Étude de facteurs physiopathologiques et de nouvelles voies thérapeutiques du glaucome sur un modèle 3D original de trabéculum humain normal et pathologique

Evaluation of pathophysiological factors and new therapeutic pathways for glaucoma on an original 3D model of normal and pathological human trabecular meshwork

• Auteur / Autrice : Juliette Buffault
• Direction : Françoise Brignole-Baudouin, Christophe Baudouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 22/03/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physiologie, Physiopathologie et Thérapeutique (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de la vision (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Paques
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cédric Schweitzer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre Denoyer, Antoine Rousseau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ophtalmologie

Angle irido-cornéen

Pression intraoculaire

Glaucome

Mots clés libres

Ophtalmologie

Glaucome

Trabéculum

Modèle

Ophthalmology

Glaucoma

Trabecular meshwork

Model

Résumé

Le glaucome est une neuropathie optique cécitante associé à une élévation de la pression intraoculaire (PIO). Le trabéculum, situé à l'angle iridocornéen, constitue la voie principale de drainage de l'humeur aqueuse hors de l'œil et joue un rôle crucial dans le maintien de l'homéostasie de la PIO. Une dysfonction du trabéculum entraîne une résistance accrue et une élévation de la PIO dans le glaucome.À mesure que le domaine de la recherche sur le glaucome évolue, avec des avancées dans les méthodes d'exploration telles que les approches -omiques, il devient de plus en plus nécessaire de trouver des modèles alternatifs à l'expérimentation animale pour tester les cibles thérapeutiques potentielles identifiées par ces méthodes. Cela est autant motivé par des considérations éthiques que par les limites liées à la transposition des résultats obtenus sur des modèles animaux aux patients humains.Cette thèse se concentre sur l'étude de la dysfonction du trabéculum et l'exploration de nouvelles approches thérapeutiques à l'aide d'un modèle en trois dimensions du trabéculum humain. Nous avons utilisé des cultures primaires de cellules humaines du trabéculum en deux dimensions (2D) et en trois dimensions (3D) pour examiner les effets d'un inhibiteur de la Rho-kinase et du latanoprost en présence du facteur de croissance transformant bêta-2 (TGF-β2). Nous avons pu démontrer l'efficacité du latanoprost dans la réduction de l'accumulation de la matrice extracellulaire induite par le TGF-β2 et celle de l'inhibiteur de la Rho-kinase sur le remodelage de la matrice extracellulaire et le remaniement du cytosquelette sur ces modèles.Puis, nous avons utilisé la technique des explants pour préserver l'architecture complexe du trabéculum. L'analyse par séquençage complet de l'ARN a permis une caractérisation des changements transcriptomiques induits par le TGF-β2, et ainsi d'envisager de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles.Pour compléter notre travail, nous avons développé un modèle ex vivo d'explants rétiniens de rat, préservant l'architecture et l'organisation cellulaire de la rétine. Ce modèle d'axotomie permet la dégénérescence rapide des cellules ganglionnaires rétiniennes et la gliose, ce qui facilite les investigations sur les thérapies neuroprotectrices, anti-inflammatoires. Ce modèle maintient une architecture semblable à celle in vivo, avec des interactions intercellulaires intactes, tout en réduisant le nombre d'animaux sacrifiés. L'efficacité de cellules souches mésenchymateuses ainsi que d'inhibiteur de la Rho-kinase ont pu être évaluées.Ces modèles ex vivo innovants offrent des perspectives précieuses sur la physiopathologie du glaucome, permettant une analyse complète de l'organisation matricielle, des interactions cellulaires et des altérations moléculaires. Ils constituent des alternatives convaincantes à l'expérimentation animale, comblant le fossé entre les études in vitro et in vivo. En établissant une plateforme robuste et cliniquement pertinente, cette recherche contribue de manière significative à la quête de nouvelles approches thérapeutiques dans le glaucome tout en promouvant des pratiques de recherche éthiques et en réduisant la dépendance à l'égard des modèles animaux.

Glaucoma, a sight-threatening optic neuropathy affecting millions worldwide, is strongly associated with elevated intraocular pressure (IOP). The trabecular meshwork (TM), located at the iridocorneal angle, serves as the primary outflow pathway for aqueous humor and plays a crucial role in maintaining IOP homeostasis. Dysfunction of the TM leads to increased resistance and elevated IOP in glaucoma.As the field of glaucoma research evolves, with advancements in exploration methods such as omics, there is a growing need to find alternative models to animal experimentation to test potential therapeutic targets identified by these methods. This is driven by ethical considerations and challenges in translating findings from animal models to human patients.This thesis focuses on investigating TM dysfunction and exploring novel therapeutic approaches using a 3D model of human TM. Primary human TM cell cultures are employed in 2D and 3D systems to examine the effects of a Rock inhibitor and latanoprost in the presence of transforming growth factor-beta 2 (TGF-β2). The 3D culture system, simulating the physiological microenvironment, demonstrates the efficacy of latanoprost in reducing TGF-β2-induced extracellular matrix accumulation. The Rock inhibitor also exhibits significant impacts on extracellular matrix and cytoskeletal remodeling.In addition, explant techniques are employed to preserve the intricate architecture of the TM. RNA-Seq analysis allows for a comprehensive characterization of transcriptomic changes induced by TGF-β2, enabling the identification of potential therapeutic targets.To further understand glaucoma pathophysiology, we developed an ex vivo model of rat retinal explants, preserving the retina's architecture and cellular organization. This axotomy model enables the rapid degeneration of retinal ganglion cells and gliosis, facilitating investigations into neuroprotective, anti-inflammatory, and stem cell transplantation therapies using human or rodent tissues. Importantly, this model maintains an in vivo-like architecture with intact intercellular interactions and reduces the number of animals sacrificed.These innovative ex vivo models provide valuable insights into glaucoma pathophysiology, enabling a comprehensive analysis of matrix organization, cellular interactions, and molecular alterations. They serve as compelling alternatives to animal experimentation, bridging the gap between in vitro and in vivo studies. By establishing a robust and clinically relevant platform, this research significantly contributes to the quest for novel therapeutic approaches in glaucoma while promoting ethical research practices and reducing reliance on animal models.