Spectroscopie d'impédance appliquée au suivi chronique de la fibrose induite par implants de stimulation cardiaques

Abstract

Les arythmies cardiaques représentent environ 50% des maladies cardiovasculaires qui sont la première cause de mortalité dans le monde. Les implants médicaux jouent un rôle majeur dans le traitement de ces arythmies. En France c’est environ 250 000 patients qui sont équipés d’un implant cardiaque et qui nécessitent un suivi régulier. Ces implants utilisent les dernières technologies de micro-nano électronique et possèdent un boitier de stimulation qui est placé en sous-cutané, connecté aux électrodes via une sonde intraveineuse. Un des principaux points faibles de tout implant réside dans l’interface électrode-tissu, en raison d’une réaction inflammatoire soutenue appelée la fibrose. Ce phénomène compromet la biocompatibilité de l’implant, encapsulant la sonde avec un tissu « isolant ». Cela crée des adhérences le long de la sonde et au niveau de l’électrode, ce qui entraine souvent une hausse des seuils de stimulation au cours du temps et une diminution des durées de vie des batteries. Cette réponse est connue et peut être minimisée lors de l’implantation grâce à des sondes à élution de stéroïdes mais la fibrose reste tout de même un obstacle pour les implants, justifiant notre intérêt d’étude sur le long terme de la biocompatibilité des implants cardiaques.La compréhension des mécanismes de la fibrose est primordiale pour ce travail. La fibrose est due à une activation et différentiation de certaines cellules cardiaques sous une contrainte mécanique, et le tissu cardiaque se retrouve modifié localement. Pour caractériser cette modification, on utilise la mesure d’impédance qui consiste à envoyer un courant électrique sinusoïdal I et recueillir la tension résultante U dans le tissu, l’impédance Z est le ratio U/I. en fonction de la fréquence de mesure, on peut explorer le tissu à une échelle microscopique ou macroscopique. Comme les patients sont déjà équipés de sondes cardiaques reliées à un circuit de stimulation qui peut aussi enregistrer l’activité cardiaque, l’idée principale de ce travail est d’examiner l’utilisation d’une mesure électrique qui pourrait caractériser l’encapsulation fibrotique de la sonde, avec pour objectif final d’embarquer cette méthode de caractérisation dans le circuit implanté. Cela nous amène à la problématique de ce projet : est-ce que la fibrose qui se développe autour des sondes cardiaques a une signature électrique ?Mon travail de thèse s’organise en trois axes. Deux axes expérimentaux sont conduits aux niveaux cellulaire et tissulaire. On envisage en plus un axe discutant la faisabilité de mesures d’impédance embarquées pour des conditions proches de l’in vivo. La partie tissulaire ou ex vivo présente la caractérisation de différentes natures de tissu, sain ou collagéneux, et a été développée à l’IHU LIRYC, sur des ventricules de cochons ou de brebis avec des sondes cardiaques implantées chez l’homme. Les spectres d’impédance obtenus sont analysés avec des modèles électriques connus et dont les paramètres sont extraits pour chaque type de tissus. Une analyse statistique montre que les deux natures de tissu sont caractérisées par des paramètres significativement différents. La partie cellulaire ou in vitro présente la caractérisation électrique, par mesure d’impédance, et biologique, par marquages immunocytochimiques, d’un modèle cellulaire de fibrose. Ce modèle est développé en cultivant des cellules cardiaques humaines, activées ou non par un facteur de croissance. Après une analyse statistique, les valeurs d’impédance des cultures activées montrent une différence significative par rapport aux cultures non activées, tandis que la caractérisation biologique montre une augmentation du nombre des cellules activées au cours du temps. Le dernier axe présente des résultats préliminaires sur de mesure d’impédance embarquée en vue d’une utilisation ultérieure in vivo.