In vitro modeling of the effects of environmental toxicants responsible for dry eye disease, on epithelial cells and trigeminal sensory neurons

Les épithéliums de la surface oculaire sont en première ligne pour protéger l'œil des agressions extérieures, notamment des environnements aujourd’hui de plus en plus pollués et toxiques responsables de l’augmentation de l’incidence de la sécheresse oculaire. La cornée et la conjonctive, innervées par les neurones du ganglion trigéminé vont répondre à ces agressions par la mise en place de processus inflammatoires et nociceptifs. Parmi les polluants auxquels nous sommes le plus exposés se trouvent le formaldéhyde gazeux (FA) et le chlorure de benzalkonium (BAK). Nous avons testé in vitro les effets toxiques de ces deux xénobiotiques sur des cellules épithéliales cornéennes et conjonctivales et sur des neurones trigéminés. Dans une première étude, nous avons cultivé en interface air-liquide, des cellules épithéliales conjonctivales humaines de la lignée WKD afin de pouvoir les exposer à un flux de FA modélisant un stress toxique. Dans une deuxième étude, nous avons évalué les interactions entre cellules épithéliales et neurones trigéminés suite à un stress toxique. Ainsi, une culture primaire de neurones trigéminés a été exposée à un milieu conditionné (CM) produit par des cellules épithéliales cornéennes de la lignée HCE préalablement exposées à du BAK. Dans une troisième étude, nous avons développé un modèle de compartimentalisation en microfluidique des neurones trigéminés, afin d'étudier les réponses neuronales lors d’un stress toxique au BAK appliqué au niveau des terminaisons axonales. Ainsi, l’ensemble de nos résultats met en exergue des mécanismes cellulaires et moléculaires mis en jeu lors d'un stress toxique sur la surface oculaire.The ocular surface epithelia are at the forefront for protecting the eye from external aggressions, especially from the increasingly polluted and toxic environments that are implicated in the growing incidence of dry eye disease. The conjunctiva and even more, the cornea, innervated by the neurons of the trigeminal ganglia, respond to these aggressions by the establishment of inflammatory and nociceptive processes. Among the pollutants to which we are the most exposed are formaldehyde (FA) and benzalkonium chloride (BAK). We have tested in vitro on corneal and conjunctival epithelial cells and on trigeminal neurons, the toxic effects of these two xenobiotics. In a first study, we cultured in an air-liquid interface, WKD human conjunctival epithelial cells to expose them to a FA flow modeling a toxic stress. In a second study, we evaluated the interactions between epithelial cells and trigeminal neurons following toxic stress. Thus, a primary culture of trigeminal neurons was exposed to a conditioned medium produced by HCE human corneal epithelial cells previously exposed to BAK. In a third study, we developed a microfluidics compartmentalization model to culture trigeminal neurons, in order to study neuronal responses during BAK toxic stress only applied to the axonal endings. All together, our results highlight cellular and molecular mechanisms involved in some examples of ocular surface toxic stress