La rétine a un double système vasculaire : la rétine interne est vascularisée par le réseau vasculaire rétinien et les couches externes de la rétine (en particulier les photorécepteurs) sont vascularisées par le réseau vasculaire choroïdien. L'artère centrale de la rétine (issue de l'artère ophtalmique) se sépare en quatre branches au niveau du nerf optique, chacune vascularisant un quadrant rétinien. Elles se divisent ensuite en artérioles de plus petit calibre. Chez 10 à 20 % des individus, une artère ciliorétinienne, issue de la circulation ciliaire, vascularise un territoire de rétine interne au niveau interpapillomaculaire. Le réseau capillaire rétinien est organisé en deux complexes :

• le complexe vasculaire superficiel qui comprend le plexus capillaire superficiel ( superficial vascular plexus [SVP]) et le plexus capillaire radiaire péripapillaire ( radial peripapillary capillary plexus [RPCP]). Le SVP est situé dans la couche des cellules ganglionnaires. Le RPCP suit les axones des fibres nerveuses rétiniennes. Au niveau maculaire, le SVP forme un anneau entourant la zone avasculaire centrale fovéale. Le complexe vasculaire superficiel est entouré par les astrocytes et les cellules gliales de Müller;
• le complexe vasculaire profond qui comprend le plexus capillaire intermédiaire ( intermediate vascular plexus [ICP]) et le plexus vasculaire profond ( deep vascular plexus [DVP]). L'ICP est situé au-dessus de la nucléaire interne et le plexus capillaire profond ( deep capillary plexus [DCP]) en dessous. L'organisation des capillaires de l'ICP et du DCP est lobulaire [18]. Le complexe vasculaire profond est entouré uniquement par les cellules gliales de Müller [19].

Les capillaires du DCP convergent vers des veinules collectrices qui remontent à travers les couches rétiniennes pour rejoindre les veines rétiniennes, puis la veine centrale de la rétine . Au niveau de la fovéa, il existe une zone avasculaire centrale, entourée par des terminaisons capillaires formant un cercle irrégulier. Sa taille est variable d'un individu à l'autre; elle a un diamètre moyen de 362 μm verticalement et 410 μm horizontalement [ 20] (fig. 1-1 ).

Il existe une barrière hémato-oculaire interne, constituée par les jonctions serrées entre les cellules endothéliales des capillaires rétiniens (non fenêtrés), les péricytes et les pieds des cellules macrogliales rétiniennes (cellules de Müller et astrocytes). Elle contrôle de façon très efficace la pénétration de molécules de la circulation systémique vers la neurorétine [ 20 , 21]. Les capillaires rétiniens sont entourés de péricytes et la rétine a le plus important ratio cellules endothéliales/péricytes de l'organisme (1 cellule endothéliale pour 1 péricyte) [ 22]. Une barrière hématorétinienne externe est également présente, formée par les cellules de l'épithélium pigmentaire de la rétine (EP). Elle permet une régulation des échanges hydriques, ioniques et métaboliques entre la choriocapillaire et la rétine externe, et participe au privilège immunitaire de l'œil (voir chapitre 1.3 ).

La circulation rétinienne est autorégulée, ce qui permet d'assurer un apport sanguin relativement constant au tissu rétinien malgré des variations de paramètres hémodynamiques. Le diamètre des vaisseaux rétiniens est influencé par la pression artérielle, la pression artérielle en oxygène et en CO ₂ , la demande métabolique et le flux sanguin. La barrière hématorétinienne est maintenue par des signaux moléculaires provenant des cellules rétiniennes. Hypoxia inducible factor-1 (HIF-1) est un facteur de transcription qui a un rôle dans la régulation de l'homéostasie en oxygène de la rétine, dans le développement embryonnaire et en situation post-natale physiologique ou pathologique. Son activité dépend du niveau de sa sous-unité alpha intracellulaire. En situation d'hypoxie, HIF-1 active la transcription de gènes de facteurs de croissance angiogéniques, de facteurs de survie angiogéniques, d'enzymes, etc. Un des gènes activés par HIF-1α est le VEGF-A ( vascular endothelial growth factor A ), qui participe à la régulation de l'angiogenèse et de la perméabilité vasculaire [22].

La choroïde est un tissu richement vascularisé situé entre la rétine et la sclère. Elle s'étend du nerf optique à la pars plana où elle se poursuit antérieurement par le corps ciliaire. Il s'agit de la portion la plus postérieure de l'uvée. En histologie, elle est composée de cinq couches qui sont, de la plus interne à la plus externe, la membrane de Bruch, la choriocapillaire, la couche de Sattler, la couche de Haller et l'espace suprachoroïdien. Elle comporte trois couches vasculaires : la choriocapillaire, la couche de Sattler et la couche de Haller [ 23]. Les trois couches sont discernables uniquement au pôle postérieur. Le débit sanguin choroïdien est l'un des plus élevés de l'organisme par gramme de tissu; il est estimé à 800 ml/min et représente 85 % du débit sanguin oculaire. Rapporté au poids, il est supérieur à celui mesuré dans la substance grise cérébrale, le cœur ou le rein. La circulation choroïdienne a également un faible taux d'extraction de l'oxygène; la teneur en oxygène du sang veineux choroïdien est très élevée, environ 95 % de la teneur en oxygène du sang artériel choroïdien. La vascularisation choroïdienne est organisée en lobules fonctionnels, dont la forme et la taille dépendent de leur localisation. La vascularisation choroïdienne provient des artères ciliaires postérieures, qui sont issues de l'artère ophtalmique. Les artères ciliaires postérieures longues pénètrent dans l'œil dans un cercle autour du nerf optique, et les artères ciliaires postérieures courtes vascularisent chacune un territoire s'étendant du pôle postérieur à la périphérie de forme triangulaire à base périphérique. Le drainage des veines choroïdiennes se fait vers les golfes des veines vortiqueuses. Les veines vortiqueuses mesurent environ 0,5 mm de diamètre et sont visibles à leur sortie trans-sclérale du globe oculaire, 2 à 3 mm postérieurement à l'équateur (fig. 1-2 ). Le nombre de veines vortiqueuses pour un œil est variable, allant de trois à dix. La majorité des individus ont entre 4 et 5 vortiqueuses [24]. Les veines vortiqueuses supérieures se drainent dans la veine ophtalmique supérieure et les veines vortiqueuses inférieures dans la veine ophtalmique inférieure. La choriocapillaire est une monocouche de capillaires formés de cellules endothéliales à jonctions serrées, mais pourvues de larges fenestrations (60–90 nm) diaphragmées, située sous la membrane de Bruch, qui mesure 15 à 30 μm d'épaisseur en rétrofovéolaire. Les capillaires choroïdiens ont un diamètre 3 à 4 fois plus important que les capillaires rétiniens. Le passage de protéines de la choriocapillaire dans le stroma est hautement régulé, car responsable du maintien d'un gradient oncotique qui contribue à l'homéostasie des transports de liquides entre la rétine et la choroïde. La choriocapillaire est organisée en unités lobulaires fonctionnelles hexagonales irriguées par des artérioles indépendantes, sans anastomoses évidentes. Elles ont une taille comprise entre 200 μm et 1 mm. Les lobules les plus grands sont localisés en rétine périphérique et les plus petits au niveau du pôle postérieur. La consommation d'oxygène est plus élevée au niveau de la macula qu'au niveau du reste de la rétine, du fait de l'activité cellulaire. Dans la choriocapillaire, les espaces intercapillaires augmentent en taille avec l'âge et certaines pathologies (hypertension artérielle, myopie forte, dégénérescence maculaire liée à l'âge) [ 25]. Au niveau de la région maculaire, les espaces intercapillaires sont plus petits et le flux de la choriocapillaire est plus élevé (probablement en lien avec la densité plus élevée de photorécepteurs). Au niveau du stroma choroïdien, la couche de Sattler est composée de vaisseaux de petit et moyen calibres, et la couche de Haller, plus externe, comporte des artères et des veines de plus gros calibre. Le tissu extravasculaire comporte des fibres de collagène, des fibres élastiques, des fibroblastes, des cellules musculaires lisses et des mélanocytes. Il existe également de nombreuses cellules immunitaires : macrophages, mastocytes, cellules dendritiques et cellules microgliales.

Le réseau vasculaire choroïdien apporte des nutriments et de l'oxygène aux cellules de la rétine externe, notamment aux photorécepteurs et à l'épithélium pigmentaire [25]. La choroïde apporte la totalité des nutriments et de l'oxygène au niveau de la région fovéolaire, qui ne dépend pas du réseau vasculaire rétinien. Elle permet l'élimination des déchets métaboliques de la rétine externe. Elle contribue également à l'apport sanguin de la portion du nerf optique en avant de la lame criblée. La circulation choroïdienne possède un rôle de régulation thermique local, en permettant une dissipation de la chaleur avec le flux sanguin. Entre un quart et un tiers des photons transmis à la rétine sont ensuite absorbés par l'épithélium pigmentaire et par la choroïde, ce qui produit de la chaleur. Elle permet une dissipation de chaleur grâce à son flux sanguin au débit élevé. Elle a également un rôle dans la modulation de la pression intraoculaire via la voie uvéosclérale. Enfin, la choroïde absorbe les photons transmis par la sclère et la rétine afin d'éviter leur réflexion postérieure.

La circulation choroïdienne possède un contrôle neurogénique indirect. Une stimulation sympathique entraîne une diminution du flux choroïdien, lié à la libération de noradrénaline et de neuropeptide Y. Une stimulation parasympathique entraîne une dilatation vasculaire choroïdienne et une augmentation du flux vasculaire choroïdien. Le tonus vasculaire choroïdien est médié par l'acétylcholine, le vasoactive intestinal polypeptide (VIP) et la libération de monoxyde d'azote (NO) par les terminaisons nerveuses parasympathiques [26 , 27]. Il existe également des mécanismes myogéniques qui contribuent à compenser les variations de la pression sanguine systémique sur la choroïde avec un changement de la contraction des muscles lisses de la paroi artérielle. La réponse adaptative choroïdienne à des variations de température semble médiée par les fibres sensorielles du trijumeau. La substance P et le calcitonin gene-related peptide (CGRP) sont contenus dans les fibres sensorielles provenant du trijumeau [27]. Les mécanismes de régulation vasculaire de la choroïde restent imparfaitement connus.

Les protéines au domaine PDZ (ZO-1, -2, -3, MAGI-1, -2, -3, MUPP-1, PAR-3, PAR-6, PALS-1, PATJ, mDlg, Scrib, afadin) sont des protéines d'échafaudage qui relient les protéines transmembranaires au cytosquelette et jouent un rôle important dans l'organisation des jonctions serrées. En l'absence de toutes les isoformes de ZO (zonula occludens), la formation des jonctions serrées est altérée et les claudines ne se polymérisent pas.

On retrouve aussi les protéines suivantes : cinguline, symplekine, heterotrimeric G protein , Rab3b, Rab13, ZONAB, huASH1, GEF-H1, aPKC, PP2A, PTEN, Pilt, CRB3, LYRIC, CASK/LIN-2, merline, angiomotine/JEAP, TAZ/YAP, etc.

Les paupières constituent une barrière mécanique à la pénétration d'agents bactériens, de corps étrangers et de toute agression extérieure. Le clignement réflexe, activé entre autres par l'innervation sensitive de la cornée, est un facteur majeur de l'élimination des gouttes instillées, puisqu'on estime que 10 à 20 % du volume instillé est éliminé par le clignement. Celui-ci est majoré par l'utilisation de formulations dont le pH est acide ou basique, facteur de mauvaise tolérance immédiate. Le film lacrymal représente une barrière par ses propriétés physicochimiques ainsi que par les enzymes et protéines antibactériennes et anti-inflammatoires qu'il contient. Le film lacrymal est formé de trois couches : la couche superficielle, lipidique, est sécrétée par les glandes de Meibomius; la couche intermédiaire, aqueuse, est sécrétée par les glandes lacrymales; et la couche profonde, mucinique, est sécrétée par les glandes muqueuses et les cellules glandulaires de la conjonctive. La couche superficielle limite l'évaporation naturelle des larmes (couche aqueuse) et maintient ainsi l'osmolarité des larmes dans la normale (290–340 mOsm/kg) [ 30]. La couche intermédiaire, aqueuse, permet l'humidification de l'œil, le transport d'oxygène, de dioxyde de carbone, et contient les substances solubles qui assurent la défense anti-infectieuse et antioxydante (lysozyme, lactoferrine, défensines, IgG, A, etc.), ainsi que des facteurs de croissance ( epidermal growth factor [EGF], nerve growth factor [NGF], etc.) indispensables au maintien de l'intégrité de la barrière épithéliale. La lactoferrine, en quantité importante dans les larmes [31], est reconnue comme un agent fortement protecteur du SARS-CoV-2, agent de la Covid-19 [ 32], pouvant expliquer en partie la faible pénétration du virus par voie oculaire. La couche profonde, mucinique, forme un film légèrement visqueux, qui participe aussi à la barrière contre les agents pathogènes en limitant leur adhésion et en favorisant leur élimination. Les cellules épithéliales de la cornée et de la conjonctive produisent des mucines associées à la membrane (MAM), notamment MUC1, MUC4, MUC16, qui sont les principaux constituants du glycocalyx, et les cellules gobelets produisent de la mucine gélifiante (essentiellement MUC5AC). Ce biofilm, essentiel à la défense anti-infectieuse, contribue à éliminer les agents pathogènes et les corps étrangers. Le volume normal du film lacrymal, de 8 à 10 μl, contient non seulement des substances anti- infectieuses et antioxydantes, mais aussi des enzymes capables de métaboliser des médicaments (promédicaments) et/ou de les inactiver [30].

Les cellules conjonctivales sont liées par des jonctions serrées limitant les mouvements paracellulaires des grosses molécules et des agents pathogènes [33]. Les jonctions serrées sont formées par des claudines (1, -2, -4, -7, -9 10 et -14), l'occludine, la JAM-A et la tricelluline. Elles sont liées au cytosquelette par ZO-1, ZO-2 et ZO-3. La résistance de l'épithélium conjonctival est cependant faible (d'environ 1500 Ω.cm ²). Il est admis que le poids moléculaire limite pour la pénétration conjonctivale se situe entre 20 et 40 kDa [ 34]. Cependant, la pénétration intraoculaire des molécules à travers la conjonctive est limitée par la dégradation enzymatique et par le drainage vasculaire rapide. Après une injection sous-conjonctivale, l'albumine migre vers les ganglions lymphatiques cervicaux en moins de 6 minutes, et des molécules de petit poids moléculaire qui auraient franchi la barrière conjonctivale sont, pour la plupart, éliminées encore plus rapidement par le drainage vasculaire et lymphatique, n'atteignant ni la sclère postérieure, ni la rétine [35]. Ainsi, 40 à 80 % des molécules diffusent par voie systémique [36]. Le vieillissement, l'hyperosmolarité (en particulier liée à l'hyperglycémie), la réduction du mucus ou l'instabilité du biofilm influent sur la pénétration des médicaments à travers la barrière conjonctivale.

La barrière épithéliale constitue 90 % de la résistance à la pénétration cornéenne des molécules de poids moléculaire inférieur à 500 D. Constituée de jonctions serrées faites d'occludine et de claudines (-2, -3, -4, -7, -9 et -14) au pôle apical des cellules superficielles de l'épithélium et de claudine 1 au pôle basolatéral [ 33], la barrière épithéliale forme une résistance élevée (environ 7500 Ω.cm ²), comparable à celle de l'intestin. La structure « sandwich» de la cornée, composée de couches lipidique (épithélium), aqueuse (stroma) et lipidique (endothélium), constitue aussi un obstacle à la pénétration de molécules hydrophiles (du fait de l'épithélium) ou hydrophobes (du fait du stroma). L'exemple type est la fluorescéine qui reste à la surface d'un épithélium sain, mais pénètre le stroma en cas d'érosion cornéenne, ou d'altération de la structure du glycocalyx [ 37]. Les médicaments lipophiles peuvent pénétrer dans l'épithélium et y être stockés. Ainsi, seuls passent dans l'humeur aqueuse à travers la cornée les principes actifs amphiphiles et les bases ou les acides faibles en solution à un pH physiologique. En dehors de ces deux types de principes actifs qu'il est possible de formuler en solution sans conservateurs, l'absorption par voie transcornéenne requiert l'addition d'excipients qui déstabilisent la barrière cornéenne ou des formulations particulaires [38].

La barrière hémato-aqueuse est constituée de l'épithélium non pigmenté du corps ciliaire et de l'endothélium capillaire, étanche de l'iris (fig. 1-6 ), car le corps ciliaire est vascularisé par des capillaires fenestrés et perméables alors que les capillaires iridiens contiennent des jonctions serrées dont la perméabilité est plus élevée que celle des capillaires rétiniens internes du fait d'un transport transendothélial intense. Au niveau du corps ciliaire, les cellules de l'épithélium pigmentaire sont en contact avec les capillaires de la choroïde, tandis que la membrane basolatérale de l'épithélium non pigmenté est en contact avec l'humeur aqueuse. Les cellules pigmentées et non pigmentées communiquent par des jonctions de type gap . Des jonctions serrées sont présentes dans les cellules épithéliales non pigmentées, mais pas dans les cellules pigmentées. Ainsi, la barrière physique à la pénétration des principes actifs à travers le corps ciliaire est l'épithélium non pigmenté (fig. 1-6 ). La concentration en protéines de l'humeur aqueuse est faible. Une fraction d'entre elles provient du plasma. En effet, le passage dans la chambre postérieure des protéines plasmatiques qui ont franchi les capillaires fenêtrés du corps ciliaire est bloqué par l'épithélium non pigmenté du corps ciliaire. Leur passage dans la chambre antérieure est, quant à lui, bloqué par les capillaires de l'iris. Cependant, les protéines plasmatiques qui passent par les capillaires fenêtrés du corps ciliaire peuvent diffuser du stroma du corps ciliaire vers le stroma de l'iris au niveau de la racine de l'iris, puis diffuser dans la chambre antérieure en fonction d'un gradient de concentration. Les petites protéines diffusent assez rapidement dans l'humeur aqueuse, reflétant quantitativement les concentrations plasmatiques. En revanche, les grosses protéines diffusent beaucoup plus lentement dans l'humeur aqueuse, de sorte qu'il n'y a plus de corrélation claire entre les taux de protéines dans le plasma et dans l'humeur aqueuse [ 39]. La limitation et le contrôle à la pénétration des médicaments du sang vers l'humeur aqueuse ne se réduisent pas aux seules barrières physiques. En effet, l'iris et le corps ciliaire expriment une variété de transporteurs de médicaments et de pompes d'efflux. Les transporteurs de médicaments de la famille SLC ( solute carriers ) comprennent les transporteurs d'anions organiques, les polypeptides de transport d'anions organiques, les transporteurs d'acides biliaires, les transporteurs de cations organiques et les transporteurs de peptides. Ces transporteurs de médicaments dans l'iris et le corps ciliaire réduisent le passage des médicaments du sang vers l'humeur aqueuse, réduisant ainsi la biodisponibilité des médicaments oculaires, et sont également impliqués dans l'élimination active des médicaments de l'humeur aqueuse [40].

La choroïde est formée d'un réseau vasculaire organisé comprenant des artères, des veines et des capillaires (choriocapillaires), des cellules immunitaires telles que les mastocytes et les cellules microgliales, des mélanocytes, des fibroblastes, des cellules musculaires lisses, ainsi que d'un réseau dense de nerfs sympathiques et parasympathiques. Les vaisseaux choroïdiens participent à la barrière hématorétinienne externe, protégeant la rétine à l'égard de substances circulant dans les vaisseaux choroïdiens dans lesquels le débit est parmi les plus élevés de tous les organes. Les vaisseaux de la choriocapillaire humaine sont constitués de cellules endothéliales à jonctions serrées, mais pourvues de larges fenestrations diaphragmées. Il existe également de telles fenestrations dans le rein, par exemple, mais elles ne sont diaphragmées qu'au cours du développement et non chez l'adulte. Contrairement aux endothéliums fenêtrés qui tapissent d'autres lits vasculaires, ces diaphragmes restreignent considérablement le passage de molécules de haut poids moléculaire (rayon d'Einstein-Stokes > 3,2 nm). Les protéines peuvent être retenues non seulement en raison de leur taille, mais aussi par une répulsion électrostatique due à la charge négative et à une forte densité anionique à la surface de l'endothélium capillaire [52]. Les fenestrations forment des pores de 60 à 80 nm de diamètre, mais les cavités formées par le diaphragme réduisent cette taille d'environ 10 fois. Le nombre des fenestrations et l'ouverture des diaphragmes sont sous la régulation du VEGF qui assure la production et la fonction de la protéine plasmalemma vesicle-associated protein (PLVAP), constituant essentiel des fenestrations [ 53 , 54]. D'autres systèmes de transport permettent le passage contrôlé de protéines du compartiment vasculaire vers l'épithélium pigmentaire (EP), en particulier les cavéoles qui ont un diamètre de 60 à 80 nm et sont responsables du passage de l'albumine et d'autres macromolécules; les organites vésiculo-vacuolaires (0,12-0,14 mm) et les canaux transendothéliaux qui seraient des assemblages de caveolae. Il a été montré que les caveolae assurent, au moins en partie, le passage de l'albumine et de toutes les molécules qui y sont liées de l'endothélium choroïdien capillaire vers l'EP.

La membrane de Bruch (MB) est constituée de cinq couches. De l'EP vers la choroïde, on distingue histologiquement les couches suivantes : la membrane basale de l'EP, la couche collagène interne, la couche d'élastine, la couche collagène externe et, enfin, la membrane basale de la choriocapillaire. La MB agit comme un filtre semi-perméable, passif et acellulaire pour l'échange réciproque de biomolécules entre la rétine et la choroïde. La diffusion à travers la MB dépend de sa composition moléculaire, qui est influencée par plusieurs facteurs tels que l'âge et la localisation dans la rétine. La couche élastique présente la plus grande taille de pores entre les fibres organisées de façon plus ou moins aléatoire et la plus grande conductivité de l'eau. La couche collagène interne présente les pores les plus petits et la conductivité la plus faible. La perméabilité à l'eau de la MB est influencée par la réticulation du collagène liée à l'âge et par l'accumulation de lipides hydrophobes (paroi lipidique) et de débris membranaires qui augmentent avec l'âge [ 55]. La diffusion à travers la MB dépend également de la pression hydrostatique de part et d'autre de la MB ainsi que du maintien des gradients de biomolécules spécifiques et d'ions anorganiques. La structure et la composition moléculaire de la MB varient de la macula à la périphérie. La perméabilité de la MB à des protéines dont le poids moléculaire peut atteindre 150 kDa a été démontrée [ 56]. Mais, chez l'homme, la perméabilité de la MB aux protéines plasmatiques diminue tout au long de la vie, avec une relation linéaire significative entre la perméabilité aux protéines de plus faible poids moléculaire et l'âge. La conductivité hydraulique basale de la MB décline de façon exponentielle avec l'âge, avec une demi-vie de 19 ans. De plus, cette réduction de la perméabilité est significativement plus importante au niveau de la macula, atteignant jusqu'à 90 % pour des macromolécules de 20 kDa. Chez des patients atteints de DMLA, la limitation de transport peut encore être accrue [ 46 , 57]. La MB entrave aussi le transport des solutés lipophiles, en particulier des solutés cationiques, plus que des solutés hydrophiles. La réduction du transport à travers cette barrière physiologique est directement liée à la fixation du soluté sur le tissu [58]. Ainsi, la pénétration de molécules de haut poids moléculaire, comme les anticorps anti-VEGF, pourrait être réduite chez les sujets les plus âgés atteints de DMLA.

L'EP a été considéré comme le constituant unique de la barrière hématorétinienne externe du fait qu'il est caractérisé par des jonctions serrées. Mais l'EP n'est que l'un des constituants de la barrière externe qui inclut les vaisseaux de la choriocapillaire, la MB et la limitante externe. La résistance des jonctions serrées de l'EP humain adulte est d'environ 40 Ω.cm ² , ce qui fait de l'EP un épithélium à faible résistance. L'EP ne se divise pas en situation physiologique et une perte d'environ 2 % de l'EP par décennie de vie est mesurée sans diminution dans la région fovéolaire du fait de probables réorganisation et migration de la périphérie vers le centre. L'EP assure une fonction majeure de régulation des concentrations de potassium dans l'espace sous-rétinien au cours de la phototransduction grâce à la présence de pompes apicales (Na ⁺ /K ⁺ -ATPase) et de cotransporteur Na ⁺ /K ⁺ -2Cl ^– basolatéraux. Il joue un rôle essentiel dans la gestion du volume sous-rétinien en éliminant activement de l'eau de l'espace sous-rétinien à raison de plusieurs microlitres par centimètre carré par heure, grâce à la présence de protéines transmembranaires formant des canaux à eau (aquaporine 1) et au gradient sortant de Cl ^– . Ce mouvement ionique est alimenté par le gradient de Na ⁺ qui est maintenu par la pompe électrogénique Na ⁺ /K ⁺ -ATPase. L'ion chlorure (Cl ^–) sort à travers la membrane basolatérale via une conductance de chlorure modulée par la concentration en calcium intracellulaire. Le transport du bicarbonate (HCO ₃^–) peut également donner une impulsion à l'élimination des liquides. L'efflux de HCO ₃^– à travers la membrane basolatérale est suivi d'un transport de liquide de l'espace sous-rétinien vers la choroïde (voir fig. 1-7b ). Les protéines ne franchissent pas un EP intact par voie intercellulaire [59], mais l'albumine pourrait pénétrer dans l'EP par des transports vésiculaires dépendant des cavéolines. De nombreuses études ont analysé la pénétration transépithéliale de protéines qui passent à travers la sclère comme facteur dérivé de l'épithélium pigmentaire (PEDF, 50 kDa), l'ovalbumine (45 kDa) ou le récepteur I soluble du facteur de croissance endothélial vasculaire (VEGFR-I ou tyrosine kinase-1 soluble de type Fms : sFlt-1, 110 kD), montrant que l'EP constitue une barrière à la pénétration des protéines de haut poids moléculaire. En utilisant des dextrans de 4 à 80 kDa marqués à l'isothiocyanate de fluorescéine (FITC), il a été démontré que la perméabilité entrante et sortante de l'EP diminue de manière similaire et exponentielle avec l'augmentation du rayon de la molécule. En général, les protéines de 50 à 75 kD pénètrent bien dans la choroïde, mais pas dans la rétine (résumé dans [34]) (voir fig. 1-7b ). Un travail a déterminé la perméabilité bidirectionnelle de huit médicaments de petit poids moléculaire et du bévacizumab (environ 149 kDa) à travers l'EP-choroïde bovin isolé. La perméabilité des petites molécules est de 10 ^–6 à 10 ^–5 cm/s. La plupart des médicaments de faible poids moléculaire passent aussi bien de la face apicale vers la face basale que dans le sens inverse. Cependant, les molécules les plus hydrophiles ont une perméabilité 5 à 6 fois inférieure à celle des molécules les plus hydrophobes. La ciprofloxacine et le kétorolac montrent un passage accru sortant vers la face basolatérale (respectivement 6 et 14 fois supérieure à celle qui est dirigée vers l'intérieur), ce qui pourrait indiquer un transport actif. En revanche, seuls 3 % de la clairance intravitréenne du bévacizumab s'expliquent par un passage transépithélial, confirmant la faiblesse du transport des protéines à travers l'EP [ 60]. Lors de circonstances pathologiques ou au cours du vieillissement, les jonctions serrées des cellules de l'EP peuvent être altérées, ce qui modifie de manière significative la migration des protéines à travers la couche épithéliale. Dans une lignée cellulaire d'EP humain prématurément sénescent, l'expression des protéines de jonctions est altérée et la perméabilité de l'EP est augmentée [ 61]. Le facteur de croissance placentaire peut perturber les jonctions serrées des cellules de l'EP par l'intermédiaire du VEGFR1 [ 62], et au cours du diabète, les jonctions de l'EP sont altérées [63]. Par conséquent, dans différentes pathologies, la perturbation focale de l'EP peut modifier le passage des macromolécules à travers la barrière de cet épithélium. L'existence de propriétés ou de dynamiques spécifiques des jonctions serrées au niveau maculaire n'a pas été étudiée. L'EP est également le site central du métabolisme des xénobiotiques dans l'œil. Les enzymes lysosomales dans les lysosomes et les mélanosomes peuvent provoquer l'hydrolyse de diverses protéines et générer la formation de produits de dégradation de plus faible poids moléculaire dans un environnement acide. Cette activité pourrait également diminuer avec le vieillissement.

Dans la rétine, la membrane limitante externe (MLE), les couches plexiformes et la membrane limitante interne (MLI) constituent autant d'obstacles à la libre diffusion des molécules. En fonction de leur poids moléculaire, de leur structure et de leur charge, les protéines peuvent également subir une limitation de leur migration latérale.

La barrière hématorétinienne interne (BHRI) est constituée par les jonctions serrées endothéliales, les péricytes très denses (un péricyte pour une cellule endothéliale), les astrocytes et les pieds terminaux des cellules RMG qui entourent les capillaires rétiniens. Toutes ces structures sont nécessaires à la formation et au maintien de la BHRI. Les jonctions serrées, présentes uniquement dans les endothéliums des vaisseaux de la rétine et du cerveau, sont composées d'un complexe de jonctions serrées en forme de ceinture, formant une résistance transendothéliale d'environ 1500 à 2000 Ω.m ² , comparable à celle de la barrière hémato-encéphalique. Ces jonctions contiennent de la claudine 5 en majorité, des claudines 1 et 2, des JAM-A et des protéines ZO-1, 2 et 3. Les cellules endothéliales sont non fenestrées dans les conditions physiologiques et les capillaires sont imperméables aux protéines, qui peuvent cependant traverser leur membrane par transcytose, en particulier au cours du développement. Le VEGF augmente la perméabilité endothéliale, essentiellement par l'augmentation de la transcytose, mais il peut aussi induire une phosphorylation des protéines de jonction, ce qui induit leur translocation nucléaire. L'activation d'une kinase de la famille des Rho-GTP-ases désorganise le cytosquelette et donc les jonctions par un mécanisme de constriction du réseau d'actine. Des cytokines pro-inflammatoires comme l'interleukine 1 (IL-1) et l'IL-6, le TNF-alpha et ICAM-1, l'hyperglycémie chronique, l'activation du complément et le stress oxydatif affaiblissent aussi la BHRI, ce qui contribue à la formation d'œdème maculaire [ 77].

Le vitré est principalement constitué d'eau (98 %) contenant une faible concentration de protéines solubles, des ions et des solutés de faible poids moléculaire. Les deux principaux composants structurels sont le collagène (40-120 μg/ml) et l'acide hyaluronique (100–400 μg/ml), mais le vitré contient également du sulfate de chondroïtine et éventuellement du sulfate d'héparane. Le vitré est un réseau tridimensionnel complexe qui peut particulièrement restreindre la diffusion de grosses molécules. In vitro, le vitré réduit en effet l'absorption cellulaire de FITC-dextrans de 44 kDa à 77 kDa de 65 % à 100 %. In vivo, la mobilité des grosses molécules, en particulier celles chargées positivement, serait théoriquement limitée au sein de l'humeur vitrée, mais la diffusion par convection, qui résulte des mouvements des yeux, représente environ 30 % du transport intravitréen total des médicaments chez l'homme. Cet effet pourrait être encore plus important pour les composés de poids moléculaire élevé, qui diffusent plus lentement [ 78]. Le flux d'eau, du vitré antérieur vers le vitré postérieur, doit également être pris en compte. En utilisant un modèle informatique développé pour décrire le transport tridimensionnel convectif-diffusif d'un médicament libéré par une source intravitréenne à libération contrôlée, on a découvert que le rapport entre la quantité de médicament atteignant la rétine et la quantité de médicament éliminée par l'humeur aqueuse est de 2,4 pour une petite molécule, mais de 13 pour les grosses molécules [79]. Une grande partie des macromolécules sont éliminées par voie antérieure. Au cours du vieillissement et de circonstances pathologiques, mais aussi après des IVT répétées, la structure du vitré peut être désorganisée et modifier significativement la diffusion des composés injectés depuis le site d'injection jusqu'à la rétine. Compte tenu du fait que les macromolécules, en fonction de leurs charges, peuvent ne pas diffuser librement dans le vitré, le site de l'aiguille pendant l'injection peut influencer la biodisponibilité de la protéine active injectée ciblant les cellules rétiniennes.

La conjonctive représente les 4/5 ^es de la surface oculaire. Elle est formée de plusieurs couches cellulaires. À l'extérieur, ses cellules superficielles pavimenteuses partagent la surface avec des cellules caliciformes à mucus. On estime la densité épithéliale autour de 2300 cellules conjonctivales /mm ² et environ 150 à 300 cellules caliciformes/ mm ² [ 108 ]. Les cellules progénitrices conjonctivales sont localisées principalement aux fornix (culs-de-sac) [109]. Les couches moyennes pavimenteuses conjonctivales contiennent de nombreux lymphocytes dont la densité varie entre 8 et 165 cellules/mm, majoritairement CD8, et des plasmocytes. On y recense aussi des fibrocytes, des mélanocytes et des cellules de Langerhans. Au sein de l'épaisseur conjonctivale et aux marges palpébrales se trouvent des glandes lacrymales accessoires. À l'intérieur de l'épithélium conjonctival, les cellules basales sont très adhérentes à leur membrane basale grâce à des protéines d'adhésion. L'épithélium conjonctival possède des glycoprotéines transmembranaires et des canaux qui favorisent les messages et échanges intercellulaires. À sa surface, s'expriment de nombreux récepteurs, dont ceux des hormones stéroïdiennes. Il recouvre un tissu chorial lâche qui est constitué de fibroblastes, et d'une trame de soutien faite de fibres élastiques, de collagènes de types I et III et d'électrolytes. Y cheminent de nombreux vaisseaux sanguins issus du réseau ciliaire antérieur, des nerfs végétatifs amyéliniques, des nerfs sensitifs trigéminés et un important réseau lymphatique de tous diamètres. Le diamètre moyen d'un vaisseau sanguin conjonctival et de 30,4 ± 8,4 μm [ 110], mais 5 % des vaisseaux dépassent 120 μm de diamètre et la moitié mesurent moins de 8 μm. Le flux sanguin conjonctival bulbaire est estimé à 0,50 ± 0,15 mm/s de base. Il augmente d'environ 10 % en cas d'irritation locale [111]. L'instillation d'un composé sur la surface oculaire ne persiste que pour 10 % de son volume initial pendant 2 à 6 minutes, le reste étant éliminé [ 112]. L'absorption du composé est principalement effectuée dans les culs-de sac conjonctivaux, où s'exerce l'activité la plus intense de transport ionique et hydroélectrolytique [113].

La cornée externe est le siège des échanges entre le liquide lacrymal et l'épithélium cornéen. Dans les larmes, les substances hydrophiles se solubilisent et sont en contact avec l'épithélium cornéen. À l'opposé, la membrane plasmique des cellules épithéliales, composée de phospholipides, est donc lipophile. La pénétration des substances lipophiles est favorisée. Les cellules épithéliales, agencées en multiples couches comme pour la conjonctive, sont jointes par une jonction serrée, avec des protéines d'adhésion ZO-1 et ZO-2 étanches et continues. Les échanges se font donc principalement par passage actif paracellulaire, transcytose et endocytose médiée par transporteurs. Lorsque l'épithélium est lésé, dans le cadre d'une toxicité iatrogène ou à l'extrême par un ulcère par exemple, le passage des composés devient anormalement passif. L'enchevêtrement du collagène des membranes basale épithéliale et endothéliale (membrane de Descemet) ainsi que la couche de Bowman n'est pas un obstacle à la pénétration cornéenne des composés. Le stroma cornéen, lui, est hydrophile. À la face interne de la cornée, la couche endothéliale laisse passer passivement l'HA vers le stroma au travers de jonctions serrées qui sont discontinues, donc perméables. La pompe osmotique endothéliale attire activement l'HA dans le sens inverse, assurant la déturgescence permanente de la matrice stromale [ 114]. En vieillissant ou par dysfonction génétique, l'endothélium peut perdre son efficacité de déturgescence.

L'iris antérieur est composé de cryptes à la surface desquelles sont disposés des fibroblastes. Leur distribution irrégulière laisse passer les éléments cellulaires du compartiment sanguin dans certaines zones, mais seulement les molécules plasmatiques dans d'autres. Le corps irien, ou stroma, est composé de collagène fibrillaire, de fibroblastes sans mélanine ou avec (chromatophores), de macrophages pigmentés, et parcouru par de nombreux vaisseaux et nerfs. Dans sa partie antérieure périphérique se trouve le muscle dilatateur de l'iris, avec ses myofibrilles disposées en faisceau radiaire. Dans sa partie plus postérieure centrale, on observe le muscle lisse du sphincter irien et ses fibres nerveuses myélinisées. La partie moyenne du stroma est gorgée d'HA. L'iris postérieur est tapissé d'une monocouche cellulaire très pigmentée, unie par de nombreux desmosomes et des jonctions serrées, et qui repose sur une membrane basale. La vascularisation irienne est riche. Elle alimente aussi par un réseau anastomotique le corps ciliaire et la choroïde périphérique. Ses capillaires ne sont pas fenestrés. Le sang veineux chemine dans le corps ciliaire et se jette dans le réseau vortiqueux. Avec le temps, la densité cellulaire irienne et la pigmentation diminuent.

Le cristallin est constitué de fibres épithéliales cristallinienne qui perdent leur noyau et leurs organites dans leur processus de maturation. Celles-ci contiennent une phase protéique de cristallines particulièrement concentrées (0,32 g.ml ⁻¹) et de protéines chaperonnes qui les préserve de l'agrégation, les heat shock proteins . Des protéines filamenteuses, CP49 et CP115, participent au maintien de l'architecture cristalline en lien avec les parois fibrillaires, et filtrent les longueurs d'ondes entre 295 nm et 400 nm, dans les UV. De nombreux échanges se font entre le cristallin et l'HA afin de satisfaire la balance métabolique des fibres et de gérer le stress oxydant. Ces flux sont possibles grâce aux connexines, dont les aquaporines 0, 1 et 5 [ 115]; elles établissent une réseau microtubulaire de canaux transmembranaires intercellulaires. En particulier, les cellules cristalliniennes produisent des composés antioxydatifs circulant, comme la glutathione S-transférase, les protéines de classes p et a, l'aldolase, le GRP78, la péroxirédoxine. Au cours du vieillissement, l'oxydation locale augmente, les protéines changent de conformation et s'agrègent. Leur phase libre diminue de 12 % par an, ce qui augmente les phénomènes diffractifs [116]. Dans le cas du diabète, le Ca ²⁺ et le sorbitol s'accumulent dans le cristallin et précipitent la cataractogenèse. Lorsque les récepteurs aux glucocorticoïdes sont surstimulés, par exemple avec une corticothérapie chronique, le métabolisme des fibres change. Leur prolifération est accélérée, tandis que l'élimination de leurs organites est inhibée. Il se constitue une cataracte polaire postérieure (« sous-capsulaire postérieure»).

Le vitré est un tissu viscoélastique lâche qui remplit la cavité postérieure du globe oculaire. Il se compose principalement d'HA, c'est-à-dire surtout d'eau (entre 98 et 99,7 %), de collagène de type 2, de glycosaminoglycanes dont l'acide hyaluronique (65 à 400 mg/ml) [ 117]. Il comporte quelques cellules fibroblastiques, les hyalocytes. Il possède des adhérences focales avec les pieds des cellules de Müller qui forment la limitante interne. Il possède une osmolalité autour de 290 mOsm/kg [118]. Il semble que sa composition chez l'humain soit assez différente de celle des animaux couramment disponibles pour l'analyse. Il agit comme une substance réservoir physiologique, en particulier pour l'oxygène rétinien, le glucose, la vitamine C (acide ascorbique), de nombreuses cytokines, des facteurs de croissance, etc. Il a aussi une fonction d'évacuation des déchets métaboliques des tissus adjacents. Il est composé du spectre général des constituants ioniques, métalliques et protéiques de l'HA ou du sang dans des proportions différentes, mais relativement proportionnelles. Par exemple, sa concentration en glucose augmente au cours de l'hyperglycémie, en lactate au cours de l'ischémie ou des périodes postopératoires, de potassium après le décès. Sa consistance évolue avec l'âge de l'œil. Très cohésif chez l'enfant, il se liquéfie progressivement en son centre tandis que sa périphérie devient plus dense et fibrillaire.

La rétine comporte deux feuillets : un feuillet neurosensoriel, la rétine neurosensorielle (RNS), et un feuillet pigmentaire, l'épithélium pigmentaire (EP). La RNS est constituée de plusieurs types cellulaires [ 119] : les photorécepteurs (environ 100 millions) composés de cônes et de bâtonnets, les cellules bipolaires, les cellules horizontales ganglionnaires et associatives et les cellules amacrines. Ce feuillet de RNS est parcouru par les fibres optiques des cellules neurorétiniennes, organisées en plusieurs couches denses et parcourues par les vaisseaux intrarétiniens. Les jonctions endothéliales des capillaires rétiniens sont serrées et ils sont entourés d'une glie variable selon qu'ils sont superficiels ou profonds. Bien plus qu'un support biomécanique à la RNS, les cellules gliales rétiniennes que sont les cellules de Müller, l'astroglie et les cellules microgliales participent à l'homéostasie de la RNS et à son fonctionnement au travers d'échanges intenses. Les cellules de Müller et les photorécepteurs sont liés par des desmosomes et des jonctions adhérentes pour former la « membrane» limitante externe. Leur pieds sont en contact les uns avec les autres, formant la « membrane» limitante interne. La membrane limitante interne représente un obstacle entre le vitré et la RNS [ 100]. Les barrières à la pénétration transrétinienne des composés ont été exposées dans le paragraphe traitant des fluides. Les deux principaux facteurs de pénétration transrétinienne d'un composé sont son poids moléculaire et sa lipophilie. La macula possède le privilège d'une zone avasculaire « centrale», d'une disposition anatomique différente du reste de la RNS ainsi que d'un soutien glial spécifique. Enfin, l'EP, feuillet externe rétinien, est une monocouche de cellules réunies par des jonctions serrées étanches. Il possède de nombreux canaux ioniques lui conférant, à l'instar de l'endothélium cornéen, un rôle de pompe osmotique. Il contient une importante concentration en mélanine et de nombreux organites. En plus de ses fonctions physique et dans la transduction du signal visuel, il joue un rôle intense métabolique, antioxydatif et de phagocytose.

La choroïde possède une structure adaptée à ses quatre principales fonctions : la nutrition rétinienne, sa thermorégulation, l'adaptation positionnelle du point focal maculaire et la production de facteurs de croissance [ 120]. Son épaisseur physiologique varie entre 300 et 500 μm, diminuant avec l'âge ou certains génotypes, dont celui de la myopie forte. Elle est constituée majoritairement par un réseau vasculaire. On distingue schématiquement deux plans de vaisseaux larges et moyens dans son stroma. Les artères (50-100 μm de calibre) et artérioles choroïdiennes communiquent par des artérioles nourricières et des veinules avec la couche choriocapillaire, la plus interne. La choriocapillaire est faite d'anastomoses hexagonales de capillaires fenestrés. Elle est constituée d'une à deux couches de capillaires périphériques épais de 15–30 μm de diamètre et quatre à cinq couches centrales, organisée en lobules de 300 à 1000 μm de surface avec un drainage veineux centrifuge [121]. La perméabilité de ces capillaires est 50 fois supérieure à celle des capillaires musculaires [122]. Le réseau choriocapillaire est maintenu structurellement par des colonnes collagènes tendues entre son rapport interne, la membrane de Bruch, et son rapport externe, la couche des vaisseaux moyens. La vitesse de circulation choriocapillaire des hématies est réduite au trois-quarts seulement de celle des vaisseaux rétiniens en raison de sa surface cumulée plus vaste. La choroïde est cependant le siège d'une circulation sanguine particulièrement intense. Le flux sanguin total rétinien varie entre 30 et 80 μl/min selon les méthodes de mesure employées [123]. L'OCT-Doppler, qui semble fiable en comparaison avec des mesures expérimentales fiables mais invasives sur primates, propose des valeurs similaires entre 30 et 50 μl/min pour des calibres vasculaires jusqu'à 30 μm. La vitesse artérielle globale des hématies est estimée de 7 à 35 mm/s, tandis que la vitesse intracapillaire des leucocytes est estimée autour de 0,3 à 1,5 mm/s [ 124]. Les vitesses veineuses varient considérablement selon le calibre luminal. Les flux varient aussi selon l'aire choroïdienne ou choriocapillaire étudiée. Le stroma choroïdien héberge des mélanocytes, des fibroblastes et les cellules musculaires lisses périvasculaires. La matrice non vasculaire du stroma contient des fibres de collagène, des fibres élastiques et des protéoglycanes de structure au milieu de lacunes lymphatiques. À l'opposé de la choriocapillaire, la couche la plus externe est le réseau suprachoroïdien. Il en contact avec la sclère interne. L'innervation choroïdienne est à la fois vasomotrice, faite de plexus végétatifs ortho- et parasympathiques, et sensorielle trigéminée qui participe aussi à moduler le flux sanguin.

La sclère représente 22 % de la paroi du globe oculaire, la cornée complétant le reste. Son épaisseur varie significativement de 300 μm en arrière des insertions musculaires à 1 mm autour du nerf optique. Elle est principalement constituée de collagène 1 organisé en matrice multilamellaire grâce à des glysosaminoglycanes (GAG), de fibres élastiques et de quelques fibroblastes et fibrocytes parfois pigmentés [ 125]. Avec l'âge, les GAG se densifient et les fibres élastiques de raréfient. La densité en collagène peut diminuer, en particulier dans la forte myopie. La sclère n'est pas un obstacle en soi à la pénétration des composés. Elle permet chez le porc une diffusion passive de composés de grande taille, de son pôle postérieur à la périphérie, principalement dépendante de son épaisseur [ 126]. La cornée, en comparaison, est 10 fois moins perméable aux molécules de taille moyenne (entre 200 et 1000 kDa) que ne l'est la sclère, et 2 fois moins que la conjonctive [84].