Cartographie multi-échelle et biomécanique de la cornée humaine saine ou pathologique – CorMecha

La cornée se caractérise par sa transparence et son pouvoir de réfraction, ainsi que des propriétés biomécaniques spécifiques. Son comportement viscoélastique est essentiel pour maintenir une courbure constante malgré les modifications de la pression intraoculaire (PIO) et les diverses forces appliquées sur la cornée. Un défaut dans les propriétés mécaniques est impliqué dans certaines pathologies, principalement le kératocône qui se caractérise par un amincissement de la cornée, une diminution de sa résistance mécanique et la formation d'un cône, et altère la vision à cause d'un astigmatisme irrégulier élevé et d'une opacification cornéenne. Le kératocône, parfois appelé ectasie, est une complication possible de la chirurgie réfractive cornéenne. De plus, la correction de la myopie par ce type de chirurgie donne des résultats variables, qui peuvent s'expliquer par la variabilité interindividuelle des réponses en cicatrisation et des comportements biomécaniques.
Ce projet se base sur l'hypothèse que les propriétés biomécaniques de la cornée sont étroitement liées à sa structure multi-échelle, hypothèse classique pour les tissus conjonctifs et basée sur des observations expérimentales et des simulations numériques. Ce projet suppose en outre que des propriétés biomécaniques défectueuses de la cornée sont dues à une structure défectueuse. Le stroma cornéen se compose d'un empilement de plusieurs centaines de lamelles de 1 à 3 µm d'épaisseur, constituées de fibrilles de collagène (25-30 mm de diamètre) alignées régulièrement pour assurer la transparence de la cornée. Les lamelles sont empilées parallèlement les unes aux autres, mais leur taille et leur orientation dans le plan de la cornée varient selon leur position dans l’épaisseur et l’étendue de la cornée. Des stries verticales, correspondant à des ondulations lamellaires, sont également présentes dans le stroma postérieur et sont impliquées dans la réponse mécanique. Cependant, cette organisation hiérarchique anisotrope de la cornée et ses conséquences physiologiques sur la biomécanique cornéenne sont encore mal caractérisées en raison des limites des techniques classiques.
Ce projet vise à : (i) mettre en place un atlas de la structure 3D de la cornée allant de l'échelle sub-micrométrique (organisation intra-lamellaire des fibrilles de collagène) à l'échelle millimétrique à centimétrique (distribution des lamelles dans la cornée entière, stries stromales), (ii) mesurer précisément les propriétés biomécaniques liées à cette structure dans des conditions physiologiques et pathologiques (PIO élevée, kératocône, après photo-ablation) et (iii) modéliser la biomécanique cornéenne à partir de ces données structurales et macroscopiques afin de comprendre le rôle des diverses structures du stroma. Il repose sur la combinaison originale d'un dispositif de gonflement contrôlé et de systèmes d'imagerie de pointe, principalement un microscope par Génération de Second Harmonique résolu en polarisation. Des outils et des pipelines de traitement informatique seront développés pour traiter les très grands volumes de données (Gb à Tb) générés et quantifier des paramètres d'intérêt cliniquement pertinents. Une analyse statistique avancée des séries de données cliniques (topographie cornéenne…), structurelles (OCT, confocal, SHG…) et mécaniques obtenues sur la même cornée sera ensuite effectuée pour les cornées normales, kératoconiques et photo-ablatées. L'objectif ultime est double : (i) transférer les caractéristiques structurelles observées avec des microscopes avancés en caractéristiques facilement détectables par des techniques couramment utilisées en ophtalmologie clinique, afin de permettre le diagnostic de défauts structurels liés à des propriétés mécaniques anormales, (ii) mettre au point un modèle simplifié pour servir d'outil prédictif aux cliniciens et améliorer les procédures de chirurgie réfractive personnalisée.