Identifier et suivre les pathologies rétiniennes, vers une cartographie fonctionnelle des photorécepteurs

Dans la rétine, il ne faut pas se fier aux apparences. De nombreuses maladies rétiniennes impactent les photorécepteurs engendrant une perte de fonction sans déformations structurelles visibles avec les outils d’imagerie classiques. L’observation seule de la morphologie ne suffisant pas pour caractériser l’état de santé de la rétine, il est alors nécessaire de s’intéresser directement au fonctionnement des photorécepteurs. 
Une première manière est l’électrorétinographie, une approche globale qui mesure la réponse électrique de la rétine à un flash lumineux. Or, pour diagnostiquer et suivre l’évolution de pathologies qui atteignent des zones localisées, comme la DMLA, ou encore pour mesurer l’efficacité d’un traitement, il est nécessaire d’être plus précis en examinant la réponse au niveau cellulaire. C’est ce à quoi travaille Julia Granier, doctorante à l’Institut de la Vision dans l’équipe de Kate Grieve. Elle s’est intéressée à l’optorétinographie c’est-à-dire à la mesure de la trace lumineuse que laissent les cônes (cellules rétiniennes photosensibles) quand ils s’activent. Mise en œuvre avec un système d’imagerie appelé AOSLO, cette méthode lui permet de suivre l’activité de chaque cône d’une zone donnée, avec une résolution cellulaire. Dans son étude, la jeune chercheuse présente un protocole pour distinguer automatiquement les cônes actifs des non actifs au cours d’une imagerie, ainsi que l’évaluation de l’influence de facteurs non pathologiques.

Le scintillement des photorécepteurs

L’optorétinographie est une technique d’imagerie de la rétine qui relie la réponse physiologique des photorécepteurs à une excitation lumineuse. Elle se base sur l’observation qu’à la suite d’un flash lumineux les cônes de la rétine se mettent à « scintiller ». Ces variations d’intensité lumineuse sont des témoins de l’activité des cônes, ce qui en font des biomarqueurs adéquats pour suivre l’évolution des pathologies rétiniennes. 

L’équipe de recherche mesure ces scintillements par ophtalmoscopie laser à balayage corrigé par optique adaptative (AOSLO en anglais), un système d’imagerie rétinienne à haute résolution. La mesure se décompose en deux étapes : une première illumination infrarouge permet d’obtenir une image à l’échelle cellulaire des photorécepteurs de la rétine, puis la rétine est illuminée pendant une seconde par un flash de lumière verte pour activer les cellules photosensibles. Les cônes sont ainsi identifiés un à un et leurs variations d’intensités lumineuses est mesurée au cours du temps.

Les premières mesures ont montré que les cônes répondaient très clairement à la stimulation. Cependant, dans le cas de maladies où les photorécepteurs cessent petit à petit de fonctionner il est nécessaire de déterminer à partir de quelle intensité lumineuse les cônes sont considérés comme inactifs. La détermination d’une métrique est alors nécessaire pour distinguer les photorécepteurs et automatiser le suivi des pathologies pour des applications cliniques futures. 

La mise en place de la métrique 

Pour distinguer les cônes, la jeune chercheuse a déterminé une limite haute et une limite basse d’intensité autour d’une intensité moyenne issue des mesures de contrôle c’est-à-dire sans stimuli lumineux. Les cônes, dont l’intensité se trouve au-dessus et en-dessous de ces bornes, sont considérés comme actifs. Cette nouvelle métrique divise les cônes en deux catégories : ceux qui répondent fortement aux stimuli lumineux comparé à la mesure contrôle (les cônes actifs) et ceux qui ont une réponse « neutre » et qui présentent une intensité lumineuse similaire à celle du contrôle (les cônes inactifs). 

Grâce à cette distinction, Julia Granier a réussi à cartographier la répartition des cônes actifs et a notamment observé chez des patients sains que plus de 80 % des cônes répondaient à la stimulation de lumière verte. Ce qui est cohérent avec la proportion théorique des cônes : les cônes L et M sont tous deux sensibles à la lumière verte contrairement aux 5 - 10 % qui correspondent aux cônes S et qui n’y sont pas sensibles. 

Les paramètres à prendre en compte dans la cartographie

Cette capacité à distinguer l’activité des cônes amène à la question des paramètres qui pourraient influer sur la mesure lors des applications cliniques. 

Le premier paramètre identifié est lié à une pathologie : le daltonisme. En fonction de la nature du daltonisme, certains cônes sensibles à la lumière verte vont être en déficit ; le pourcentage de cônes actifs va donc varier. Des mesures réalisées chez une douzaine de volontaires atteints de trois formes de daltonisme ont confirmé cette variation, qui doit être prise en compte dans l’interprétation de la cartographie fonctionnelle. 

Les deux autres paramètres non pathologiques sont liés à l’âge des patients et à l’emplacement de la zone inspectée sur la rétine. 

Après avoir étudié la rétine de 26 patients de 22 à 83 ans, la doctorante a constaté que, chez les personnes âgées, l’intensité lumineuse mesurée pour les cônes actifs était moins élevée et la réponse des photorécepteurs au stimulus lumineux était plus lente. Ces observations pourraient s’expliquer par une moins bonne absorption de la lumière par les photorécepteurs ainsi que par la partie antérieure de l’œil qui laisserait passer moins de lumière (diminution du diamètre de la pupille ou encore jaunissement du cristallin). 

Enfin, l’intensité mesurée dépend également de l’emplacement de la zone imagée : plus la zone est loin de la fovéa (zone de la rétine située dans l’axe visuel de l’œil) plus l’intensité lumineuse mesurée diminue et plus la réaction est lente. Cette baisse de réactivité et de rapidité de réponse serait cohérente avec une variation structurelle des cônes : la longueur de leur segment externe décroît avec l’éloignement de la fovéa. 

La prise en compte de ces paramètres est nécessaire pour rendre efficace en clinique le diagnostic et le suivi des pathologies rétiniennes. Dans ce but, la doctorante propose de mettre en place des tables qui indiqueraient par exemple l’intensité lumineuse attendue en fonction de l’âge du patient.

Une recherche tournée vers la clinique 

Ainsi, bien que les apparences soient trompeuses dans la rétine, l’optorétinographie par AOSLO contourne cette indétermination en fournissant une cartographie de la répartition des photorécepteurs actifs de la rétine. En introduisant une métrique simple (pourcentage de cônes répondeurs) et une cartographie associée, et en caractérisant trois sources majeures de variabilité interindividuelle (excentricité rétinienne, vision des couleurs, âge), cette étude propose un cadre de référence indispensable pour interpréter les signaux d’optorétinographie en pratique. Elle ouvre la voie à un suivi fonctionnel plus fin des photorécepteurs, en complément de l’imagerie structurelle, pour mieux comprendre et, à terme, suivre l’évolution de pathologies rétiniennes.

Les travaux de Julia Granier s’intègrent dans les recherches de l’équipe Imagerie directe de cellules et de patients dirigée par Kate Grieve à l’Institut de la Vision qui travaille à l’automatisation de la détection des biomarqueurs de pathologies de la rétine et au suivi de leur évolution. Leurs activités sont intimement liées à l’hôpital national des 15-20 via le centre d’investigation clinique. Cette collaboration unique entre ingénieurs-chercheurs et cliniciens accélèrent considérablement l’introduction de nouvelles techniques d’imagerie dans les protocoles cliniques.