L’objectif général de l’Equipe 3 « Electrophysiologie cardiaque » est de mieux appréhender les dysfonctions électriques du cœur, qui sont à l'origine de nombreuses maladies cardiovasculaires et de morts subites et par conséquent responsables de façon directe ou indirecte de près du tiers des décès dans le monde.
Cette équipe s’intègre entièrement dans L’Institut de RYthmologie et modélisation Cardiaque LIRYC, un des six instituts hospitalo-universitaires créés sur le territoire national en 2011 dans le cadre du programme des « Investissements d'avenir » avec l'objectif de dynamiser la recherche médicale et l'innovation. Cet Institut offre une plateforme qui combine des équipements et un savoir-faire faire en cardiologie interventionnelle, imagerie, modélisation et traitement du signal.
Les objectifs spécifiques de l’équipe « Electrophysiologie cardiaque » sont :

• Conduire des investigations médicales, expérimentales et biophysiques– de la cellule au patient - pour élucider les mécanismes des fibrillations cardiaques, comprendre les désynchronisations ventriculaires et développer les thérapeutiques adaptées
• Créer une synergie entre chercheurs multidisciplinaires  pour développer des méthodes de cartographie 3D et panoramique à très haute résolution (ordre de la milliseconde et du micromètre), et d’imagerie pour mesurer, comprendre et concevoir les processus impliqués.
• Développer une plateforme de recherche et de développement en électrophysiologie cardiaque qui permettra le transfert vers la communauté scientifique et le monde industriel d’outils biotechnologiques ou pharmacologiques.

L’équipe « Electrophysiologie cardiaque »  traite des causes d’arythmie les plus fréquentes (fibrillation auriculaire) qui sont également des facteurs de risques majeurs des embolies, les désordres les plus fatals (fibrillation ventriculaire) du rythme cardiaque et de la désynchronisation ventriculaire conduisant à l’insuffisance cardiaque. Une attention particulière est également portée au rôle de la bioénergétique et du métabolisme dans les pathologies cardiaques.

La fibrillation auriculaire, dont souffre plus de 6 millions de sujets, est la principale cause des accidents emboliques cérébraux. Il s'agit d'un facteur d'insuffisance cardiaque et de démence. La fibrillation auriculaire est principalement déclenchée par des foyers ectopiques de la veine pulmonaire. Cette découverte historique (par les membres de cette équipe) a mené au développement d’un traitement curatif basé sur l’exclusion de ces sources veineuses par thérapie cryo ou thermoablative. Ce traitement fait maintenant partie des recommandations internationales dans la prise en charge de la FA (consensus d’experts des principales sociétés savantes HRS/EHRA/ECAS; 200 000 patients traités en 2010).

Cependant, le mécanisme cellulaire des foyers d'automatisme dans les veines pulmonaires et les cibles moléculaires potentielles sont encore inconnus. Chez les patients présentant une FA persistante, la maladie affecte largement le tissu atrial avec une variabilité de l’étendue et de la localisation du substrat arythmogène. Le succès thérapeutique par l’ablation est donc plus faible, due à la difficulté de localiser du substrat chez ces patients.​

Les objectifs de l’équipe dans le domaine de la fibrillation auriculaire sont de :

(1) développer de meilleurs outils d'ablation pour des procédures plus sûres, rapides et faciles;

(2) développer des traitements médicamenteux spécifiques ciblant les cellules veineuses​;

(3) développer des biomarqueurs ainsi que de nouvelles stratégies thérapeutiques.

Les fibrillations ou tachycardies ventriculaires sont responsables de 50 à 80% des 350 000 morts subites (les autres sont dus à un arrêt cardiaque) survenant chaque année en Europe et aux USA, dont 50 000 décès en France. Ceci équivaut au taux de mortalité cumulé des cancers du sein, du poumon et du colon, ainsi que du SIDA.
Actuellement, la majorité des individus ayant une mort subite ne peuvent être identifiés préventivement comme sujets à haut risque, situation inacceptable car ils pourraient être équipés d’un défibrillateur implantable ou traités par des médicaments anti-arythmiques.
De jeunes patients avec des prédispositions génétiques ou une dysfonction purement électrique peuvent développer ce type d'arythmie. Mais la majorité des arythmies ventriculaires apparaissent en association avec une maladie cardiaque structurelle (virtuellement toutes les maladies cardiaques), et les caractéristiques de l’anomalie structurelle ayant un risque fatal sont encore indéterminées. Près de 40% des morts subites apparaissent comme une complication d’un infarctus aigu du myocarde et sont potentiellement réductibles par de la prévention des facteurs de risque.
Malheureusement, des traitements curatifs ne peuvent être appliqués qu’à une minorité de ces patients car la cible optimale et la stratégie sont inconnues.

• Une approche consiste à identifier le substrat associé à l'onde tournoyante (rotor) unique qui pourrait être le moteur principal entretenant la fibrillation. La correction de cette anomalie par une molécule (bloqueur du courant Ito) réduisant l’hétérogénéité a permis la spectaculaire disparition des FV chez certains patients en ‘orage rythmique’.
• La seconde approche consiste à cibler les éléments déclencheurs (comme dans la FA), identifiés (par les membres du projet) au niveau du réseau de Purkinje qui ne représente qu’une fraction minime (2%) de la masse cardiaque. Leur thermoablation localisée a permis l’élimination de ces gravissimes arythmies. Ces observations désignent une cible physiopathologique distincte – le tissu de Purkinje possédant des propriétés ioniques, cellulaires et topologiques spécifiques- et une voie thérapeutique inédite et prometteuse.

Les objectifs de l’équipe dans le domaine de la fibrillation ventriculaire sont d’améliorer l’identification de sujets à risques et de développer de nouvelles thérapies ciblées.

L’insuffisance cardiaque affecte 9 millions de personnes en Europe, dont 1 million en France : ce qui constitue 10% de l’ensemble des admissions à l’hôpital. Cette affection est très sévère considérant le fait que les insuffisances cardiaques de stade 3 et 4, selon la classification NYHA, conduisent à 50% de décès dans les 5 années suivantes.
La plupart des programmes de recherche en insuffisance cardiaque se sont concentrés sur la protection contre les anomalies cardiaques induites par l’ischémie ou l’amélioration de la fonction par des médicaments, thérapie cellulaire ou génique, ou dispositif d’assistance. Cependant, les traitements actuels médicamenteux n’ont aucun effet sur un déterminant majeur du développement et de l’aggravation de l’insuffisance cardiaque: la désynchronisation électrique, présent chez plus de 50% des patients.
Un cœur désynchronisé est caractérisé par l’hétérogénéité régionale de l'activation déclenchant une contraction précoce ou tardive avec de fortes disparités électrophysiologiques qui sont associées à une altération délétère de la fonction cardiaque.
La resynchronisation cardiaque, thérapie électrique, a été récemment développée (par les membres de ce projet) dans le but de corriger spécifiquement les dysfonctions électriques ainsi que leurs conséquences mécaniques. Malgré une technologie encore sous-optimale (implantation de deux sondes de stimulation dans les cavités ventriculaires droite et gauche), cette technique est efficace en terme d'amélioration de la qualité de vie, de réduction des hospitalisations et des coûts de santé, ainsi que de la réduction de la mortalité cardiovasculaire. Cette thérapie a été validée et fait partie des recommandations actuelles dans la prise en charge de l'insuffisance cardiaque sévère associé à un complexe QRS large uniquement. Par conséquent, une grande partie des patients souffrant d’insuffisance cardiaque, avec ou sans un trouble de la conduction ne peuvent en bénéficier. Cette thérapie, appliquée à un stade précoce de la maladie peut prévenir son développement et son aggravation, et aurait un impact clinique et socio-économique majeur.
La thérapie par resynchronisation cardiaque s’est répandu rapidement (180 000 en 2010) au niveau clinique malgré une compréhension limitée de ses mécanismes d’action. De nouveaux progrès requièrent de la recherche fondamentale intensive pour comprendre les dysfonctions électriques responsables de l’insuffisance cardiaque, et inversement, comment la resynchronisation cardiaque peut améliorer la fonction myocardique et le pronostic. Une bonne collaboration entre scientifiques, cliniciens et industriels doit s’élaborer pour apporter des avancées technologiques en vue d’un traitement optimal et d’un meilleur suivi des patients atteints de cette maladie.

La contraction cardiaque est dépendante, suite à la stimulation électrique et la mise en route des mécanismes d'excitation-contraction, d'une réponse adéquate de l'énergétique cellulaire à la demande en ATP. Cces mécanismes sont fortement affectés lors de l'insuffisance cardiaque. L'étude de ces pathologies cardiaques a principalement mis en évidence la complexité des interactions responsables du métabolisme cardiaque. Les pathologies, tout comme les effets complexes de drogues, sont en effet essentiellement multifactorielles et dépendent fortement de l'organisation structurelle et métabolique des cellules, tissus et organes entiers.  
L'ensemble des travaux du groupe vise à une meilleure compréhension de la régulation de la balance énergétique dans la contraction cardiaque en développant de nouvelles méthodes d'analyse de la bioénergétique cardiaque in situ.  La description des mécanismes de contrôle et de régulation de la contraction est basée sur des approches RMN non-traumatiques (IRM & spectroscopie P31) associées à une approche analytique originale : l'analyse modulaire du contrôle (MoCA). Cette approche est particulièrement adaptée à l'étude de pathologies complexes ainsi qu'à l'étude fine des adaptations physiologiques au niveau cardiaque. Les premières applications ont ainsi montré l'utilité d'approches intégratives dans la description des effets de drogues affectant la fonction cardiaque et l'utilisation de techniques non-invasives les rendent applicables, in fine, à l’homme et sont susceptibles d’être utiles à la prise en charge des patients. Les perspectives incluent aussi l'analyse des conséquences des dysfonctions mitochondriales sur la synchronisation de la contraction ainsi que l'étude fine de la gestion mitochondriale du Ca2+ dans le coeur sain et pathologique. Un aspect primordial de ce projet concerne donc le rôle du métabolisme mitochondrial dans les mécanismes d'excitation-contraction et le rythme cardiaque.

La cartographie et le traitement des signaux permettent une meilleure appréciation de la fonction électrique, notamment la localisation des zones critiques concernant l’arythmie la plus prévalente et principal facteur de risque des accidents emboliques cérébraux (fibrillations auriculaires), et les troubles du rythme cardiaque les plus mortels (tachycardie/fibrillation ventriculaire) ainsi que les troubles de activation électrique de ventricule gauche menant à l'insuffisance cardiaque. Notre équipe utilise actuellement un nouvel ECG de surface, gilet de 252 électrodes, permettant une cartographie non-invasive en 3D de l’activité électrique. Cette technique cartographie les potentiels, les électrogrammes et les séquences d’activation à la surface épicardique du cœur, basé sur de nouveaux algorithmes mathématique et informatique. Notre équipe a établit en 2012 la première visualisation non invasive de « tornades électriques » responsables de la fibrillation ventriculaire. La localisation de ces « rotors » permettra de localiser les propriétés électriques locales en rythme normal et potentiellement d’identifier les patients vulnérables.