Imagerie de la rétine : suivi de structure et de l'activité cellulaire par OCT Plein Champ statique et dynamique

Retinal imaging : following of structure and cellular activity using static and dynamic Full-Field Optical Coherence Tomography

• Auteur / Autrice : Kassandra Groux
• Direction : Mathias Fink, Katherine GRIEVE, Albert-Claude Boccara
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 24/11/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Physique en Ile de France
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Langevin : ondes et images - Institut Langevin - Ondes et Images (UMR7587) / IL
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Lévêque-Fort
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathias Fink, Katherine GRIEVE, Albert-Claude Boccara, Sandrine Lévêque-Fort, Arnaud Dubois, Cédric Bouzigues, Cathie Ventalon, Serge Picaud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arnaud Dubois, Cédric Bouzigues

Mots clés

Mots clés libres

Tomographie en cohérence optique plein champ

Imagerie dynamique

Activité cellulaire

Microscopie

Cultures cellulaires

Rétine

Full Field Optical coherence tomographyrence Tomography

Dynamic imaging

Cellular activity

Microscopy

Cell cultures

Retina

Résumé

Cette thèse cherche à démontrer l'utilité de la Tomographie en Cohérence Optique (OCT) plein champ statique et dynamique pour l'imagerie de la rétine, qu'il s'agisse d'échantillons in vitro (cultures cellulaires 2D ou 3D), ex vivo (rétines extraites de différentes espèces) ou in vivo (imagerie direct de l'œil du patient). La stabilisation des acquisitions dynamiques, à la fois 3D et temporelle, permet un meilleur suivi et une meilleure interprétation de l'évolution d'échantillons in vitro, tels que les organoïdes de rétine (produits à partir de cellules souches pluripotentes humaines) ou les cultures cellulaires d'épithélium pigmentaire rétinien (à partir de cellules souches humaines et de cellules primaires de porc). Les signaux dynamiques obtenus diffèrent selon le type cellulaire (photorécepteurs, épithélium pigmentaire rétinien, etc.), mais également selon les phénotypes exprimés (mort cellulaire, division cellulaire, etc.), permettant une imagerie totalement non invasive en biologie. Ces signaux, représentant l'activité cellulaire, proviennent des organelles présentes dans les cellules, et notamment des mitochondries, et aide à l'interprétation de l'état des cellules.Ce contraste innovant permettra d'étudier des maladies dégénératives de la rétine in vitro, telles que la Dégénérescence Maculaire Liée à l'Age ou la Rétinite Pigmentaire. La modélisation de maladies peut être facilement étudié en évaluant la réponse des cellules au cours du temps, par exemple après un stress induit à la culture cellulaire. La recherche de traitements adéquats pour ces maladies sera aussi facilitée par le suivi de l'évolution du signal dynamique des cellules, après traitement.Enfin l'application de l'OCT plein champ à l'imagerie in vivo de la rétine permet une étude non invasive des différentes couches de la rétine (des nerfs jusqu'à l'épithélium pigmentaire rétinien). Elle est aussi moins complexe que les techniques d'optique adaptative habituellement utilisées. Les améliorations de stabilisation et de signal justifient l'idée d'implémenter l'OCT plein champ dynamique in vivo dans le futur pour une détection précoce des maladies, telles que la Dégénérescence Maculaire Liée à l'Age ou le Glaucome.

This thesis aims to demonstrate the usefulness of static and dynamic Full-Field Optical Coherence Tomography (FFOCT) for retinal imaging, with in vitro (cell cultures in 2D or 3D), ex vivo (retinas dissected from different species) and in vivo (direct imaging of the eye of the patient) samples.By stabilising the three dimensional and timelapse dynamic acquisitions, it allows a better following and interpretation of the evolution of in vitro samples, such as retinal organoids (produced from human pluripotent stem cells) or retinal pigment epithelium cell cultures (from pluripotent stem cells and primary porcine cells). The recorded dynamic signals can be differentiated by the cell type (photoreceptors, retinal pigment epithelium, etc.) or the expressed phenotypes (for example dying cell, cell division, etc.), allowing a totally non invasive imaging in biology. These signals, representing the cellular activity, come from organelles present in the cells, especially mitochondria, and help to an easy interpretation of the condition of the cells.This innovative contrast allows to study retinal degenerative diseases in vitro, such as Age-related Macular Degeneration or Retinitis Pigmentosa. Disease modeling can easily be studied by evaluating the cell response over time, for example after an induced stress on the cell culture (scratch assays). Drug screening for these diseases will also be eased by following the evolution of the dynamic signal produced by the cells after treatment.Finally, the application of Full-Field Optical Coherence Tomography to in vivo retinal imaging permit a non invasive study of the different layers of the retina (from the nerves to the retinal pigment epithelium). It is a technique less complex than those with adaptive optics usually used for in vivo imaging. The stabilisation and signal improvement justify the idea of the future in vivo implementation of dynamic FFOCT for the detection of diseases at early stages, such as Age-related Macular Degeneration or Glaucoma.