Les pôles de recherche

Concevoir et analyser de nouveaux modèles numériques du cœur

En collaboration avec Inria, l’équipe du pôle modélisation conçoit et analyse de nouveaux modèles numériques pour simuler l’activité électrique et mécanique du cœur. Ces experts mènent des travaux de recherche en mathématique, informatique et ingénierie biomédicale pour mieux comprendre les mécanismes des troubles du rythme. Ils analysent in silico (via des modèles informatiques) des données cliniques ou expérimentales.

Les modèles sont constitués d’équations qui représentent les mécanismes d’activation électrique cardiaque et la contraction mécanique qui s’ensuit, et peuvent être personnalisés grâce à des données expérimentales ou cliniques. Le calcul de solutions approchées de ces équations est fondé sur la résolution simultanée de millions ou milliards d’équations. Elle nécessite l’utilisation d’algorithmes de calcul de haute performance et de super-calculateurs.

Développer de nouveaux outils pour la recherche et la pratique clinique

Le pôle technologie pour la santé est composée d’ingénieurs et de chercheurs spécialistes de l’imagerie, du traitement du signal et des sciences des données multimodales. 

Sur le volet de l’imagerie, l’équipe travaille sur plusieurs projets autour de 3 thèmes principaux : 

• La caractérisation de la structure du myocarde à l’aide d’équipements d’imagerie de pointe (IRM de très haut champ magnétique, 9.4 Tesla et plateforme multimodale)
• Le développement ou l’évaluation de nouveaux concepts de stimulation cardiaque avec des outils pour analyser la structure cardiaque simultanément aux signaux électriques (IRM 1.5 Tesla).
• Le développement de l’imagerie interventionnelle et de la thermométrie pour guider le geste du chirurgien en temps réel, grâce à l’acquisition de séquences rapides permettant de mesurer la température des tissus par IRM.

Mieux comprendre les mécanismes des dysfonctions électriques cardiaques

Le pôle pathophysiologie regroupe les chercheurs spécialistes de l’électrophysiologie et de la bioénergétique cardiaque, de l’échelle moléculaire à l’échelle de l’organe entier. Il dirige l’ensemble de ses recherches vers l’étude des mécanismes cellulaires et tissulaires des arythmies cardiaques, essentiellement de la fibrillation auriculaire, la tachycardie ventriculaire et la fibrillation ventriculaire. 

Il développe à cette fin les modèles et techniques expérimentales adéquats incluant :

• Des modèles de pathologies cardiaques pour des études longitudinales sur les mécanismes des troubles du rythme 
• La microtomographie par rayon X pour la caractérisation de la microstructure cardiaque
• Le cœur isolé-perfusé pour l’étude de la fonction cardiaque ex vivo
• La cartographie optique pour la visualisation haute résolution de l’activation électrique du cœur
• La microspectrofluorimétrie, la microscopie confocale, et la technique du patch-clamp pour la caractérisation du fonctionnement des canaux ioniques, pompes et échangeurs impliqués dans le couplage excitation-contraction à l’échelle cellulaire
• La mitochondrie isolée et la fibre pelée-perméabilisée pour l’évaluation de la bioénergétique

Enfin, dans le cadre des programmes « Cadence » et « Harmonica », ce pôle a la possibilité, grâce au don d’organes pour la recherche, de tester sur des tissus humains les hypothèses développées sur des modèles de chaque pathologie.

L’équipe étudie les mécanismes d’initiation (le « trigger ») et de maintien (le « substrat ») des troubles du rythme, plus spécifiquement :

• Les propriétés électrophysiologiques et structurelles des veines pulmonaires et leurs rôles dans l’initiation de la fibrillation atriale
• Les mécanismes cellulaires du déclenchement des fibrillations ventriculaires par les fibres de Purkinje
• L’implication de canaux ioniques spécifiques (SACs, TRPCs, etc) dans les arythmies cardiaques
• Le rôle des hétérogénéités de repolarisation et de conduction à l’échelle tissulaire
• Le lien entre le substrat (micro-)structurel, la conduction électrique et les mécanismes des troubles du rythmes atriaux et ventriculaires.
• Les mécanismes du remodelage arythmogène dans différentes pathologies tels la fibrillation atriale persistante, l’insuffisance cardiaque et les cardiomyopathies congénitales.

Le pôle développe également un programme de recherche visant à étudier l’implication du métabolisme énergétique dans les différents troubles du rythme et s’intéresse dans ce contexte notamment :

• à l’implication du stress oxydant via la production mitochondriale d’espèces radicalaires de l’oxygène ;
• à la sensibilité au calcium du pore de transition de perméabilité mitochondriale ;
• au remodelage mitochondrial en général ;
• aux perturbations de l’utilisation des substrats énergétiques ;
• aux perturbations de la structure-fonction des cardiomyocytes et leurs implications en termes bioénergétiques ;
• aux cibles, notamment canaux, pompes et échangeurs  ioniques, dont la fonction est potentiellement altérée par les perturbations bioénergétiques.

Il s’intéresse particulièrement dans ce cadre à l’influence du sexe et du vieillissement.

Dans tous les cas, la finalité de ces recherches est l’identification de nouvelles cibles potentielles et de nouveaux biomarqueurs, que ce soit à visé thérapeutique ou de prévention, ainsi que l’élaboration de nouvelles approches thérapeutiques par électrophysiologie interventionnelle.

Valider les hypothèses scientifiques

L’équipe du pôle recherche clinique conduit l’ensemble des études scientifiques observationnels ou thérapeutiques mobilisant les patients, les médecins, les chercheurs, les professionnels de la recherche clinique. L’objectif de leurs travaux est de mieux comprendre et traiter les maladies du rythme cardiaque, validant la véracité ou non d’hypothèses scientifiques. A travers différents protocoles très rigoureux, ils observent l’efficience des traitements et de thérapie innovantes sur des patients volontaires, avec toutes les précautions nécessaires et dans le respect de la réglementation en vigueur. 

Les attachés de recherche clinique travaillent en étroite collaboration avec les équipes de recherche fondamentale sur des projets translationnels, mais également avec les médecins. Le pôle de recherche clinique est d’ailleurs situé au sein de l’hôpital cardiologique de Haut-Lévêque.