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1 This article appeared in a journal published by Elsevier. The attached copy is furnished to the author for internal non-commercial research and education use, including for instruction at the authors institution and sharing with colleagues. Other uses, including reproduction and distribution, or selling or licensing copies, or posting to personal, institutional or third party websites are prohibited. In most cases authors are permitted to post their version of the article (e.g. in Word or Tex form) to their personal website or institutional repository. Authors requiring further information regarding Elsevier s archiving and manuscript policies are encouraged to visit:

2 Journal français d ophtalmologie (2013) 36, Disponible en ligne sur ARTICLE ORIGINAL La kératopigmentation annulaire (ou PresbyRing ) dans la prise en charge de la presbytie : étude expérimentale de faisabilité post-mortem chez l animal Annular keratopigmentation (PresbyRing ) for treating presbyopia: Postmortem animal feasibility study F. Ferrari a,, J. Letsch b, L. Morin a, A. Guignier b,c, L. Marcellin c, T. Bourcier b a Expert Vision Center, 6, rue Simonis, Strasbourg, France b Service d ophtalmologie, nouvel hôpital Civil, hôpitaux universitaires de Strasbourg, 1, place de l Hôpital, Strasbourg, France c Service d anatomo-pathologie, hôpital de Hautepierre, hôpitaux universitaires de Strasbourg, 1, place de l Hôpital, Strasbourg, France Reçu le 21 novembre 2012 ; accepté le 21 janvier 2013 Disponible sur Internet le 11 avril 2013 MOTS CLÉS Anneaux ; Cornée ; Pigmentation ; PresbyRing ; Presbytie ; Tatouage Résumé Introduction. La kératopigmentation annulaire (PresbyRing ) se veut être une nouvelle technique de chirurgie cornéenne qui correspond à la création, au moyen d un laser femtoseconde, d un anneau intrastromal centré sur l axe visuel dans lequel est injecté un pigment noir ou coloré. Le diamètre interne de l anneau est dimensionné de façon à créer un trou sténopéïque et ainsi permettre une amélioration de la vue de près et intermédiaire sur l œil dominé tout en n altérant que peu la vision de loin. Matériel et méthodes. L étude de faisabilité en post-mortem que nous avons réalisée a porté sur cinq yeux de porcs traités avec le programme Intra Corneal Ring (ICR ) du laser Visumax. Le colorant utilisé (Biochromaderm) bénéficie d un marquage CE. Résultats. Les examens pratiqués au moyen d un OCT-spectral-domain démontrent le caractère totalement opaque du colorant. L analyse anatomo-pathologique après coloration à l hématoxyline éosine safran (HES) met en évidence une couche pigmentée continue située au niveau de l interface de découpe et ne diffusant pas dans le stroma adjacent. La possibilité de rincer le colorant est à confirmer lors d études ultérieures sur l animal vivant. Auteur correspondant. Adresse francisferrari@me.com (F. Ferrari) /$ see front matter 2013 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.

3 482 F. Ferrari et al. Conclusion. Cette étude représente, à notre connaissance, la première tentative expérimentale de faire coïncider deux concepts a priori éloignés l un de l autre : la création d un trou sténopéïque intracornéen pour traiter la presbytie d une part, et le tatouage cornéen d autre part. La première étude de faisabilité de kératopigmentation annulaire (PresbyRing ) en postmortem chez l animal a donné des résultats encourageants. Elle doit être confirmée par d autres études réalisées chez l animal in vivo puis ultérieurement chez l homme Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. KEYWORDS Cornea; Pigmentation; PresbyRing ; Presbyopia; Ring; Tattooing Summary Introduction. Annular keratopigmentation (PresbyRing ) is a new technique which creates an intrastromal ring centered on the visual axis, using a femtosecond laser, into which a black or a colored pigment is then injected. The internal diameter of the ring is dimensioned so as to create a pinhole and improve the near and intermediate vision of the non-dominant eye while only slightly altering the distance vision of that eye. Material and methods. We used five pig eyes for our postmortem feasibility study; all five were treated with the Intra Corneal Ring program (ICR ) of the Visumax laser. The dye used (Biochromaderm ) has EU approval. Results. Spectral domain OCT examinations demonstrate complete opacity of the dye. Histological analysis with hematoxylin and eosin stain highlights a continuous pigmented layer located along the incision, which does not diffuse in the adjacent stroma. The possibility of rinsing the dye must be confirmed by future in-vivo animal studies. Conclusion. To our knowledge, this study represents the first experimental attempt to combine two ideas which did not appear to have anything in common: the creation of an intracorneal pinhole to treat presbyopia, and corneal tattooing. The first postmortem feasibility study in animals for annular keratopigmentation (PresbyRing ) gave encouraging results. It must be confirmed by in vivo animal studies, and ultimately in humans Elsevier Masson SAS. All rights reserved. Introduction Il est connu que la mise en place d un trou sténopéïque au sein de la cornée entraîne une augmentation de la profondeur de champ et améliore ainsi l acuité visuelle de près et l acuité visuelle intermédiaire. Ce principe est utilisé depuis 2011 dans le domaine de la chirurgie réfractive cornéenne au travers de la technique d anneaux intracornéens de type Kamra [1]. Il s agit d une chirurgie additive et réversible dont le principal avantage est de ne pas détériorer la vision de loin et de permettre une vision de près chez des patients presbytes emmétropes ou amétropes. Réalisée dans l aire pupillaire, l implantation nécessite au préalable une découpe mécanique ou assistée au laser femtoseconde d un capot de type LASIK, ou la création d une poche stromale. L inlay Kamra est ensuite placé dans le lit ou dans la poche autour de l axe optique du patient préalablement repéré et marqué. Cet implant intracornéen est fait de polyfluorure de vinylidène dont la biocompatibilité reste encore à déterminer. Le diamètre externe est de 3,8 mm et le diamètre interne de 1,6 mm. Il possède de nombreuses microperforations destinées à faciliter le passage des métabolites (nutriments, électrolytes) cornéens. L implant Kamra a fait l objet d améliorations successives, portant notamment sur la réduction de son épaisseur (elle est actuellement de cinq microns) et l augmentation et la répartition du nombre de microperforations. Si les résultats réfractifs semblent prometteurs [2,3], le faible recul concernant l utilisation cornéenne de ce biomatériau a d ores et déjà permis d observer certaines complications : dues au biomatériau : dépôts ferreux intracornéens [4], inflammation diffuse de l interface, amincissement du stroma sus-jacent. Une étude pratiquée au moyen de la microscopie confocale [5] n a pas mis en évidence d altération tissulaire intrastromale consécutive à la pose d un implant Kamra. Une autre étude [6] a montré une augmentation de l apoptose induite par l inlay ainsi que des marqueurs inflammatoires présent, dans la cornée 24 à 48 heures après la chirurgie avec une normalisation de ces paramètres six semaines après l implantation ; dues à l effet sténopéique : perte de lignes d acuité visuelle en vision de loin, survenue d un shift hypermétropique, halos lumineux nocturnes, diplopie monoculaire [7] ; dues à la découpe : sécheresse oculaire, perte de ligne d acuité visuelle. En outre, le coût élevé de l implant constitue un facteur limitant pour une plus large diffusion de cette technique dont le concept est pourtant séduisant. Le tatouage cornéen est une très ancienne technique, déjà décrite par Galien au iie siècle dans le but de masquer une taie cornéenne ou une cataracte blanche par application de noix de galle ou d écorce de grenade sur une cornée préalablement cautérisée [8]. Plus tard, De Wecker utilisa l encre de chine au moyen de micro-aiguilles non perforantes, toujours dans le traitement cosmétique du leucome [9]. Victor Morax traitait les cornées opaques de ses patients en introduisant un colorant dans une poche cornéenne préalablement pré-disséquée [10]. Plus récemment [11], la kératopigmentation a été

4 La kératopigmentation annulaire dans la prise en charge de la presbytie 483 Figure 1. Procédure PresbyRing (création d un anneau au laser femtoseconde Visumax [Carl Zeiss Jena] par la procédure Intra Corneal Ring (ICR ) suivi d une injection de colorant). Création d un anneau au laser femtoseconde avec le programme ICR diamètre interne 1,8 mm, diamètre externe 5,1 mm. remise au goût du jour dans le traitement des défects iriens en utilisant cette fois-ci des colorants répondant à des normes européennes (Biochromaderm, Laboratoire BioticPhocea, Marseille, France [certification SNCH n o 0499, fiche 17B, , Luxembourg]). Ainsi, ces dernières années, la kératopigmentation est devenue beaucoup plus «sûre» grâce à l utilisation de colorants purifiés et inertes n interagissant plus avec les tissus avoisinants et s adresse de plus en plus aux yeux voyants avec des anomalies de l iris [11 14,16 17]. La combinaison des deux techniques, anneau intracornéen d une part, kératopigmentation d autre part, nous semble pouvoir être à l origine de nouvelles techniques de chirurgie cornéenne incluant notamment la prise en charge de la presbytie. Le but de notre étude est ainsi d utiliser la technique de kératopigmentation afin de créer un anneau noir (ou coloré) concentrique intrastromal centré sur l axe visuel, d un diamètre interne légèrement inférieur à 2 mm, susceptible d entraîner un effet sténopéïque (Technique brevetée, U.S. Provisional Application No. 61/713,013) [15]. Nous présentons ici les résultats d une étude de faisabilité préliminaire réalisée sur yeux de cochons. demi-anneau pigmenté servant de témoin. Le Tableau 1 détaille les procédures réalisées sur chacun des yeux. Après dissection des tunnels, le colorant de teinte noire (Biochromaderm, Marseille, BioticPhocea ) a été injecté dans les deux tunnels ainsi crés, et a été réparti de manière homogène. Nous avons utilisé pour ce faire une seringue de 3 ml et une canule pour substance visco-élastique. Pour la quantité de colorant, 0,5 ml ont été injectés pour chaque tunnel (Fig. 2 et 3). Tous les yeux ont été examinés au moyen d une lampe à fente (Lampe à fente Righton RS-1000, grossissement 16, munie d un appareil-photo Nikon BM-6) et d un OCT-spectral-domain (HRA Spectralis, anterior segment lens VAO Rev. 3, mode IR + OCT section high resolution, angle 30, rate 4,7/secondes, Heidelberg Engineering GmbH, Heidelberg, Allemagne). Les yeux ont ensuite été analysés en anatomo-pathologie. Une fixation au formol a été réalisée pendant 24 heures, avant inclusion en paraffine. Chaque bloc de paraffine a été découpé au microkératome, Matériel et méthodes Cinq yeux de porcs énuclés huit heures avant l expérience ont été utilisés (abattoirs de Strasbourg). Le laser utilisé était un laser femtoseconde (Visumax, Jena, Carl Zeiss ). Les yeux ont été traités avec le programme Intra Corneal Ring (ICR ) correspondant à la réalisation de tunnels pour anneaux intracornéens (utilisés pour les kératocônes et le traitement de la myopie modérée). Les paramètres des diamètres des tunnels ont été modifiés de la manière suivante : diamètre interne : 1,8 mm, diamètre externe : 5,1 mm (Fig. 1). Trois yeux ont été programmés à une profondeur de 250 m, un à une profondeur de 150 m et un à une profondeur de 350 m. Un des trois yeux traité, à 250 m a servi de témoin et n a pas été injecté. Nous avons rincé (avec une seringue 3 cm 3 contenant du BSS, canule à hydrodissection, deux heures après injection du colorant) un des deux demi-anneaux de l œil traité à 350 m, l autre Figure 2. Procédure PresbyRing (création d un anneau au laser femtoseconde Visumax [Carl Zeiss Jena] par la procédure Intra Corneal Ring (ICR ) suivi d une injection de colorant) : injection dans les deux tunnels de 0,5 cm 3 de colorant (Biotic Phocéa) contenu dans une seringue de 3 cc à l aide d une canule à hydrodissection.

5 484 F. Ferrari et al. Tableau 1 Protocole expérimental. Œil Technique chirurgicale Profondeur de découpe ( m) Injection de colorant Rinçage 1 ICR ICR ICR ICR ICR ICR : Intra Corneal Ring. de façon à réaliser des coupes disposées sur lames de verre. Les lames ont été colorées au colorant trichrome hématoxyline éosine safran (HES), avant analyse au microscope optique. Résultats L imagerie cornéenne par OCT-spectral-domain de segment antérieur a permis de contrôler la profondeur et la régularité de la découpe stromale servant de lit à l injection du colorant, ainsi que la perte de réflectivité cornéenne liée à l «effet masque» du pigment. Pour l œil témoin, l interface de découpe a été visualisée à une profondeur de 221 m (Fig. 4). Une lame hyperréflective linéaire située au niveau de l interface de découpe et associée à un cône d ombre postérieur a été mise en évidence, témoignant du caractère totalement opaque du colorant (Fig. 5). Aucune variation de la réflectivité cornéenne n a été notée entre les deux hémi-découpes. Pour les yeux ayant été traités avec le programme ICR à 150 m et 250 m, la profondeur de découpe mesurée à l OCT-spectral-domain a été de 135 m pour l œil programmé à 150 m et de 270 m pour les yeux programmés à 250 m. Le diamètre interne a été mesuré à 1750 m. L analyse anatomo-pathologique après coloration à l HES met en évidence une couche pigmentée continue située au Figure 3. Procédure PresbyRing (création d un anneau au laser femtoseconde Visumax [Carl Zeiss Jena] par la procédure Intra Corneal Ring (ICR ) suivi d une injection de colorant) : colorant (Biotic Phocéa) totalement injecté dans les deux tunnels. niveau de l interface de découpe et ne diffusant pas dans le stroma adjacent. La découpe stromale a été mesurée à 420 m pour l œil ayant été traité avec le programme ICR à 350 m. Après rinçage du colorant au niveau d un hémi-anneau (environ deux heures après l injection du colorant), l examen à la lampe à fente a mis en évidence la quasi-disparition du pigment intracornéen dans l hémi-anneau concerné. Une augmentation significative de la réflectivité cornéenne a été notée lors de l OCT-spectral domain, en comparaison à l hémi-anneau non rincé (Fig. 6). L analyse anatomopathologique après coloration HES met en évidence une nette diminution de la quantité de pigment au niveau de l hémi-anneau rincé, en comparaison à l hémi-anneau non rincé. Aucune diffusion de pigment n a été notée au niveau du stroma cornéen adjacent. L aspect à la lampe à fente montre également une très nette diminution du colorant sur l hémi-anneau rincé. Discussion Le traitement chirurgical de la presbytie a beaucoup progressé ces dernières années. Plusieurs approches chirurgicales ont été successivement proposées : îlot central, îlot décentré, anneau bombé centré et techniques de bascule. Malgré l amélioration constante de ces techniques, en particulier les techniques de bascule avec augmentation de la profondeur de champ et amélioration de la vision binoculaire, les patients sont quelques fois gênés en vision de loin par l acuité visuelle de loin de leur œil non directeur. L apparition de l implant Kamra (AcuFocus, Inc. 32 Discovery, Suite 200, Irvine, CA 92618) semble apporter une réponse à ce problème, dans la mesure où l œil implanté bénéficie d une très nette amélioration de la vision de près tout en conservant la majeure partie de sa vision de loin. Malheureusement, cet implant est cher et sa biocompatibilité à long terme demeure inconnue. Parallèlement, le tatouage cornéen a également progressé, particulièrement grâce à l utilisation de pigments parfaitement biocompatibles, et est utilisé dans le cadre de défects de l iris sur des yeux voyants [11 14,16 17]. Notre idée consiste à rapprocher ces deux concepts : créer un anneau intrastromal à fonction sténopéïque centré sur l axe visuel comparable à celui de l implant Kamra, mais au moyen d un procédé de kératopigmentation guidé par un laser femtoseconde. L étude de faisabilité sur les yeux de porcs est encourageante car elle montre à l OCT-spectral-domain une lame

6 La kératopigmentation annulaire dans la prise en charge de la presbytie 485 Figure 4. Œil traité avec le programme Intra Corneal Ring (ICR ) à 250 m, sans injection de colorant A. Lumière diffuse. B. Rétroillumination. C. OCT-SD Spectralis, Heidelberg Engineering. hyperréflective linéaire située au niveau de l interface de découpe (correspondant au colorant), associée à un cône d ombre postérieur témoignant du caractère totalement opaque du colorant, ainsi qu une absence de diffusion du colorant dans le stroma non disséqué à l étude histologique. Une discrète hyperréflectivité pré-descémétique a été notée pour l œil témoin, vraisemblablement en relation avec le délai post-mortem de l examen OCT-spectraldomain. Le test de rinçage du colorant montre une très nette diminution du colorant au niveau du stroma cornéen rincé par rapport au stroma cornéen non rincé, deux heures après injection du colorant. Cette diminution a été objectivée à l OCT-spectral-domain ainsi qu à l examen anatomo-pathologique. Ce délais de deux heures est trop Figure 5. Œil traité avec le programme Intra Corneal Ring (ICR ) à 150 m, avec injection de colorant (Biotic Phocéa) A. Lumière diffuse. B. Rétro-illumination. C. OCT-spectral-domain Spectralis, Heidelberg Engineering. D. Coupe histologique après coloration à l hématoxyline éosine safran (HES), grossissement 100.

7 486 F. Ferrari et al. Figure 6. Procédure PresbyRing (création d un anneau au laser femtoseconde Visumax [Carl Zeiss Jena] par la procédure Intra Corneal Ring (ICR ) suivi d une injection de colorant). Œil traité avec le programme ICR à 350 m, avec injection de colorant, puis rinçage d un hémi-anneau 2 heures après injection du colorant A. Lumière diffuse. B. Rétro-illumination. C. OCT-spectral-domain Spectralis, Heidelberg Engineering. D. Coupe histologique après coloration à l hématoxyline éosine safran (HES), grossissement 25. court pour pouvoir juger de la réelle réversibilité du colorant et des tests de réversibilité à plus long termes sont nécessaires pour confirmer sa réversibilité. L histologie montre une répartition homogène du colorant et l absence de diffusion au niveau du stroma adjacent. Par rapport à l inlay intracornéen Kamra, cette technique présente un certain nombre d avantages : l aire pupillaire fonctionnelle centrale n est pas disséquée, il n existe pas de corps étranger intracornéen et le coût est nettement inférieur. La kératopigmentation, quoique d utilisation peu répandue, est utilisée avec succès par certains auteurs : Kymionis et al. [16] ont utilisé un laser femtoseconde afin de créer un capot libre, plonger le capot quelques minutes dans une solution pigmentée et puis repositionner le capot. Alio et al. [12 14,17] ont eux aussi utilisé un laser femtoseconde dans le but de corriger des défauts de l iris par kératopigmentation. Des complications ont été décrites correspondant à la migration de pigment à l intérieur du stroma cornéen, 27 ans après son application. La cause pourrait en être un phénomène d endocytose du colorant par les cellules stromales [18]. Le colorant utilisé à l époque n avait peut-être pas les mêmes qualités de stabilité que ceux utilisés actuellement. Ce phénomène n a pas été noté par l équipe d ophtalmologie du CHU de Rouen, après cinq ans d utilisation du Biochromaderm (données non publiées). Bien que présentant des avantages théoriques et économiques, notre technique présente également un certain nombre d inconnues : en cas de décentrement, quelle sera la réversibilité du tatouage après quelques semaines dans la cornée? L étude sur l animal vivant pourra peut-être répondre à cette question. Nous pensons cependant qu un marquage très précis de l axe visuel sur la cornée en préopératoire (ex. au bleu de méthylène) pourrait améliorer de manière significative le centrage de la procédure et éviter ainsi un certain nombre de patients insatisfaits ; quel sera le devenir du colorant après quelques années dans la cornée? La revue de la littérature nous incite à penser que certains pigments sont beaucoup plus stables que d autres qui ont tendance à migrer à l intérieur du stroma cornéen. Le choix du pigment pourrait donc être une étape essentielle de cette technique chirurgicale. Par ailleurs, de nouveaux instruments courbes doivent être développés afin d améliorer la tunnelisation, l injection du colorant et sa répartition dans le stroma, ainsi que le rinçage du colorant. D autres études sont projetées, la première sur l animal vivant afin de confirmer la réversibilité du colorant, la seconde sur l homme afin de confirmer l efficacité de la kératopigmentation annulaire pour le traitement de la presbytie. Conclusion Cette étude représente, à notre connaissance, la première tentative expérimentale de faire coïncider deux concepts a priori éloignés l un de l autre : la création d un trou sténopéïque intracornéen pour traiter la presbytie d une part, et le tatouage cornéen d autre part. La première étude de faisabilité de kératopigmentation annulaire (PresbyRing ) en post-mortem chez l animal a donné des résultats encourageants. Elle doit être confirmée par d autres études réalisées chez l animal in vivo puis ultérieurement chez l homme. Déclaration d intérêts Les auteurs déclarent ne pas avoir de conflit d intérêt en relation avec cet article.

8 La kératopigmentation annulaire dans la prise en charge de la presbytie 487 Références [1] Dexl AK, Seyeddain O, Riha W, Hohensinn M, Hitzl W, Grabner G. Reading performance after implantation of a small-aperture corneal inlay for the surgical correction of presbyopia: twoyear follow-up. J Cataract Refract Surg 2011;37: [2] Seyeddain O, Hohensinn M, Riha W, Nix G, Rückl T, Grabner G, et al. Small-aperture corneal inlay for the correction of presbyopia: 3-year follow-up. J Cataract Refract Surg 2012;38: [3] Dexl AK, Seyeddain O, Riha W, Rückl T, Bachernegg A, Emesz M, et al. Reading performance and patient satisfaction after corneal inlay implantation for presbyopia correction: two-year follow-up. J Cataract Refract Surg 2012;38: [4] Dexl AK, Ruckhofer J, Riha W, Hohensinn M, Rueckl T, Messmer EM, et al. Central and peripheral corneal iron deposits after implantation of a small-aperture corneal inlay for correction of presbyopia. J Refract Surg 2011;27: [5] Bouzoukis DI, Kymionis GD, Panagopoulou SI, Diakonis VF, Pallikaris AI, Limnopoulou AN, et al. Visual outcomes and safety of a small diameter intrastromal refractive inlay for the corneal compensation of presbyopia. J Refract Surg 2012;28: [6] Santhiago MR, Barbosa FL, Agrawal V, Binder PS, Christie B, Wilson SE. Short-term cell death and inflammation after intracorneal inlay implantation in rabbits. J Refract Surg 2012;28: [7] Albou-Ganem C, Gatinel D. Lenticules intracornéens. In: Presbytie, Rapport de la Société française d ophtalmologie, [8] Ziegler SL. Multicolor tattooing of the cornea. Trans Am Ophthalmol 1922;20: [9] Pitz S, Jahn R, Frisch L, Duis A, Pfeiffer N. Corneal tattooing: an alternative treatment for disfiguring corneal scars. Br J Ophthalmol 2002;86: [10] Roy JN. Tattooing of the cornea. Can Med Assoc J 1938;39: [11] Hirsbein D, Gardea E, Brasseur G, Muraine M. Corneal tattooing for iris defects. J Fr Ophtalmol 2008;31: [12] Laria C, Alió JL, Piñero DN. Intrastromal corneal tattooing as treatment in a case of intractable strabismic diplopia (double binocular vision). Binocul Vis Strabismus Q 2010;25: [13] Alio JL, Rodriguez AE, Toffaha BT, El Aswad A. Femtosecondassisted keratopigmentation double tunnel technique in the management of a case of Urrets-Zavalia syndrome. Cornea 2012;31: [14] Alió JL, Rodriguez AE, Toffaha BT, Piñero DP, Moreno LJ. Femtosecond-assisted keratopigmentation for functional and cosmetic restoration in essential iris atrophy. J Cataract Refract Surg 2011;37: [15] Technique brevetée, U.S. Provisional Application N o 61/713,013. [16] Kymionis GD, Ide T, Galor A, Yoo SH. Femtosecond-assisted anterior lamellar corneal staining-tattooing in a blind eye with leukocoria. Cornea 2009;28: [17] Alio JL, Rodriguez AE, Toffaha BT. Keratopigmentation (corneal tattooing) for the management of visual disabilities of the eye related to iris defects. Br J Ophthalmol 2011;95: [18] Cronin K, Meyer J, Walther K. Phototherapeutic keratectomy for treatment of long term dye migration after corneal tattooing. Arch Ophthalmol 2012;130:655 6.