Rupamanjari MAJUMDER

Je combine des techniques numériques, théoriques et expérimentales de pointe, et en particulier l'optogénétique cardiaque computationnelle, pour répondre à des questions interdisciplinaires sur les mécanismes qui sous-tendent l'apparition, la progression et le contrôle des arythmies cardiaques mortelles. Mon expertise particulière porte sur le développement de modèles mathématiques prédictifs, multi-échelles et multi-composants, basés sur des données expérimentales et utilisés pour étudier des arythmies cardiaques complexes, telles que la fibrillation et la tachycardie, dans diverses pathologies. En utilisant des méthodes interdisciplinaires, j'explore de nouvelles façons de contrôler les schémas électriques arythmiques dans les tissus cardiaques excitables. Ces études constituent la base du développement de nouvelles thérapies.

Les arythmies cardiaques jouent un rôle important dans la mort subite d'origine cardiaque, responsable de 15 à 20 % de la morbidité annuelle dans le monde. Malheureusement, l'état de l'art dans le traitement de ces arythmies reste sous-optimal. Le développement de nouvelles thérapies efficaces est sévèrement entravé par l'absence d'une compréhension globale de la maladie, qui découle de sa nature complexe et multi-facettes, impliquant des anomalies génétiques, des anomalies dans la fonction, l'expression et/ou la distribution subcellulaire des canaux ioniques, une manipulation atypique du calcium, une altération du trafic ionique et l'apparition d'hétérogénéités structurelles telles que la fibrose, les infiltrats adipeux, etc. Ces facteurs, indépendamment ou en groupe, se manifestent au niveau de l'organe par une activité électrique irrégulière évoluant de manière dynamique. Ainsi, l'identification précise des mécanismes sous-jacents à une arythmie peut s'avérer extrêmement difficile. 

Mon travail adopte une approche ascendante de la recherche sur l'arythmie cardiaque. Au niveau subcellulaire, je développe des empreintes digitales pour des canaux ioniques personnalisés. Ensemble, ces canaux ioniques forment le modèle cellulaire que je conçois sur la base des données électrophysiologiques obtenues expérimentalement.
           
(Gauche) Conception de canaux ioniques (l'exemple illustré est le BioICD : Majumder et al. eLife 2020). (À droite) Modèles mathématiques de cardiomyocytes auriculaires de rat néonatal (Majumder et al. PLoS Comp Biol, 2016) et de porc adulte (Peris et al. Front Physiol, 2022).


Une fois le modèle cellulaire développé, je l'étend à des dimensions supérieures pour simuler la dynamique spatio-temporelle des ondes électriques dans le tissu cardiaque. Mes travaux portent en particulier sur (i) l'émergence d'ondes en spirale (apparition d'arythmies), (ii) leur interaction avec des inhomogénéités (arythmies en présence de tissu cicatriciel), (iii) les transitions entre différents états d'ondes en spirale (arythmies changeant de morphologie), (iv) l'apparition de turbulences électriques (apparition de fibrillation) et (v) les méthodes à faible énergie pour contrôler ces ondes dans différents substrats de la maladie (défibrillation cardiaque). Pour comprendre les mécanismes sous-jacents aux arythmies cardiaques mortelles en monocouche, j'utilise l'optogénétique cardiaque, une technique de pointe qui dote les cellules cardiaques ordinaires, photoinsensibles, d'une photosensibilité à la lumière de longueurs d'onde spécifiques. J'utilise cette technique pour comprendre, manipuler et contrôler la dynamique complexe des ondes en spirale (arythmies).
     
(Gauche) Manipulation des ondes spirales dans une culture cellulaire cardiaque in silico à l'aide de l'optogénétique (Majumder et al. eLife, 2018) (Droite) Démêler les mécanismes d'initiation de la rupture d'onde (initiation d'arythmies complexes) dans un modèle in silico de tissu auriculaire humain (Majumder et al. PLoS Comp Biol, 2021).

Enfin, j'étudie la manifestation d'un état pathologique au niveau de l'organe. Je travaille actuellement au développement d'une plateforme numérique intégrée à plusieurs échelles - le Heart-by-Numbers - pour le cœur humain, qui peut être utilisée par les cliniciens pour prédire la trajectoire d'une arythmie, de son apparition à sa progression, sur la base d'enregistrements ECG. La plateforme est également destinée à tester de nouvelles approches thérapeutiques, telles que la photopharmacologie.