Caractérisation 3D du réseau électrique cardiaque par IRM de transfert d'aimantation inhomogène (IRM ihMT) – SYNATRA

Ce projet a été accepté pour 3 ans, un délai supplémentaire de 1 an a été demandé et accepté par l’ANR. Le digramme de Gantt proposé deux principaux work package pour développer une méthodologie théorique de simulation et une méthodologie expérimentale.

Durant les 3 années du projet SYNATRA s’est naturellement déroulé sous deux étapes chacune supervisée par un chercheur post doctorant engagé spécialement pour développer un work package du projet: une première étape de simulation à Marseille au CRMBM menée par le chercheur post doctorant Dr Evgenios Kornaropoulos a été initiée dans le but de simuler le signal obtenu dans ces fibres de purkinje et évaluer un range de valeurs optimales sur ce type de tissu. En étroite collaboration avec Bordeaux, nous avons fourni des premiers résultats expérimentaux qui ont permis d’alimenter la simulation développée. Un modèle bi compartimenté de Provotorov (système a deux pools: liquide et macromoléculaire) a été appliqué pour ajuster les paramètres de la séquence et extraire des paramètres de fitting et des ranges d’optimisation des données. Les simulations au vue des résultats ont d’abord étaient réalisées sur la fibre dans son intégralité puis sur les deux parties distinctes que sont la fibre libre et la jonction muscle/fibre.

Le deuxième work package plus expérimental s’est déroulé à l’IHU Liryc sous la direction du chercheur post doctorant Dr Arash Forodigasemabadi. Des manips expérimentales ont été réalisées sur plusieurs échantillons afin de traiter le signal obtenu par la méthode ihMT. Les résultats obtenus ont ensuite été comparés par histologie pour mettre en évidence des différences tissulaires à différents endroits de la fibre en particulier sur la fibre libre et la jonction avec le muscle.

Comme présenté par le dernier work package, des échanges collaboratifs mensuels entre les labos IHU Liryc et CRMBM ont été nécessaires pour mener à bien les simulations les expériences sur ce projet.

Les résultats valident l'hypothèse d'une signature biophysique distincte pour les fibres de Purkinje, en effet les fibres libres ne sont pas seulement entourées d’une gaine de collagène mais la présence d’adipocyte a influencé de façon significative le signal ihMT obtenu :

Les premiers résultats ont montré une hétérogénéité forte dans le signal récupéré le long de la fibre avec une différence au niveau de la fibre libre en comparaison du point de jonction avec le muscle cardiaque (Point Muscle Junction). Ces premiers résultats ont du être validés par histologie pour comprendre la différence observée. Il s’est avéré que la composition et la proportion d’adipocires, de collagène et de cellules de purkinje influent fortement sur le signal ihMT mesuré (voir figure 3). En effet l’histologie a mis en évidence une quantité d’adipocytes dans le point de jonction assez importante montrant un signal ihMTR plus faible que dans la fibre libre qui ne contient que des cellules de purkinje enrouées d’une gaine de collagène. La coloration Picrosirius red confirme que les zones dites libres sont riches en collagène (72,4 %), expliquant le signal ihMT élevé. À l'inverse, au niveau des jonctions (PMJ), le signal chute en raison d'une forte concentration d'adipocytes (12,3 % vs 3,8 % dans les fibres libres), ces derniers n'ayant aucun effet MT significatif. Enfin, la coloration PAS a révélé un glycogène central abondant dans les cellules de Purkinje, agissant comme un marqueur structurel et biophysique complémentaire au collagène. Ces découvertes confirment que l'ihMT ne détecte pas seulement une forme, mais une composition tissulaire spécifique. Ces travaux ont été publiés dans NMR Biomed (Forodighasemabadi et al.NMR Biomed 2026),

Les simulations réalisées ont permis également de démontrer que le modèle de fit utilisé (voir figure 4) à deux compartiment fournit une preuve de concept pour l’application d’un modèle biophysique d’ihMT à l’imagerie cardiaque. Au-delà de la simple observation expérimentale du contraste, la modélisation proposée permet une caractérisation quantitative du système de conduction cardiaque par l’estimation de paramètres macromoléculaires fondamentaux.

Ainsi, ce travail (Kornaropoulos et al under review MAGMA 2026) se distingue des approches purement expérimentales en offrant une interprétation mécanistique et physiologiquement fondée du contraste observé entre le réseau de Purkinje et le myocarde. Les améliorations futures incluront l’affinement du modèle biophysique pour augmenter à la fois le CNR et le SNR dans les images ihMTR, ainsi que l’extension à l’imagerie 3D.

Cette étude pré clinique nous a permis d’étudier la sensibilité de la méthode ihMT sur ces fibres et de caractériser la complexité tissulaire de ces fibres conductrices dans le coeur. L’histologie a permis de mettre en évidence la présence de cellule de purkinje, de cardiomyocytes mais également d’une gaine de collagène et également d’adipocytes à la jonction avec le muscle cardiaque. Ces résultats ont pu être mis en corrélation avec les différences d’ihMTR mesurées par IRM. Une prochaine étape en cours est la caractérisation du faisceau de His en amont des fibres libres qui est un élément du réseau électrique cardiaque intra septal par technique DTI et de transfert d’aimantation.

Une fois ces validations effectuées, l’étape finale sera de faire une resonctruction3D du réseau électrique par contraste macromoléculaire dans les ventricules. Le passage en in vivo sur un imageur clinique ne sera possible que si le SAR est optimisé et une antenne dédiée locale en réception (comme une antenne sur un cathéter) pourrait nous permettre d’atteindre des résolutions suffisante pour étudier cette structure.

L'avenir de l'imagerie ihMT cardiaque s'oriente vers une complexification des modèles et une optimisation des séquences :

• Modélisation Multi-Pools : Le passage à des modèles à 3 ou 4 pools est envisagé pour distinguer spécifiquement les protéines myofibrillaires du tissu conjonctif et des adipocytes.

• Cartographie 3D Haute Résolution : Le développement de séquences 3D permettrait une visualisation spatiale complète du réseau de Purkinje, de la branche de His jusqu'aux jonctions intraventriculaires et à la fibre libre.

• Optimisation SAR : La conception de stratégies d'acquisition économes en énergie est la condition sine qua non pour un transfert vers l'imagerie clinique humaine.

En conclusion, cette étude pionnière consacre l’ihMT comme une modalité incontournable pour la caractérisation quantitative du système de conduction cardiaque, cette étude a permis de developer des projets et une équipe d’imagerie moléculaires au sein de l’IHU pour caractériser au mieux ce réseau électrique cardiaque.

Le cœur possède un réseau de conduction électrique qui lui est propre appelé réseau de purkinje (RP) provoquant la contraction cardiaque. L’organisation du RP peut jouer un rôle dans la fibrillation ventriculaire, un désordre électrique qui est la première cause de mort subite dans les pays industrialisés. Cartographier en 3D ce réseau est donc un enjeu primordial pour comprendre les mécanismes des arythmies. Le projet SYNATRA a pour objectif de caractériser le RP par IRM à l’aide d’une technique novatrice, le transfert d’aimantation inhomogène (ihMT). Le projet a pour ambition de développer une imagerie haute résolution ex vivo en 3D (75µm isotrope) à très haut champ magnétique 9.4T sur cœur entier de modèles animaux et sur cœur humains et de tester la faisabilité à 1.5T avec une antenne haute résolution dédiée. Deux équipes d’imagerie seront réunies pour mener ce projet ambitieux : IHU Liryc spécialisé en électrophysiologie et imagerie cardiaque a très haute résolution sur cœur entier et le CRMB expert dans le développement de la technique ihMT.