Stimulation de surface étendue à faible intensité (WAYLESS): une nouvelle thérapie pour terminer les arythmies cardiaques létales – WAYLESS

Comme alternative aux chocs électriques forts, nous avons utilisé une approche multidisciplinaire et innovante pour développer rapidement et de manière rentable une méthode sûre et indolore pour stopper la FV, appelée WAYLESS. La stratégie WAYLESS consiste à minimiser les besoins en énergie pour stopper la FV en utilisant une stimulation à courant continu de basse énergie administrée par des électrodes de surface stratégiquement placées sur de larges zones du cœur. WAYLESS a d'abord été développé in silico à l'aide d'un cœur humain virtuel qui simule une arythmie cardiaque mortelle pour déterminer les configurations optimales des électrodes et les protocoles de stimulation. WAYLESS a ensuite été testé et validé in situ à l'aide d'une approche d'imagerie optique robuste pour étudier l'arythmie cardiaque sur des cœurs des mammifères. Pour préparer WAYLESS aux essais cliniques futurs, les protocoles et prototypes d'électrodes ont été conçus pour être compatibles avec les patients humains et les dispositifs cardiaques implantables modernes. Il s'agissait du tout premier projet en France pour le développement d'une nouvelle électrothérapie de l'arythmie cardiaque in silico à in situ.

Des simulations ont permis de déterminer qu'une seule impulsion de basse énergie <0,1 J délivrée par des électrodes de ligne sur les surfaces du cœur était optimale pour stopper la FV. L'imagerie optique a permis de vérifier que les électrodes de ligne utilisées par WAYLESS réduisaient les besoins énergétiques de >20 J à <10 J pour stopper la FV, sans toutefois passer sous le seuil de douleur humaine de 0,1 J dû à la graisse de surface et les vaisseaux sanguins qui entravaient de manière inattendue l'efficacité de WAYLESS. Des études avec courant alternatif pour WAYLESS sont en cours pour améliorer l'efficacité.

Le projet WAYLESS a réussi à développer une nouvelle approche de défibrillation des ventricules de grands mammifères avec moins d'énergie que les chocs électriques trop agressifs. Cependant, on n'a pas réussi à obtenir une approche universelle pour mettre fin à la FV sous le seuil de douleur humaine. D'autres recherches sont nécessaires pour mieux comprendre le rôle des graisses de surface et du système vasculaire sur l'efficacité de WAYLESS, ainsi que le moment où WAYLESS doit être utilisé par rapport aux mécanismes de FV après l'initiation afin d'exciter autant de tissu que possible. Par conséquent, on étudie la possibilité d'utiliser WAYLESS avec un courant alternatif immédiatement après l'initiation de la FV afin d'améliorer l'efficacité et de modifier la configuration de l'électrode et la force du stimulus pour tenir compte de la vasculature et de la graisse à la surface du cœur des grands mammifères.

Ce projet, à l’origine de 8 publications dans des revues avec comité de lecture, a été présenté à 5 congrès internationaux et a généré une nouvelle approche de défibrillation à faible énergie pour l'arythmie cardiaque. Il a également mis en évidence les mécanismes de l'arythmogenèse dans la VF et a conduit à de nouveaux projets qui appliquent WAYLESS à la fibrillation auriculaire, élucident les mécanismes de la fibrillation auriculaire et l'utilisation de tissus étirable conducteur pour WAYLESS.

Le cœur, en se contractant, assure l’alimentation en oxygène et en nutriment de l’ensemble du corps. Chaque battement cardiaque est une contraction mécanique déclenchée et contrôlée spatialement par des impulsions électriques se propageant via le système de conduction cardiaque. Les arythmies cardiaques sont des perturbations de ce système et sont létales si elles empêchent le cœur de contracter efficacement. Une personne sur trois lisant cette demande de financement sera affectée au cours de sa vie par une arythmie cardiaque sévère se traduisant par une fibrillation ou une tachycardie ventriculaire. En l’absence d’intervention médicale dans les quelques minutes suivant l’arrêt cardiaque induit par arythmie ou la tachycardie, les chances de survie sont faibles (5%). De nos jours, la seule thérapie efficace pour stopper les arythmies cardiaques mortelles et retrouver un rythme cardiaque normal est un choc électrique.
En dehors du contexte hospitalier, cette thérapie par électrochoc est délivrée de façon rapide et optimale par un défibrillateur implantable, qui augmente l’intensité du choc jusqu’à stopper l’arythmie et recouvrer un rythme sinusal normal. Pour que le choc soit efficace contre les arythmies sévères se propageant sur une grande partie du cœur, il faut qu’il soit suffisamment fort pour générer un champ électrique qui va exciter le tissu de toutes les régions où sont ancrées les arythmies, ce qui en plus d’être extrêmement douloureux et déclenchant des désordres d’anxiété phobiques, va aussi endommager significativement le cœur et augmenter la mortalité. Le projet computationnel-expérimental et translationnel décrit dans cette demande propose une alternative à la défibrillation sur-agressive du cœur par choc électrique en développant une nouvelle thérapie moins dangereuse et moins douloureuse pour mettre fin aux arythmies cardiaque léthales grâce à WAYLESS : Stimulation de large surface à faible énergie.
La stratégie de base de WAYLESS est de minimiser l’énergie nécessaire pour arrêter une arythmie cardiaque en utilisant une stimulation en courant continu de faible énergie administrée par des électrodes de surface placées de façon stratégique sur de larges régions du cœur. Afin de déterminer les protocoles de stimulation et les configurations des électrodes permettant de réduire l’énergie de défibrillation en dessus du niveau de douleur et de dommage du tissu et ce de manière rapide, peu coûteuse et éthique, WAYLESS sera d’abord développé in silico en utilisant un cœur humain virtuel qui simule des arythmies cardiaques réalistes. WAYLESS sera ensuite testé et validé in situ en utilisant une approche expérimentale robuste de cartographie optique permettant l’étude des arythmies cardiaques dans des préparations cardiaques et des cœurs intacts de mammifères. Afin de promouvoir la transition de WAYLESS à de futurs essais cliniques, ses protocoles et les prototypes d’électrodes seront conçus pour être compatible avec les patients humains et les systèmes cardiaques implantables de dernière génération. Il s’agira du premier projet en France proposant de développer une nouvelle électrothérapie des arythmies cardiaques en partant de l’in silico jusqu’à l’in situ.
Sous les auspices de cette demande de financement ANR, les résultats de cette recherche génèreront une nouvelle technologie pour mettre fin aux arythmies cardiaques léthales sans douleur et les risques associés à la thérapie par électrochoc utilisée de nos jours. De plus, les données provenant de cette recherche permettront une meilleure compréhension des mécanismes contribuant à l’initiation, la maintenance et l’arrêt des arythmies cardiaques mortelles. Ainsi, les retombées de ce projet de recherche auront un impact personnel (meilleure qualité de vie), médical (réduction du taux de mortalité), scientifique (élucidation des mécanismes arythmiques) et économique (développement technologique rapide et peu coûteux).