Description du sujet de thèse

Titre de la thèse :
Développement de prototypes d'instruments de diffusométrie optique compacts et rapides pour la caractérisation de greffons cornéens en banque des tissus, et pour le diagnostic in vivo de pathologies cornéennes

Description du sujet :
La cornée est un organe essentiel pour la vision qui possède des propriétés de transparence peu communes dans la matière biologique (coefficient de transmission de plus de 90% dans le visible) et qui est responsable de 2/3 du pouvoir réfractif de l'œil. L'équipe DiMABio de l'Institut Fresnel s'intéresse depuis plusieurs années aux propriétés optiques de ce tissu afin de développer de nouveaux outils de diagnostic des pathologies cornéennes, en collaboration avec la banque des tissus de l'EFS-Paca Corse (Etablissement Français du Sang) et les médecins/chirurgiens ophtalmologues du secteur hospitalier marseillais. Les pathologies cornéennes peuvent induire une altération partielle ou totale de la transparence de ce tissu. Dans la plupart des cas, la cornée s'hydrate anormalement et sa structure se désorganise (œdème partiel ou global), elle devient alors diffusante et perturbe la vision. La détection précoce de l'œdème cornéen est donc un enjeu important pour les patients. Pouvoir caractériser précisément l'état de transparence de ce tissu est également particulièrement intéressant pour la sélection des greffons. Différentes propriétés sont quantifiées aujourd'hui pour effectuer cette sélection, mais la qualité de la transparence des greffons reste à ce jour souvent évaluée de manière subjective. De plus, le nombre important de chirurgies LASIK pratiquées entraîne une incidence potentiellement importante de cicatrices/fragilités stromales qui ne sont pas toujours décelées aujourd'hui sur les greffons, et qui peuvent donc être alors jugés viables pour la greffe en cas de défaillance dans le suivi du dossier médical du donneur. Par conséquent, le développement d'un outil sensible aux très faibles variations structurales de la cornée pourrait améliorer les qualités de tri.

Dans ce contexte, les recherches de l'équipe DiMABio ont conduit à montrer que l'analyse du signal optique rétrodiffusé par des greffons de cornée expérimentaux pouvait permettre une détection efficace au stade précoce de l'œdème cornéen [1-3]. Ce signal de diffusion est mesuré au moyen d'un montage optique à très haute sensibilité, et résolu angulairement grâce à une architecture goniométrique. La collaboration étroite avec l'EFS-PACA Corse a permis au cours des études précédentes de montrer la potentialité de cette approche non invasive. Pour accélérer la prise de mesure et rendre l'instrument compatible avec une utilisation en banque d'organes, une première version d'un prototype de diffusomètre rapide et compact a été conçue et a pu être mise en service durant plusieurs mois au sein de l'EFS, à proximité de la plateforme de conservation et de conditionnement des greffons de cornées [2].

Le but initial du projet de thèse proposé est de poursuivre le développement d'un tel instrument en concevant une nouvelle version qui serait suffisamment ergonomique en terme de temps d'acquisition et d'automatisation pour autoriser son utilisation au quotidien dans le circuit de traitement des greffons (conditionnement pour la conservation, qualification des greffons (autorisés à la greffe ou rejetés et requalifiés en greffons expérimentaux), puis conditionnement pour l'expédition pour la greffe). L'enjeu principal est également de rendre cet instrument compatible avec les contraintes sanitaires liées à son utilisation en milieu stérile au sein d'une banque de conservation de tissus ou en service de chirurgie ophtalmique. Outre la conception instrumentale, il s'agira également d'opérer des choix de dimensionnement et des caractéristiques de l'instrument, en fonction du retour d'expérience de la première génération : choix de la (des) longueur(s) d'onde utilisés, développement d'une caractérisation en fonction de la polarisation, résolution et pas angulaire de la détection goniométrique…

Une fois cet instrument opérationnel, le.a doctorant.e sera amené.e à participer à des campagnes de mesures expérimentales de validation tout d'abord à l'Institut Fresnel et/ou au CERIMED, avant d'intégrer l'EFS et la clinique Monticelli-Velodrome pour y conduire des tests sur greffons de cornée au sein d'une banque des tissus et d'un service d'ophtalmologie. Cette étape sera nécessaire pour former les équipes de l'EFS-PACA Corse et de la clinique à l'utilisation de l'instrument, et récolter leurs retours en vue d'optimiser l'instrument pour une utilisation de routine dans ces services.

Le second objectif de la thèse est de développer un second prototype de diffusométrie compact, mais destiné cette fois, à terme, à une utilisation in vivo sur les patients, pour proposer un instrument rapide et fiable pour la détection précoce de l'œdème cornéen. Il conviendra d'adapter la conception aux contraintes spécifiques de l'in vivo. En particulier un travail d'analyse et de traitement de données sera nécessaire pour parvenir à discriminer efficacement les signaux rétrodiffusés par la cornée d'une part, et les signaux de rétrodiffusion provenant des organes situés en « arrière-plan » (cristallin, humeurs, rétine) d'autre part. Ces questions majeures pour l'utilisation in vivo nécessiteront peut-être probablement de modifier les paramètres instrumentaux. La conception de l'instrument destiné à l'in vivo sera opérée en étroite collaboration avec les praticiens et chirurgiens hospitaliers de la clinique Monticelli-Velodrome (Ramsay Santé).
Ce projet de thèse constitue un objectif technologique ambitieux pour l'aide à la sélection et caractérisation de greffons cornéens d'une part, mais également pour le développement d'un instrument rapide destiné au diagnostic in vivo. Il comporte par conséquent également un fort intérêt applicatif et industriel, le dépistage précoce de l'œdème cornéen demeurant toujours une problématique majeure pour les ophtalmologues et pour la greffe de cornée en particulier.

Références :
[1] Gaëlle Georges, Marion Gil, Laure Siozade Lamoine, Emmanuel Bergeret, Laetitia Abel Tiberini, Carole Deumié, “Non invasive backscattering light to detection of endothelial cells activity for graft sorting: Proof of consent” Results in Optics 4 (2021) 100082.

[2] Gil Marion, Silvia Soare, Gaëlle Georges, Laure Siozade Lamoine, Matthieu Gonzalvez, Louis Hoffart, Camille Guerin, Carole Gard, Gaëlle Ho Wang Yin, Carole Deumié. « Detection of fine modifications in bulk corneal grafts based on backscattered light quantification.” Optics Communications 434 (2019) 246–252

[3] O. Casadessus, G. Georges, L. Siozade, C. Deumié, L. Hoffart. Light scattering from edematous human corneal grafts' microstructure: experimental study and electromagnetic modelization. Biomed. optics express, 3 (8), p.1793-1810, 2012.

Contexte de travail

Laboratoire :
Institut Fresnel, UMR 7249 CNRS/Ecole Centrale Méditerranée/Aix-Marseille Univ
Directeur de thèse : Julien Fade, MCF HDR, ECM, Equipe DiMABio
Email : julien.fade@fresnel.fr
Tel : +33 (0)4 13 95 54 94
Lieux de travail : - Institut Fresnel, Domaine Universitaire de Saint Jérôme, 13397 Marseille
• Plateau Technique Imagerie Optique, CERIMED, La Timone, Marseille
• Clinique Monticelli-Vélodrome, Marseille

Co-encadrement :
• Louis Hoffart, Médecin/chirurgien ophtalmologue, co-encadrant de thèse, Clinique Monticelli-Velodrome, Ramsay-Santé, Marseille
• Laure Siozade-Lamoine, co-encadrante de thèse, Institut Fresnel, MCF AMU (laure.siozade@fresnel.fr)

Partenaires :
• Lucie Mollet, Établissement Français du Sang-PACA Corse (Banque de conservation des tissus), Marseille (lucie.molet@efs.sante.fr)
• Thierry David, Loïc Dambricourt, Service d'Ophtalmologie, Assistance Publique des Hôpitaux de Marseille, Marseille

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

N/A

Informations complémentaires

Date prévisionnelle de démarrage de la thèse
Dès que possible le temps du déblocage du financement.

Formation requise
Ecole d'ingénieur et/ou diplômé de Master 2 avec une dominante en physique/optique/ instrumentation et/ou ingénierie biomédicale.

Expérience et compétences
De bonnes compétences en optique et en instrumentation sont requises.
Une appétence pour la modélisation/programmation et la bioingénierie expérimentale seront appréciées.

Programmation: Matlab, Python.

Modalités de candidature
Envoyer CV, relevés de notes, copie de diplômes, coordonnées du directeur de Master et références des encadrants de stage (notamment M2/TFE)