Des chercheurs ont mis au point une nouvelle technique basée sur la lumière qui rigidifie sélectivement les tissus de la cornée et pourrait un jour offrir un traitement amélioré pour les problèmes oculaires causés par un tissu cornéen affaibli.

Dans le journal de l'Optical Society pour la recherche à fort impact, Optica, les chercheurs détaillent leur nouvelle technique pour renforcer la cornée en réticulant avec précision les fibres de collagène qui composent le tissu cornéen. Ils démontrent également une approche de microscopie spécialisée qui mesure la rigidité des tissus sans perturber les zones non traitées.

"Parce que la lumière a la capacité de sonder profondément à l'intérieur des tissus, nous utilisons cette propriété à la fois pour pénétrer à l'intérieur et modifier les propriétés mécaniques des tissus et pour mesurer ces changements afin que nous puissions comprendre comment les tissus ont changé et les visualiser de manière non invasive", a déclaré Sheldon. JJ Kwok, Massachusetts General Hospital Wellman Center for Photomedicine, premier auteur de l'article.

Rendre la réticulation plus précise
La maladie peut affaiblir progressivement la cornée, la couche transparente en forme de dôme qui recouvre le devant de l'œil, jusqu'à ce que la pression dans l'œil la fasse gonfler et entraîne des problèmes de vision. Une greffe de cornée peut éventuellement être nécessaire à mesure que la maladie, connue sous le nom de kératocône, progresse. Cependant, un nouveau traitement appelé réticulation cornéenne semble prometteur pour ralentir ou arrêter la progression du kératocône. La procédure est utilisée en Europe, au Canada et au Japon, et fait l'objet d'essais cliniques aux États-Unis.

"À l'heure actuelle, la lumière ultraviolette est utilisée pour effectuer une réticulation sur toute la cornée", a déclaré Seok-Hyun Yun, du Massachusetts General Hospital Wellman Center for Photomedicine, chef de l'équipe de recherche. "Cependant, cela comporte un risque d'endommager la couche la plus interne de la cornée, une complication qui modifie la fonction cornéenne et peut la rendre très floue. Il n'y a également aucun moyen de prédire si la procédure améliorera réellement la vision chez un patient donné.

Pour cette raison, les chercheurs ont voulu voir si l'absorption à deux photons pouvait être utilisée pour contrôler précisément la zone de réticulation cornéenne. L'absorption à deux photons utilise un laser femtoseconde dans le proche infrarouge pour obtenir une résolution spatiale très élevée confinée à un petit volume. Cette approche a été utilisée pour durcir des résines liquides afin de créer des composants optiques microscopiques et d'autres structures 3D. Jusqu'à cette recherche, la technique n'avait pas été appliquée pour rigidifier un tissu, initialement solide, dans une zone spécifique.

Deux photons valent-ils mieux qu'un ?
Pour voir si l'absorption à deux photons pouvait effectivement induire une réticulation, les chercheurs ont utilisé une configuration de microscopie à deux photons maison qui délivre une lumière laser femtoseconde Ti: saphir délivrée à travers l'objectif. Ils ont placé un échantillon de cornée sous l'objectif, appliqué un colorant photosensible sur le tissu, puis allumé la lumière laser et l'ont focalisée sur une couche spécifique.

Après quelques essais et erreurs, ils ont découvert que l'exposition du tissu à une lumière laser de 200 milliwatts pendant dix minutes induisait une réticulation du collagène sans endommager les tissus. En balayant le laser à travers une zone de tissu, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient induire une réticulation dans une zone 3D spécifique.

"Si vous pouvez réticuler une partie spécifique de la cornée, il pourrait être possible d'optimiser le résultat visuel", a déclaré Yun. "Avec l'absorption à deux photons, nous pouvons choisir et limiter de manière sélective la profondeur de la réticulation pour éviter d'endommager les cellules des couches supérieure et inférieure de la cornée."

L'un des défis, cependant, est de vérifier que la réticulation a bien eu lieu. La réticulation du collagène induite par l'absorption à deux photons n'est pas facilement visualisée avec les méthodes d'imagerie standard. Ainsi, les chercheurs se sont tournés vers une technique spécialisée appelée microscopie Brillouin, que le laboratoire de Yun a précédemment développée et a progressivement améliorée. La microscopie Brillouin offre un moyen sans contact de mesurer les propriétés biomécaniques des tissus en 3D avec une résolution spatiale élevée.

"Nous avons utilisé la microscopie Brillouin pour valider que nous pouvons induire une réticulation dans les tissus et avons montré que la quantité de réticulation produite avec l'adsorption à deux photons est presque la même que celle qui peut être induite avec l'approche à photon unique utilisée aujourd'hui", a déclaré Yun.

Parce que l'approche à deux photons induit une réticulation point par point, c'est un processus long à réaliser, ce qui la rend plus utile pour la réticulation d'une petite région ou d'une fine tranche de tissu.

Bien que d'autres études soient nécessaires pour comprendre comment divers modèles de réticulation affectent la forme et la vision de la cornée, les chercheurs espèrent que la nouvelle technique pourrait permettre la réticulation dans un modèle 3D spécifique au renflement cornéen d'un patient afin de maximiser les avantages du traitement.

La réticulation à deux photons pourrait également être utile pour les applications d'ingénierie tissulaire, où elle pourrait être utilisée pour moduler sélectivement la rigidité des cultures cellulaires 3D afin qu'elle corresponde plus étroitement à celle des tissus du corps, par exemple.

Article : SJJ Kwok, IA Kuznetsov, M. Kim, M. Choi, G. Scarcelli, SH Yun, « Réticulation sélective du collagène à deux photons in situ mesurée par microscopie Brillouin », Optica, 3, 5, 469 (2016).
DOI : 10.1364/optica.3.000469