Questions émergentes dans l'évaluation du risque rétinien des nouvelles technologies d'éclairement domestique : étude expérimentale

Emerging questions concerning the evaluation of the retinal risk of new domestic lighting technologies : experimental study

• Auteur / Autrice : Anaïs Françon
• Direction : Alicia Torriglia
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Toxicologie
• Date : Soutenance le 16/05/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche des Cordeliers (Paris ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Leveziel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dina Attia, Jack Falcon, Francine Béhar-Cohen
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Émeline Nandrot, Isabelle Ranchon-Cole

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lumière bleue

Habitations -- Éclairage

Dégénérescence rétinienne

Mort cellulaire

Cellules de l'épithélium pigmentaire rétinien

Rétine

Photodermatoses

Ophtalmologie

Mots clés libres

Ophtalmologie

Santé publique

Phototoxicité

Rétine

Epr

Lumière

Mort cellulaire

Stress cellulaire

Autophagie

Ophthalmology

Public health

Phototoxicity

Retina

Rpe

Light

Cell death

Cellular stress

Autophagy

Résumé

L'exposition de l'oeil à la lumière, bien qu'étant essentielle au mécanisme de la vision, peut, à forte dose, entrainer la dégénérescence de la rétine. Ce phénomène de phototoxicité touche aussi bien la rétine neurale que l'épithélium pigmentaire de la rétine (EPR). Afin d'éviter un risque phototoxique chez la population générale, il existe des normes régissant l'éclairage domestique. Elles se basent sur le seuil de phototoxicité de la lumière bleue défini expérimentalement pour la rétine des primates. En effet, on considère que la lumière bleue, qui est la partie la plus énergétique du spectre de la lumière visible, est la seule responsable de la phototoxicité des sources lumineuses. Actuellement ce seuil correspond à une dose rétinienne de 22 J/cm² à 445 nm. Il est à noter que les seuils de phototoxicité ont été étudiés avec les mêmes méthodes expérimentales chez le rongeur. Pour ces animaux le seuil de toxicité de la lumière bleue a été estimé à 11 J/cm². De nos jours, l'éclairage domestique repose principalement sur l'utilisation de diodes électroluminescentes (LED) blanches. Cette technologie produit une lumière ayant une proportion importante de longueurs d'onde bleues et une faible part de longueurs d'onde rouges, en comparaison des technologies d'éclairage plus anciennes. Dans ce travail nous avons effectué des études dose-réponse chez le rat Wistar et nous avons trouvé un seuil de phototoxicité de 0,2 J/cm² pour la lumière bleue. En comparant l'effet de LED blanches, bleues et vertes, nous avons montré que la composante bleue n'est pas la seule responsable de la phototoxicité de la lumière blanche. Ainsi, la composante bleue induit des mécanismes de mort cellulaire tandis que la composante verte induit des mécanismes de stress cellulaire dans la rétine. De plus, nous avons montré que l'ajout de lumière rouge à la lumière blanche a un effet protecteur sur la perte des photorécepteurs. Elle participe à la modulation des voies de stress, en particulier de l'autophagie et des mécanismes de réparation de l'ADN comme nous l'avons montré sur des modèles cellulaires. Finalement, nous avons montré la toxicité de doses de lumière en dessous du seuil de phototoxicité des primates sur des cultures de cellules humaines de l'EPR. Ces différents résultats nous ont permis de remettre en cause les seuils actuels de phototoxicité des rongeurs qui apparaissent très surestimés. Bien que les valeurs chez le primate n'aient pas été évaluées dans ce travail, le fait qu'elles aient été calculées de la même façon et avec les mêmes méthodes que pour les rongeurs laisse présumer leur surestimation. Nous avons également montré la non-pertinence de l'utilisation exclusive de la lumière bleue dans l'évaluation de la phototoxicité d'une source lumineuse, montrant la nécessité de prendre en compte l'intégralité de son spectre.

The exposure of the eye to light, although essential to the mechanism of vision, can, at high doses, lead to the degeneration of the retina. This phototoxicity mechanism affects both the neural retina and the retinal pigmented epithelium (RPE). To avoid a phototoxic risk in the general population, standards exist for domestic lighting. They are based on the phototoxicity threshold for blue light experimentally defined for the retina of primates. Indeed, blue light, which is the most energetic part of the visible light spectrum, is considered the only one responsible for the phototoxicity of light sources. Currently this threshold corresponds to a retinal dose of 22 J/cm² at 445 nm. It is to note that the phototoxicity thresholds have been studied with the same experimental methods in rodents. For these animals, the phototoxicity threshold for blue light was estimated at 11 J/cm². Nowadays, domestic lighting mainly relies on the use of white light-emitting diodes (LED). This technology produces light with a high proportion of blue wavelengths and a low proportion of red wavelengths, compared to older lighting technologies. In this work, we performed dose-response studies in Wistar rats and we found a phototoxicity threshold of 0.2 J/cm² for blue light. By comparing the effect of white, blue and green LED, we showed that the blue component is not solely responsible for the phototoxicity of white light. Thus, the blue component triggers cell death mechanisms while the green component induces cellular stress pathways in the retina. Moreover, we highlighted that the addition of red light to white light has a protective effect on photoreceptor loss. It participates in the modulation of stress pathways, in particular autophagy and DNA repair mechanisms as observed in cellular models. Finally, we described the toxicity of light doses below the phototoxicity threshold of primates on human RPE cell cultures. These different results enabled us to question the current phototoxicity threshold of rodents, which appears to be highly overestimated. Although the values in primates were not evaluated in this work, the fact that they were calculated with the same methods as in rodents suggests their overestimation. We also demonstrated the irrelevance of the exclusive use of blue light in the evaluation of the phototoxicity of a light source, showing the necessity to take into account the whole spectrum.