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Résumé : La transplantation d'organes est confrontée à une pénurie persistante de greffons disponibles, ce qui pousse les équipes cliniques à envisager l'utilisation d'organes dits « marginaux », issus de donneurs aux critères élargis. Dans le cas du foie, une grande partie de ces organes présente une stéatose hépatique (accumulation anormale de graisses dans les hépatocytes); qui constitue le principal facteur de risque d'échec du greffon après transplantation. Par ailleurs, le développement des machines de perfusion permet désormais de préserver ou de réparer les organes pendant le protocole de transplantation, mais il n'existe à ce jour aucune méthode fiable pour évaluer l'état de l'organe en temps réel au cours de ces procédures.
Ces travaux de thèse proposent des approches optiques pour répondre à ces deux problématiques. La spectroscopie proche infrarouge a été étudiée pour la quantification non invasive de la concentration en graisse du foie, tandis que la spectroscopie de fluorescence a été utilisée pour suivre l'état métabolique de l'organe pendant la reperfusion, via des fluorophores endogènes tels que le NADH et le FAD, impliqués dans l'activité mitochondriale. Des modèles de quantification ont été développés pour les deux techniques, incluant des méthodes de correction des artefacts d'absorption du sang sur les mesures de fluorescence. Les approches ont été validées expérimentalement, notamment sur des fantômes mimant les tissus biologiques, puis appliquées à des mesures sur foie. Les résultats montrent une bonne corrélation avec l'analyse histopathologique de référence pour l'évaluation de la stéatose, ainsi qu'un suivi cohérent des biomarqueurs métaboliques au cours des différentes phases de reperfusion.
Ces méthodes ouvrent des perspectives vers des systèmes cliniques intégrés combinant les deux modalités, pour l'évaluation des organes avant transplantation et pendant la perfusion machine.
Mots-clés :
Transplantation hépatique, Spectroscopie optique infrarouge, Spectroscopie de fluorescence, Problèmes inverses
Jury :
Darine Abi Haidar, Université Paris Diderot, Rapporteure
Mathieu Hébert, Université Jean-Monnet, Rapporteur
Anna Cleta Croce, Istituto di Genetica Molecolare - National Research Concil (CNR), Examinatrice
Anabela Da Silva, CNRS Marseille, Examinatrice
Claire Goumard, Faculté de Médecine Sorbonne Université/APHP, Examinatrice
Kayvan Mohkam, UCBL1/HCL, Examinateur
Alexandre Lopez, I-CAIR group, Invité
Bruno Montcel, UCBL1, Directeur de thèse
Michaël Sdika, CNRS Lyon, Co-encadrant de thèse
Thesis title: Optical tissue characterization and organ evaluation in transplantation
Abstract: Organ transplantation suffers from a persistent shortage of available grafts, pushing clinical teams to consider "marginal" organs from extended criteria donors. In the liver case, many of these organs present hepatic steatosis (accumulation of fat within hepatocytes), which is the main factor associated with graft failure after transplantation. Beyond pre-transplant evaluation, the rise of perfusion machines now allows organs to be preserved or repaired during the transplant protocol, but no reliable method currently exists to monitor organ condition in real time during these procedures.
This PhD work proposes optical approaches to address both challenges. Near-infrared spectroscopy was investigated for non-invasive quantification of liver fat content, while fluorescence spectroscopy was used to monitor organ metabolic state during reperfusion, through endogenous fluorophores such as NADH and FAD involved in mitochondrial activity. Novel quantification models were developed for both techniques, including correction methods to account for blood absorption artifacts in fluorescence measurements. The approaches were validated experimentally, including on tissue-mimicking phantoms, and applied to liver measurements. Results showed strong correlation with histopathological reference analysis for steatosis assessment, and successful monitoring of metabolic biomarkers throughout reperfusion phases.
These methods open perspectives toward integrated clinical systems combining both modalities, for organ evaluation before transplantation and during machine perfusion.
Key-words:
Liver transplantation, Near-infrared optical spectroscopy, Fluorescence spectroscopy, Inverse problems