Construction d'un Atlas 3D numérique de la cornée humaine par recalage d'images

Nous proposons de construire un atlas numérique 3D contenant les caractéristiques moyennes et les variabilités de la morphologie d’un organe. Nos travaux seront appliqués particulièrement à la construction d'un atlas numérique 3D de la totalité de la cornée humaine incluant la surface antérieure et postérieure à partir des cartes topographiques fournies par le topographe Orbscan II. Nous procédons tout d'abord par normalisation de toute une population de cornées. Dans cette étape, nous nous sommes basés sur l'algorithme de recalage ICP (iterative closest point) pour aligner simultanément les surfaces antérieures et postérieures d'une population de cornée vers les surfaces antérieure et postérieure d'une cornée de référence. En effet, nous avons élaboré une variante de l'algorithme ICP adapté aux images (cartes) de cornées qui tient compte de changement d'échelle pendant le recalage et qui se base sur la recherche par voisinage via la distance euclidienne pour établir la correspondance entre les points. Après, nous avons procédé pour la construction de l'atlas cornéen par le calcul des moyennes des élévations de surfaces antérieures et postérieures recalées et leurs écarts-types associés. Une population de 100 cornées saines a été utilisée pour construire l'atlas cornéen normal. Pour visualiser l’atlas, on a eu recours à des cartes topographiques couleurs similairement à ce qu’offrent déjà les systèmes topographiques actuels. Enfin, des observations ont été réalisées sur l'atlas cornéen reflétant sa précision et permettant de développer une meilleure connaissance de l’anatomie cornéenne.

Regenerative potential of corneal endothelium from patients with fuchs endothelial corneal dystrophy

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.

Exact Lagrangian cobordism and pseudo-isotopy

Dans cette thèse, on étudie les propriétés des sous-variétés lagrangiennes dans une variété symplectique en utilisant la relation de cobordisme lagrangien. Plus précisément, on s'intéresse à déterminer les conditions pour lesquelles les cobordismes lagrangiens élémentaires sont en fait triviaux. En utilisant des techniques de l'homologie de Floer et le théorème du s-cobordisme on démontre que, sous certaines hypothèses topologiques, un cobordisme lagrangien exact est une pseudo-isotopie lagrangienne. Ce resultat est une forme faible d'une conjecture due à Biran et Cornea qui stipule qu'un cobordisme lagrangien exact est hamiltonien isotope à une suspension lagrangianenne.

Cobordismes lagrangiens et uniréglage

Ce mémoire traite de la question suivante: est-ce que les cobordismes lagrangiens préservent l'uniréglage? Dans les deux premiers chapitres, on présente en survol la théorie des courbes pseudo-holomorphes nécessaire. On examine d'abord en détail la preuve que les espaces de courbes $ J $-holomorphes simples est une variété de dimension finie. On présente ensuite les résultats nécessaires à la compactification de ces espaces pour arriver à la définition des invariants de Gromov-Witten. Le troisième chapitre traite ensuite de quelques résultats sur la propriété d'uniréglage, ce qu'elle entraine et comment elle peut être démontrée. Le quatrième chapitre est consacré à la définition et la description de l'homologie quantique, en particulier celle des cobordismes lagrangiens, ainsi que sa structure d'anneau et de module qui sont finalement utilisées dans le dernier chapitre pour présenter quelques cas ou la conjecture tient.

Complexe de Morse et bifurcations

Soit une famille de couples (ft,Xt)t∈J , où J est un intervalle, ft est une fonction lisse à valeurs réelles définie sur une variété lisse et compacte V , et Xt est un pseudo-gradient associé à la fonction ft. L’objet de ce mémoire est l’étude des bifurcations subies par les complexes de Morse associés à ces couples. Deux approches sont utilisées : l’étude directe des bifurcations et l’approche par homotopie. On montre que finalement ces deux approches permettent d’obtenir les mêmes résultats d’un point de vue fonctoriel.

Analyse de maillages surfaciques par construction et comparaison de modèles moyens et par décomposition par graphes s’appuyant sur les courbures discrètes : application à l’étude de la cornée humaine

Réalisé en cotutelle avec Aix Marseille Université.

Comparación: injerto libre o cierre primario más lente de contacto, en resección de tumores de conjuntiva limbar

INTRODUCCION: Existe controversia en cuanto a la técnica quirúrgica para el manejo de tumores del limbo conjuntival. El uso de cierre primario con uso de lente de contacto puede ofrecer una mejor cicatrización y tener ventajas adicionales sobre la técnica tradicional con el uso de plastia. OBJETIVOS: Comparar los resultados en cuanto a grado de dolor, picadas, prurito, porcentaje de epitelización y cicatrización, comodidad del paciente, grado de quemosis y tiempo de retorno a actividades diarias en ambas técnicas quirúrgicas. MATERIALES Y METODOS: Experimento clínico controlado aleatorizado en dos grupos: Al primer grupo se le realizó cirugía de resección de la lesión más plastia. Al segundo grupo se le practicó la resección de la lesión cierre primario y lente de contacto. El seguimiento se realizó al primer y cuarto día, y cada semana durante el primer mes de postoperatorio. Se utilizó el SPSS 20.0 ® para análisis estadístico de datos y se utilizó estadística no paramétrica. RESULTADOS: Se conto con 10 pacientes por grupo. El dolor y porcentaje de cicatrización al primer día postoperatorio fueron mayores en el grupo usando lente de contacto (p=0.048). Al cuarto día postquirúrgico se encontró un mayor porcentaje de cicatrización en el grupo usando lente de contacto. (p=0.075). CONCLUSIONES: El cierre por afrontamiento con uso de lente de contacto mostró dolor y picadas mayores al primer y cuarto día postoperatorio. Pero la epitelización y cicatrización fueron tempranas con un retorno corto a actividades cotidianas.

Citología de impresión para neoplasias de la superficie ocular

Se estimó la sensibilidad y especificidad de la citología de impresión como prueba diagnóstica en lesiones conjuntivales clínicamente sospechosas de neoplasia usando como patrón de oro la patología. Se estudiaron 60 pacientes, que ingresaron al azar a la Fundación Oftalmológica Nacional, con diagnóstico clínico de neoplasia de superficie ocular o lesión sospechosa de neoplasia, quienes fueron sometidos a citología de impresión y posterior resección quirúrgica completa, más estudio patológico de la lesión. Se realizó un análisis descriptivo, analizando la sensibilidad y la especificidad con el método clásico y análisis bayesiano.

Frecuencia de neoplasia escamosa de la superficie ocular coexistente con pterigio

Introducción: En la literatura, han aparecido reportes de neoplasia escamosa de superficie ocular (NESO) asociado con pterigio en un mismo paciente. Sin embargo, Colombia no cuenta con una estadística para ninguna de estas patologías. Objetivos: Determinar la frecuencia de NESO en pterigios resecados, en la Fundación Oftalmológica Nacional. Identificar factores de riesgo y características clínicas que predispongan a su aparición. Metodología: Estudio descriptivo de corte transversal. Se realizó una clasificación prequirúrgica y estudio histopatológico de los pterigios resecados en 93 pacientes, para confirmar su coexistencia con NESO. Se efectuó un análisis de frecuencias para datos demográficos y factores de riesgo asociados su aparición. Resultados: La frecuencia de NESO asociado a pterigio fue 7,07%. De estos, 28,5% identificados como sospechosos en la evaluación preoperatoria. La mayoría se presentaron en mujeres (71,4%), las ocupaciones con mayor frecuencia: labores domésticas (42,8%) y el comercio (28.5%). La exposición a derivados del petróleo y tabaquismo fue del 14,28%. No se presentaron casos asociados a infección por VIH. No hubo diferencias estadísticamente significativas sobre la presencia de NESO al comparar los casos en edad (p=0,8), procedencia (p=0,6) tabaquismo (p=0,4), leucoplaquia (p=1,0), queratinización (p=0,137), o vasos amputados (p=0,137). Conclusiones: De los pacientes con diagnóstico histopatológico de NESO, un porcentaje mínimo es sospechado clínicamente. Además se encontró este diagnóstico en pacientes más jóvenes que lo reportado en la literatura. Se recomienda realizar estudios con mayor número de pacientes para una mejor identificación de factores de riesgo. Palabras clave:

The variation in transparency of amniotic membrane used in ocular surface regeneration

Background/aims: Scant consideration has been given to the variation in structure of the human amniotic membrane (AM) at source or to the significance such differences might have on its clinical transparency. Therefore, we applied our experience of quantifying corneal transparency to AM. Methods: Following elective caesarean, AM from areas of the fetal sac distal and proximal (ie, adjacent) to the placenta was compared with freeze-dried AM. The transmission of light through the AM samples was quantified spectrophotometrically; also, tissue thickness was measured by light microscopy and refractive index by refractometry. Results: Freeze-dried and freeze-thawed AM samples distal and proximal to the placenta differed significantly in thickness, percentage transmission of visible light and refractive index. The thinnest tissue (freeze-dried AM) had the highest transmission spectra. The thickest tissue (freeze-thawed AM proximal to the placenta) had the highest refractive index. Using the direct summation of fields method to predict transparency from an equivalent thickness of corneal tissue, AM was found to be up to 85% as transparent as human cornea. Conclusion: When preparing AM for ocular surface reconstruction within the visual field, consideration should be given to its original location from within the fetal sac and its method of preservation, as either can influence corneal transparency.

Plastic compression of a collagen gel forms a much improved scaffold for ocular surface tissue engineering over conventional collagen gels

We compare the use of plastically compressed collagen gels to conventional collagen gels as scaffolds onto which corneal limbal epithelial cells (LECs) are seeded to construct an artificial corneal epithelium. LECs were isolated from bovine corneas (limbus) and seeded onto either conventional uncompressed or novel compressed collagen gels and grown in culture. Scanning electron microscopy (SEM) results showed that fibers within the uncompressed gel were loose and irregularly ordered, whereas the fibers within the compressed gel were densely packed and more evenly arranged. Quantitative analysis of LECs expansion across the surface of the two gels showed similar growth rates (p > 0.05). Under SEM, the LECs, expanded on uncompressed gels, showed a rough and heterogeneous morphology, whereas on the compressed gel, the cells displayed a smooth and homogeneous morphology. Transmission electron microscopy (TEM) results showed the compressed scaffold to contain collagen fibers of regular diameter and similar orientation resembling collagen fibers within the normal cornea. TEM and light microscopy also showed that cell–cell and cell–matrix attachment, stratification, and cell density were superior in LECs expanded upon compressed collagen gels. This study demonstrated that the compressed collagen gel was an excellent biomaterial scaffold highly suited to the construction of an artificial corneal epithelium and a significant improvement upon conventional collagen gels.

Photochemical cross-linking of plastically compressed collagen gel produces an optimal scaffold for corneal tissue engineering

The experiments were designed to use photochemically cross-linked plastically compressed collagen (PCPCC) gel to support corneal epithelial cells. A plastically compressed collagen (PCC) scaffold was photo cross-linked by UVA in the presence of riboflavin to form a biomaterial with optimal mechanical properties. The breaking force, rheology, surgical suture strength, transparency, ultrastructure, and cell-based biocompatibility were compared between PCPCC and PCC gels. The breaking force increased proportionally with an increased concentration of riboflavin. The stress required to reach breaking point of the PCPCC scaffolds was over two times higher compared to the stress necessary to break PCC scaffolds in the presence of 0.1% riboflavin. Rheology results indicated that the structural properties of PCC remain unaltered after UVA cross-linking. The PCC gels were more easily broken than PCPCC gels when sutured on to bovine corneas. The optical density values of PCPCC and PCC showed no significant differences (p > 0.05). SEM analyses showed that the collagen fibres within the PCPCC gels were similar in morphology to PCC gels. No difference in cell-based biocompatibility was seen between the PCPCC and PCC scaffolds in terms of their ability to support the ex vivo expansion of corneal epithelial cells or their subsequent differentiation evidenced by similar levels of cytokeratin 14. In conclusion, PCPCC scaffold is an optimal biomaterial for use in therapeutic tissue engineering of the cornea.

Cyclodextrin-mediated enhancement of riboflavin solubility and corneal permeability

Cyclodextrins are water-soluble cyclic oligosaccharides consisting of six, seven, and eight α-(1,4)-linked glucopyranose subunits. This study reports the use of different cyclodextrins in eye drop formulations to improve the aqueous solubility and corneal permeability of riboflavin. Riboflavin is a poorly soluble drug with a solubility up to 0.08 mg mL–1 in deionized water. It is used as a drug topically administered to the eye to mediate UV-induced corneal cross-linking in the treatment of keratoconus. Aqueous solutions of β-cyclodextrin (10–30 mg mL–1) can enhance the solubility of riboflavin up to 0.12–0.19 mg mL–1, whereas the higher concentration of α-cyclodextrin (100 mg mL–1) achieved a lower level of enhancement of 0.11 mg mL–1. The other oligosaccharides were found to be inefficient for this purpose. In vitro diffusion experiments performed with fresh and cryopreserved bovine cornea have demonstrated that β-cyclodextrin enhances riboflavin permeability. The mechanism of this enhancement was examined through microscopic histological analysis of the cornea and is discussed in this paper.

The secretome of alginate-encapsulated limbal epithelial stem cells modulates corneal epithelial cell proliferation

Limbal epithelial stem cells may ameliorate limbal stem cell deficiency through secretion of therapeutic proteins, delivered to the cornea in a controlled manner using hydrogels. In the present study the secretome of alginate-encapsulated limbal epithelial stem cells is investigated. Conditioned medium was generated from limbal epithelial stem cells encapsulated in 1.2% (w/v) calcium alginate gels. Conditioned medium proteins separated by 1-D gel electrophoresis were visualized by silver staining. Proteins of interest including secreted protein acidic and rich in cysteine, profilin-1, and galectin-1 were identified by immunoblotting. The effect of conditioned medium (from alginate-encapsulated limbal epithelial stem cells) on corneal epithelial cell proliferation was quantified and shown to significantly inhibit (Pcorneal epithelial cell proliferation. We conclude that limbal epithelial stem cells encapsulated in alginate gels may regulate corneal epithelialisation through secretion of inhibitory proteins.