Les pôles de recherche
Le programme de recherche de Liryc est structuré en 5 pôles de compétences qui œuvrent en synergie pour encourager la mise en place de projets translationnels en interaction entre les différentes équipes et spécialités.
Le pôle Modélisation
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.
Le pôle s’intéresse :
- aux questions mathématiques et numériques que posent les équations du fonctionnement électrique ou mécanique du cœur;
- à la simulation numérique de ces modèles pour
- comprendre des arythmies particulières, par exemple en testant des hypothèses médicales ou biologiques in-silico, ou en produisant des ECG (ou d’autres biomarqueurs) synthétiques;
- comprendre les procédés et mécanismes biologiques d’ablation
- améliorer les méthodes de défibrillation cardiaque (défibriller sous le seuil de douleur)
- résoudre le problème inverse pour déduire l’activité qui produit les biomarqueurs enregistrés (c’est un peu plus général que le point ci-dessous)
- construire les jumeaux numériques pour mieux traiter les patients
- à la résolution du problème inverse de l’imagerie électrocardiographique (ECG inverse — reconstruire l’activité électrique à la surface du cœur à partir de celle enregistrée à la surface du thorax)
L’équipe Modélisation
Le pôle Sciences de l’imagerie
Développer de nouveaux outils pour la recherche et la pratique clinique
Le pôle Sciences de l’imagerie est composée d’ingénieurs et de chercheurs spécialistes de l’imagerie, du traitement du signal et des sciences des données multimodales.
L’équipe Imagerie
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.
L’équipe Science des données multimodales
Sur le volet des données multimodales, l’équipe MDS développe des outils de diagnostic et de guidage thérapeutique à partir des données acquises dans le cadre du soin chez les patients souffrant d’arythmies. L’équipe combine des données d’imagerie, des signaux électrophysiologiques, des simulations et des algorithmes d’intelligence artificielles pour le diagnostic ou pronostic. Elle propose des chaînes de traitement consacrées à la cardiologie et pour la recherche de l’IHU grâce à une plateforme logicielle développée par l’équipe Science des données multimodales et l’équipe Inria Epione: MUSIC.
Le pôle Sciences du Signal et Santé Connectée
L’équipe Traitement du signal
L’équipe traitement du signal se concentre sur la cartographie de l’activité électrique du cœur. Spécialisée en instrumentation et traitement du signal, elle développe de nouveaux outils à partir des signaux électriques et leur localisation spatiale pour mettre en évidence les mécanismes électrophysiologiques des arythmies cardiaques, réaliser des diagnostics précoces, comprendre la maladie et guider les thérapies.
L’équipe travaille également au développement d’outils pédagogiques tel que le simulateur SIMRIC pour la manipulation des cathéters d’électrophysiologie sur un modèle mécanique et informatique. Cet outil propose aux cliniciens des scénarios d’arythmies réalistes reproduisant les signaux électriques correspondant et offre des applications de recherche et de formation aux acteurs industriels.
L’équipe Télémédecine
Le pôle Physiopathologie
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.
Le pôle 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.
L’équipe Physiopathologie
Le pôle Clinique
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.
