Les chercheurs ont mis au point une nouvelle technique à base de lumière qui raidit sélectivement le tissu dans la cornée et pourrait un jour offrir un traitement amélioré pour les problèmes oculaires causés par l’affaiblissement du tissu cornéen.

Dans optica, la revue Optica de l’Optical Society pour la recherche à fort impact, les chercheurs détaillent leur nouvelle technique de renforcement de la cornée en réticlant précisément les fibres de collagène qui composent le tissu cornéen. Ils démontrent également une approche de microscopie spécialisée qui mesure la rigidité de tissu sans perturber des secteurs non traités.

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

Rendre la réticulation plus précise
La maladie peut provoquer l’affaiblissement progressif de la cornée, la couche claire en forme de dôme qui recouvre l’avant 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 condition, connue sous le nom de kératocône, progresse. Cependant, un nouveau traitement appelé réticulation cornéenne s’avère 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 la 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 s’accompagne d’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 avec précision 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 les 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 raidir le tissu, qui est initialement solide, dans une zone spécifique.

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

Après quelques essais et erreurs, ils ont constaté que l’exposition du tissu à la lumière laser de 200 milliwatts pendant dix minutes a induit la réticulation du collagène sans endommager le tissu. 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 rétérimenter 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 sélectivement la profondeur de réticulation pour éviter les dommages cellulaires à la fois sur les couches supérieure et inférieure de la cornée. »

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

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

Parce que l’approche à deux photons induit la réticulation point par point, c’est un processus long à effectuer, ce qui le rend le plus utile pour rétériencer une petite région ou 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 cornéennes, 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 de correspondre plus étroitement à celle des tissus dans le corps, par exemple.

Article : S.J.J. Kwok, I.A. Kuznetsov, M. Kim, M. Choi, G. Scarcelli, S.H. Yun, « Selective two-photon collagen crosslinking in situ measured by Brillouin microscopy », Optica, 3, 5, 469 (2016).
DOI: 10.1364/optica.3.000469