 0.001). A significant reduction of 2.83 ± 0.49 mmHg (p < 0.001) was observed between Visits 2 and 3, with a final mean IOP value of 15.54 ± 0.54 mmHg. The control and study eyes only differed at Visit 2 (1.91 ± 0.49 mmHg; p < 0.001), confirming the effectiveness of PGA treatment. At Visit 1, the IOP bias (IOPcc – Goldmann IOP) was similar in both groups, all eyes at that time being on long term PGA medication, with mean values of 4.1 ± 0.54 mmHg in the control eyes and 4.8 ± 0.54 mmHg in the study eyes. At Visit 2, after a 6 week washout of PGAs, the IOP bias in the tested eye was reduced to 1.6 ± 0.54 mmHg (p<0.001), meaning that underestimation of IOP by Goldmann tonometry was significantly less than at Visit 1. The difference in mean IOP bias between the study and control eyes at Visit 2, however, did not reach statistical significance (p= 0.124). A marginally significant increase of 1.53 ± 0.60 mmHg (p = 0.055) was observed between Visits 2 and 3 in the study eyes, with a final mean IOP bias value of 3.10 ± 0.54 mmHg in the study eyes and 2.8 ± 0.54 mmHg in the control eyes. We then tried to determine if a low CH was associated with signs of more severe glaucoma progression among our open-angle glaucoma patients treated with PGA. When considering all eyes on PGA at the time of the first Visit, no association was found between VF damage and CH. However, when considering only eyes with more advanced glaucoma, a significant positive correlation was observed between VF MD and CH (B = 0.65; p = 0.003). A lower CH was associated with a more negative visual field MD value and thus greater glaucoma-related damage. Conclusions: Topical prostaglandin analogs reduce CH, CRF, CCT and IOP in glaucomatous eyes. The changes in CH and CCT influence the measurement of IOP, and therefore, these changes should be taken into account when evaluating IOP lowering response to PGA medications. To discern an interaction between IOP and corneal hysteresis, further research should be conducted with intraocular pressure control. It can be achieved by using systemic medications that decrease IOP and do not influence biomechanical properties. It can also be achieved by using Pascal dynamic contour tonometry or a similar tonometer that does not depend on the biomechanical properties of the cornea. Regarding the interaction between severity of glaucoma damage and corneal hysteresis, it was demonstrated that a lower CH was associated with a more negative visual field MD value. Key Words glaucoma – prostaglandin analogs – corneal hysteresis – central corneal thickness – intraocular pressure – biomechanical properties of the cornea.

Introduction : Malgré leur état non-prolifératif in vivo, les cellules endothéliales cornéennes (CEC) peuvent être amplifiées in vitro. Leur transplantation subséquente par injection intracamérale pourrait surmonter la pénurie de tissus associée à l’allo-greffe traditionnelle – l’unique traitement définitif disponible pour les endothéliopathies cornéennes. Objectif : Évaluer la fonctionnalité d’un endothélium cornéen reconstitué par injection de CEC dans la chambre antérieure du félin. Méthodes : Les yeux droits de 16 animaux ont été opérés. Huit ont été désendothélialisés centralement avec injection de 2x10e5 (n=4) ou 1x10e6 (n=4) CEC félines supplémentées avec Y-27632 et marquées avec SP-DiOC18(3). Deux ont été désendothélialisés complètement et injectés avec 1x10e6 CEC et Y-27632. Six contrôles ont été désendothélialisés centralement (n=3) ou complètement (n=3) et injectés avec Y-27632 sans CEC. La performance clinique, l’intégrité anatomique, le phénotype fonctionnel et l’expression de SP-DiOC18(3) du nouvel endothélium ont été étudiés. Résultats : Les cornées greffées avec 2x10e5 CEC et les contrôles désendothélialisés centralement ont réussi le mieux cliniquement. Les contrôles désendothélialisés complètement sont restés opaques. L’histopathologie a révélé une monocouche endothéliale fonctionnelle dans les cornées greffées avec 2x10e5 CEC et les contrôles désendothélialisés centralement, une multicouche endothéliale non-fonctionnelle dans les cornées désendothélialisées centralement et greffées avec 1x10e6 CEC, et un endothélium fibrotique non-fonctionnel dans les cornées désendothélialisées complètement. L’expression de SP-DiOC18(3) était rare dans les greffes. Conclusion : La thérapie par injection cellulaire a reconstitué un endothélium partiellement fonctionnel, auquel les CEC injectées n’ont contribué que peu. L’injection de Y-27632 sans CEC a reconstitué l’endothélium le plus sain. Des études additionnelles investiguant l’effet thérapeutique de Y-27632 seul sont justifiées. / Introduction : Despite their growth arrest in vivo, corneal endothelial cells (CEC) can be amplified in vitro. Their subsequent transplantation by cell-injection therapy could overcome the tissue scarcity associated with traditional allo-transplantation, which is the only currently available treatment for irreversible corneal endothelial failure. Objective : To evaluate the functionality of a corneal endothelium reconstituted by cell- injection therapy in the feline. Methods: The right eyes of 16 animals underwent surgery. Eight underwent central endothelial scraping and injection with 2x10e5 (n=4) or 1x10e6 (n=4) feline CEC supplemented with Y-27632 and labeled with SP-DiOC18(3). After total scraping, two eyes were injected with 1x10e6 labeled CEC and Y-27632. The central (n=3) or entire (n=3) endothelium was scraped in six controls followed by Y-27632 injection without CEC. Outcomes included clinical performance, anatomical integrity, functional phenotype and SP-DiOC18(3) expression of the new endothelium. Results: Corneas grafted with 2x10e5 CEC and centrally scraped controls performed the best clinically. Entirely scraped controls remained hazy and thick. Histopathology revealed a confluent, functional endothelial monolayer in corneas grafted with 2x10e5 CEC and centrally scraped controls, a non-uniform, non-functional endothelial multilayer in centrally scraped corneas grafted with 1x10e6 CEC, and a non-functional fibrotic endothelium in entirely scraped grafts and controls. SP-DiOC18(3) was scarce in grafts and absent in controls. Conclusion : Cell-injection therapy reconstituted an incompletely functional endothelium, to which injected CEC contributed little. Y-27632 injection without CEC reconstituted the healthiest endothelium. Further studies investigating the therapeutic effect of Y-27632 alone are warranted.

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L’examen PEV (Potentiel Évoqué Visuel) avec stimulation par balayage de fréquence spatiale est reconnu pour l’estimation de l’acuité visuelle (AV) chez le jeune enfant en raison de son objectivité et de sa faible durée d’examen. Néanmoins, plusieurs études ont souligné la variabilité des réponses et pour certains cas, des atténuations à certaines fréquences spatiales. Dans cette thèse, nous démontrons la relation entre la phase du signal et ces atténuations lorsque la transformée de Fourier à court terme (TFCT) est utilisée. Nous présentons une nouvelle méthode de traitement dusignal qui prend en compte les variations de phase, basée sur la transformée en ondelettes discrète stationnaire (TODS) pour le débruiter le signal et sur le filtre de Kalman étendu (FKE) pour l’estimer la réponse du système visuel. La nouvelle méthode est testée sur deux ensembles d’examens. Le premier provient du CHRU de Lille et le second de notre laboratoire. La TODS améliore le rapport signal sur bruit de 10.9 dB en moyenne (IC95 [6.3,15.6]) et réduit les artéfacts dus aux clignements et aux mouvements. Le FKE permet une estimation de la réponse du système visuel plus précise. Grâce à la prise en compte de la phase du signal, la forme de la réponse présente moins de variations. La dispersion entre les balayages est divisée par 1.4 en comparaison à la méthode actuelle. La corrélation entre l’AV ETDRS et l’estimation de l’acuité visuelle de la nouvelle méthode est meilleure (indice de Spearman=0.64, valeur-p=6 10-4, écart-type=0.34 logMAR) que celle de la méthode actuelle (indice de Spearman=0.57, valeur-p=1.1 10-3, écart type=0.45 logMAR). / Sweep VEP (visual evoked potentials) is known to be a valuable exam to estimate visual acuity (VA) in infants because of its objectivity and its rapidity. Nevertheless, several studies have pointed out the variability of the responses and sometimes attenuations at some spatial frequencies called “notches”. In this thesis, we demonstrate a relationship between the phase of the signal and these attenuations when the short-time discrete Fourier transform (STDFT) is used. We introduce a new method of signal processing which takes in account the phase shifting, based on stationary discrete wavelet transform (SDWT) for the denoising and on extended Kalman filtering (EKF) for the estimation of the visual system response. The new method is tested on two sets of exams. The first one comes from the CHRU of Lille and the second one from our laboratory. The SDWT improves the signal to noise ratio on average by 10.9 dB (CI95 [6.3,15.6]) and reduces artefacts caused by blinking or eyes movements. Thanks to the EKF, the estimation of the response of the visual system is more precise. By taking into account the phase of the signal, the shape of the reponse presentsless variations. The dispersion among the sweeps is divided by 1.4 compared to the DSTFT. The correlation between ETDRS VA and the VA estimation of the new method (Spearman’s correlation= 0.64, p-value=6 10-4, root mean squared error (RMSE)=0.34 logMAR) is better than that of the current method (Spearman’s correlation=0.58, p-value=1.1 10-3, RMSE=0.45 logMAR).

Cette thèse traite de l’étude et du développement d’un système d’optique adaptative pour la tomographie par cohérence optique plein champ (AO-FFOCT en anglais) appliquée à l’imagerie haute résolution de la rétine. L’analyse de l’effet des aberrations géométriques sur les performances en FFOCT a montré que pour une illumination spatialement incohérente, la résolution transverse est insensible aux aberrations et ne fait que diminuer le niveau du signal. Comme ce sont des aberrations de bas ordres comme la myopie et l’astigmatisme qui prédominent pour l’œil humain, une méthode d’optique adaptative avec une configuration sans conjugaison qui utilise une correction de front d’onde en transmission est suggérée, puis appliquée à la correction de ces ordres afin de simplifier le système d’AO-FFOCT. Des corrections de front d’onde sont effectuées sans analyseur de surface d’onde, en utilisant le niveau du signal de FFOCT comme métrique. Des expériences avec des échantillons diffusants et un œil artificiel sont menées pour démontrer la faisabilité d’un système d’AO-FFOCT conçu pour la correction d’aberration. Afin de résoudre les problèmes posés par les mouvements oculaires et de compenser en temps réel la différence de chemin optique entre les deux bras de l’interféromètre, l’instrument de FFOCT est couplé à un système d’OCT spectral. Avec cette combinaison de systèmes, l’imagerie FFOCT in vivo cellulaire de la rétine à haute résolution a été réalisée pour la première fois sur l’œil humain. / This thesis follows the study and development of an adaptive optics full-field optical coherence tomography (AO-FFOCT) system, aiming for high resolution en face human retinal imaging. During the quantification of the effects of geometrical aberrations on the FFOCT system performance, it is shown that, with spatially incoherent illumination, the lateral resolution of FFOCT is insensitive to aberrations, which only cause the FFOCT signal reduction. Since low order aberrations like myopia and astigmatism dominate in human eye, a non-conjugate AO configuration by using transmissive wavefront corrector is suggested and applied for low order aberrations correction to simplify the AO-FFOCT system. Wavefront corrections are done with a wavefront sensorless method by using FFOCT signal level as the metric. Experiments with scattering samples and artificial eye model are conducted to demonstrate the feasibility of the customized AO-FFOCT system for aberration correction. In order to resolve the eye motion effects and employ real-time matching of the optical path lengths of the two interferometric arms in FFOCT, a system combination of traditional spectral-domain OCT (SDOCT) with FFOCT is adopted. With this combined system, high resolution FFOCT cellular retinal imaging is achieved in human eye in vivo for the first time.

La stéréopsie est souvent présente, bien qu’altérée, chez les sujets microstrabiques. Cependant, leur seuil de stéréopsie serait différent selon que le test utilisé contient (stéréopsie locale) ou non (stéréopsie globale) des contours définis. Peu d’études ont évalué empiriquement la différence de performance selon le type de tests utilisé. Le premier article est une étude rétrospective de 26 enfants microstrabiques. La majorité des enfants (73 %) possédaient un seuil de stéréopsie locale normal ou légèrement inférieur à la normale. Une absence de stéréopsie locale a été observée chez les 7 autres enfants (27 %). Aucune stéréopsie globale n’était mesurable chez 25 des 26 enfants étudiés. La stéréopsie locale est donc présente chez les enfants microstrabiques, mais ceux-ci montrent généralement une absence de stéréoperception globale. La seconde étude avait pour objectif d'étudier le rôle du scotome de suppression dans la perception stéréoscopique de sujets microstrabiques. Trois tâches psychophysiques de stéréopsie locale et globale ont été effectuées chez 9 enfants microstrabiques et 9 enfants contrôles appariés, en utilisant deux grandeurs de cible (4° et 12°). Aucune amélioration des performances n’a été notée chez les sujets microstrabiques pour la tâche de stéréopsie locale, mais les seuils de stéréopsie globale étaient inférieurs avec la cible de 12°. La zone de suppression semble jouer un rôle dans le déficit de stéréopsie globale des sujets microstrabiques. Le scotome de suppression pourrait être partiellement responsable du déficit stéréoscopique puisque même avec l’augmentation de la taille angulaire des stimuli stéréoscopiques, la stéréoperception des microstrabiques demeurent inférieure à celle des sujets normaux. / Stereopsis is often present, although decreased, in subjects with microstrabismus. However, their threshold would differ depending on whether the test contains (local stereopsis) or not (global stereopsis) defined contours. Few studies have evaluated empirically the performance difference depending on the type of tests used. The first article is a retrospective study of 26 microstrabismic children. Majority of the children (73 %) had a normal local stereopsis threshold or slightly lower than normal. An absence of local stereopsis was observed in the 7 other children (27 %). No global stereopsis was measured on 25 of the 26 children. Local stereopsis is present, although reduced, among microstrabismic children, but they generally show a lack of global stereoperception. The objective of the second study was to examine the potential role of the suppression in the stereoscopic perception. Three psychophysical tasks of local and global stereopsis were performed on 9 microstrabismic children and 9 matched controls children using two size of stimulus (4° and 12°). No performance improvement has been noted in microstrabismic subjects for the local stereopsis task, but their global stereopsis thresholds were lower with the target of 12°. The suppression scotoma seems to play a role in global stereopsis deficits noted in subjects with microstrabismus. The area of suppression might be partly responsible for the stereoscopic deficits present in microstrabismic subjects since even with the increase of the angular size of the stereoscopic stimuli, the stereoperception of microstrabimic subjects remain lower than in normal subjects.

Cette thèse porte sur l’étude de l’anatomie de la cornée après 3 techniques de greffe soient, la greffe totale traditionnelle (GTT) et des techniques de greffe lamellaire postérieur (GLP) telles que la greffe lamellaire endothéliale profonde (DLEK) et la greffe endothélium/membrane de Descemet (EDMG) pour le traitement des maladies de l’endothélium, telles que la dystrophie de Fuchs et de la kératopathie de l’aphaque et du pseudophaque. Dans ce contexte, cette thèse contribue également à démontrer l’utilité de la tomographie de cohérence optique (OCT) pour l’étude de l’anatomie des plaies chirurgicales la cornée post transplantation. Au cours de ce travail nous avons étudié l'anatomie de la DLEK, avant et 1, 6, 12 et 24 mois après la chirurgie. Nous avons utilisé le Stratus OCT (Version 3, Carl Zeiss, Meditec Inc.) pour documenter l’anatomie de la plaie. L'acquisition et la manipulation des images du Stratus OCT, instrument qui à été conçu originalement pour l’étude de la rétine et du nerf optique, ont été adaptées pour l'analyse du segment antérieur de l’oeil. Des images cornéennes centrales verticales et horizontales, ainsi que 4 mesures radiaires perpendiculaires à la plaie à 12, 3, 6 et 9 heures ont été obtenues. Les paramètres suivants ont été étudiés: (1) Les espaces (gap) entre les rebords du disque donneur et ceux du receveur, (2) les dénivelés de surface postérieure (step) entre le les rebords du disque donneur et ceux du receveur, (3) la compression tissulaire, (4) le décollement du greffon, 6) les élévations de la surface antérieure de la cornée et 7) la pachymétrie centrale de la cornée. Les mesures d’épaisseur totale de la cornée ont été comparées et corrélées avec celles obtenues avec un pachymètre à ultra-sons. Des mesures d’acuité visuelle, de réfraction manifeste et de topographie ont aussi été acquises afin d’évaluer les résultats fonctionnels. Enfin, nous avons comparé les données de DLEK à celles obtenues de l’EDMG et de la GTT, afin de caractériser les plaies et de cerner les avantages et inconvénients relatifs à chaque technique chirurgicale. Nos résultats anatomiques ont montré des différences importantes entre les trois techniques chirurgicales. Certains des paramètres étudiés, comme le sep et le gap, ont été plus prononcés dans la GTT que dans la DLEK et complètement absents dans l’EDMG. D’autres, comme la compression tissulaire et le décollement du greffon n’ont été observés que dans la DLEK. Ceci laisse entrevoir que la distorsion de la plaie varie proportionnellement à la profondeur de la découpe stromale du receveur, à partir de la face postérieure de la cornée. Moins la découpe s’avance vers la face antérieure (comme dans l’EDMG), moins elle affecte l’intégrité anatomique de la cornée, le pire cas étant la découpe totale comme dans la GTT. Cependant, tous les paramètres d’apposition postérieure sous-optimale et d’élévation de la surface antérieure (ce dernier observé uniquement dans la GTT) finissent par diminuer avec le temps, évoluant à des degrés variables vers un profil topographique plus semblable à celui d’une cornée normale. Ce processus paraît plus long et plus incomplet dans les cas de GTT à cause du type de plaie, de la présence de sutures et de la durée de la cicatrisation. Les valeurs moyennes d’épaisseur centrale se sont normalisées après la chirurgie. De plus, ces valeurs moyennes obtenues par OCT étaient fortement corrélées à celles obtenues par la pachymétrie à ultra-sons et nous n’avons remarqué aucune différence significative entre les valeurs moyennes des deux techniques de mesure. L’OCT s’est avéré un outil utile pour l’étude de l’anatomie microscopique des plaies chirurgicales. Les résultats d’acuité visuelle, de réfraction et de topographie des techniques de GLP ont montré qu’il existe une récupération visuelle rapide et sans changements significatifs de l’astigmatisme, contrairement à la GTT avec et sans suture. La GLP a permis une meilleure conservation de la morphologie de la cornée, et par conséquence des meilleurs résultats fonctionnels que la greffe de pleine épaisseur. Ceci nous permet d’avancer que la GLP pourrait être la technique chirurgicale à adopter comme traitement pour les maladies de l’endothélium cornéen. / This thesis aims to study the anatomy of the corneal wound following 3 techniques of corneal graft: traditional penetrating keratoplasy (PK) and two techniques of posterior lamellar keratoplasy (PLK) which are deep lamellar endothelial keratoplasy (DLEK) and Endothelial-Descemet’s Membrane Graft (EDMG) for the treatment of the endothelial corneal diseases, such as Fuch’s dystrophy and aphakic and pseudopakic bullous keratopathy. In this context, this thesis also contributes to show the utility of the time domain optical coherence tomography (TD-OCT) for studying the anatomy of surgical wounds after corneal transplantation. In this work we studied the anatomy of DLEK, before and 1,6,12 and 24 months after surgery. We used the Stratus OCT. (Version 3, Carl Zeiss, Meditec Inc.) to document the anatomy of the wound. The acquisition and the handling of the images of the Stratus OCT, an instrument originally designed for the study of the retina and the optic nerve, were adapted to analyse the anterior segment of the eye. Vertical and horizontal central images of the cornea, in addition to 4 radial measurements perpendicular to the wound at 12, 3, 6 and 9 hours were obtained. The following parameters were studied: (1) the gap between the edges of the donor disc and those of the recipient, (2) posterior surface mismatch (step) between the edges of the disc donor and those of the recipient, (3) tissue compression, (4) graft detachment, 6) elevations of the anterior corneal surface and 7) the central pachymetry of the cornea. Measurements of the total thickness were compared and correlated with those obtained with an ultrasound pachymeter. Measurements of visual acuity, manifest refraction and topography were also acquired in order to evaluate the functional results. Lastly, we compared the data of DLEK with those obtained from the EDMG and the PK, in order to characterize the wounds and to highlight the advantages and disadvantages relative to each surgical technique.Our anatomical results showed important differences between the three surgical techniques. Some of the studied parameters, like the step and the gap, were more pronounced in PK than in DLEK and completely absent in the EDMG group. Others, like tissue compression and graft detachment were observed only in the DLEK group. This let us predict that the distortion of the wound varies proportionally with the depth of recipient posterior stromal dissection. The less dissection towards the anterior surface (as in EDMG), the less it affects the anatomical integrity of the cornea, the worst case being full thickness trephination as in PK. However, all the parameters of sub-optimal posterior surface apposition and anterior surface elevation (this last only observed in PK) ended up decreasing with time, evolving with variable degrees to a topographic profile more similar to that of a normal cornea. This process appears longer and more incomplete in the cases of PK because of the type of wound, the presence of sutures and the longer healing period. The mean values of central thickness were normal after surgery. Moreover, these mean values obtained by OCT. were strongly correlated with those obtained by ultrasound pachymetry and we did not notice any significant difference between the mean values of the two measurement techniques. OCT proved to be a useful tool for the study of the microscopic anatomy of the corneal surgical wounds. The results of vision, refraction and topography of the techniques of posterior lamellar grafts showed that there was a fast visual recovery and without significant changes in astigmatism, contrary to PK with and without sutures. Posterior lamellar grafts allowed a better conservation of the morphology of the cornea, and consequently better functional results than PK. This enabled us to conclude that posterior lamellar corneal grafts could be the surgical technique of choice for the treatment of corneal endothelial diseases.