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Deep Analysis of Mitochondria and Cell Health Using Machine Learning
Authors: Zahedi Atena , On Vincent , Phandthong Rattapol , Chaili Angela , Remark Guadalupe , Bhanu Bir , Talbot Prue 
Published: October 2018

AbstractThere is a critical need for better analytical methods to study mitochondria in normal and diseased states. Mitochondrial image analysis is typically done on still images using slow manual methods or automated methods of limited types of features. MitoMo integrated software overcomes these bottlenecks by automating rapid unbiased quantitative analysis of mitochondrial morphology, texture, motion, and morphogenesis and advances machine-learning classification to predict cell health by combining features. Our pixel-based approach for motion analysis evaluates the magnitude and direction of motion of: (1) molecules within mitochondria, (2) individual mitochondria, and (3) distinct morphological classes of mitochondria. MitoMo allows analysis of mitochondrial morphogenesis in time-lapse videos to study early progression of cellular stress. Biological applications are presented including: (1) establishing normal phenotypes of mitochondria in different cell types; (2) quantifying stress-induced mitochondrial hyperfusion in cells treated with an environmental toxicant, (3) tracking morphogenesis in mitochondria undergoing swelling, and (4) evaluating early changes in cell health when morphological abnormalities are not apparent. MitoMo unlocks new information on mitochondrial phenotypes and dynamics by enabling deep analysis of mitochondrial features in any cell type and can be applied to a broad spectrum of research problems in cell biology, drug testing, toxicology, and medicine.
Usefulness of peripapillary nerve fiber layer thickness assessed by optical coherence tomography as a biomarker for Alzheimer’s disease
Authors: Sánchez Domingo , Castilla-Marti Miguel , Rodríguez-Gómez Octavio , Valero Sergi , Piferrer Albert , Martínez Gabriel , Martínez Joan , Serra Judit , Moreno-Grau Sonia , Hernández-Olasagarre Begoña , De Rojas Itziar , Hernández Isabel , Abdelnour Carla , Rosende-Roca Maitée , Vargas Liliana , Mauleón Ana , Santos-Santos Miguel A. , Alegret Montserrat , Ortega Gemma , Espinosa Ana , Pérez-Cordón Alba , Sanabria Ángela , Ciudin Andrea , Simó Rafael , Hernández Cristina , Villoslada Pablo , Ruiz Agustín , Tàrraga Lluís , Boada Mercè 
Published: October 2018

AbstractThe use of optical coherence tomography (OCT) has been suggested as a potential biomarker for Alzheimer’s Disease based on previously reported thinning of the retinal nerve fiber layer (RNFL) in Alzheimer’s disease’s (AD) and Mild Cognitive Impairment (MCI). However, other studies have not shown such results. 930 individuals (414 cognitively healthy individuals, 192 probable amnestic MCI and 324 probable AD) attending a memory clinic were consecutively included and underwent spectral domain OCT (Maestro, Topcon) examinations to assess differences in peripapillary RNFL thickness, using a design of high ecological validity. Adjustment by age, education, sex and OCT image quality was performed. We found a non-significant decrease in mean RNFL thickness as follows: control group: 100,20 ± 14,60 µm, MCI group: 98,54 ± 14,43 µm and AD group: 96,61 ± 15,27 µm. The multivariate adjusted analysis revealed no significant differences in mean overall (p = 0.352), temporal (p = 0,119), nasal (p = 0,151), superior (p = 0,435) or inferior (p = 0,825) quadrants between AD, MCI and control groups. These results do not support the usefulness of peripapillary RNFL analysis as a marker of cognitive impairment or in discriminating between cognitive groups. The analysis of other OCT measurements in other retinal areas and layers as biomarkers for AD should be tested further.
Dysregulated gene expression predicts tumor aggressiveness in African-American prostate cancer patients
Authors: Ali Hamdy E. A. , Lung Pei-Yau , Sholl Andrew B. , Gad Shaimaa A. , Bustamante Juan J. , Ali Hamed I. , Rhim Johng S. , Deep Gagan , Zhang Jinfeng , Abd Elmageed Zakaria Y. 
Published: October 2018

AbstractMolecular mechanisms underlying the health disparity of prostate cancer (PCa) have not been fully determined. In this study, we applied bioinformatic approach to identify and validate dysregulated genes associated with tumor aggressiveness in African American (AA) compared to Caucasian American (CA) men with PCa. We retrieved and analyzed microarray data from 619 PCa patients, 412 AA and 207 CA, and we validated these genes in tumor tissues and cell lines by Real-Time PCR, Western blot, immunocytochemistry (ICC) and immunohistochemistry (IHC) analyses. We identified 362 differentially expressed genes in AA men and involved in regulating signaling pathways associated with tumor aggressiveness. In PCa tissues and cells,NKX3.1, APPL2, TPD52, LTC4S, ALDH1A3andAMD1transcripts were significantly upregulated (p < 0.05) compared to normal cells. IHC confirmed the overexpression of TPD52 (p = 0.0098) and LTC4S (p < 0.0005) in AA compared to CA men. ICC and Western blot analyses additionally corroborated this observation in PCa cells. These findings suggest that dysregulation of transcripts in PCa may drive the disparity of PCa outcomes and provide new insights into development of new therapeutic agents against aggressive tumors. More studies are warranted to investigate the clinical significance of these dysregulated genes in promoting the oncogenic pathways in AA men.
Molecular imaging of telomerase and the enzyme activity-triggered drug release by using a conformation-switchable nanoprobe in cancerous cells
Authors: Shi Hai , Gao Tao , Shi Liu , Chen Tianshu , Xiang Yang , Li Yuanyang , Li Genxi 
Published: October 2018

AbstractSo far, the development of a unique strategy for specific biomolecules activity monitoring and precise drugs release in cancerous cells is still challenging. Here, we designed a conformation-switchable smart nanoprobe to monitor telomerase activity and to enable activity-triggered drug release in cancerous cells. The straightforward nanoprobe contained a gold nanoparticle (AuNP) core and a dense layer of 5-carboxyfluorescein (FAM)-labeled hairpin DNA shell. The 3′ region of hairpin DNA sequence could function as the telomerase primer to be elongated in the presence of telomerase, resulting in the conformational switch of hairpin DNA. As a result, the FAM fluorescence was activated and the anticancer drug doxorubicin (Dox) molecules which intercalated into the stem region of the hairpin DNA sequence were released into cancerous cells simultaneously. The smart method could specifically distinguish cancerous cells from normal cells based on telomerase activity. It also showed a good performance for monitoring telomerase activity in the cytoplasm by molecular imaging and precise release of Dox triggered by telomerase activity in cancerous cells. These advantages may offer a great potential of this method for monitoring telomerase activity in cancer progression and estimating therapeutic effect.
Brain-machine interface cursor position only weakly affects monkey and human motor cortical activity in the absence of arm movements
Authors: Stavisky Sergey D. , Kao Jonathan C. , Nuyujukian Paul , Pandarinath Chethan , Blabe Christine , Ryu Stephen I. , Hochberg Leigh R. , Henderson Jaimie M. , Shenoy Krishna V. 
Published: October 2018

AbstractBrain-machine interfaces (BMIs) that decode movement intentions should ignore neural modulation sources distinct from the intended command. However, neurophysiology and control theory suggest that motor cortex reflects the motor effector’s position, which could be a nuisance variable. We investigated motor cortical correlates of BMI cursor position with or without concurrent arm movement. We show in two monkeys that subtracting away estimated neural correlates of position improves online BMI performance only if the animals were allowed to move their arm. To understand why, we compared the neural variance attributable to cursor position when the same task was performed using arm reaching, versus arms-restrained BMI use. Firing rates correlated with both BMI cursor and hand positions, but hand positional effects were greater. To examine whether BMI position influences decoding in people with paralysis, we analyzed data from two intracortical BMI clinical trial participants and performed an online decoder comparison in one participant. We found only small motor cortical correlates, which did not affect performance. These results suggest that arm movement and proprioception are the major contributors to position-related motor cortical correlates. Cursor position visual feedback is therefore unlikely to affect the performance of BMI-driven prosthetic systems being developed for people with paralysis.
On the expedient solution of the magneto-hydrodynamic Jeffery-Hamel flow of Casson fluid
Authors: Nourazar S. S. , Nazari-Golshan A. , Soleymanpour F. 
Published: October 2018

AbstractThe equation of magneto-hydrodynamic Jeffery-Hamel flow of non-Newtonian Casson fluid in a stretching/shrinking convergent/divergent channel is derived and solved using a new modified Adomian decomposition method (ADM). So far in all problems where semi-analytical methods are used the boundary conditions are not satisfied completely. In the present research, a hybrid of the Fourier transform and the Adomian decomposition method (FTADM), is presented in order to incorporate all boundary conditions into our solution of magneto-hydrodynamic Jeffery-Hamel flow of non-Newtonian Casson fluid in a stretching/shrinking convergent/divergent channel flow. The effects of various emerging parameters such as channel angle, stretching/shrinking parameter, Casson fluid parameter, Reynolds number and Hartmann number on velocity profile are considered. The results using the FTADM are compared with the results of ADM and numerical Range-Kutta fourth-order method. The comparison reveals that, for the same number of components of the recursive sequences over a wide range of spatial domain, the relative errors associated with the new method, FTADM, are much less than the ADM. The results of the new method show that the method is an accurate and expedient approximate analytic method in solving the third-order nonlinear equation of Jeffery-Hamel flow of non-Newtonian Casson fluid.
Van der Waals junction field effect transistors with both n- and p-channel transition metal dichalcogenides
Authors: Lim June Yeong , Kim Minju , Jeong Yeonsu , Ko Kyeong Rok , Yu Sanghyuck , Shin Hyung Gon , Moon Jae Young , Choi Young Jai , Yi Yeonjin , Kim Taekyeong , Im Seongil 
Published: October 2018

AbstractTwo-dimensional (2D) transition metal dichalcogenides (TMDs)-based van der Waals (vdW) PN junctions have been used for heterojunction diodes, which basically utilize out-of-plane current across the junction interface. In fact, the same vdW PN junction structure can be utilized for another important device application, junction field effect transistors (JFETs), where in-plane current is possible along with 2D–2D heterojunction interface. Moreover, the 2D TMD-based JFET can use both p- and n-channel for low voltage operation, which might be its unique feature. Here we report vdW JFETs as an in-plane current device with heterojunction between semiconducting p- and n-TMDs. Since this vdW JFET would have low-density traps at the vdW interface unlike 2D TMD-based metal insulator semiconductor field effect transistors (MISFETs), little hysteresis of 0.0–0.1 V and best subthreshold swing of ~100 mV/dec were achieved. Easy saturation was observed either from n-channel or p-channel JFET as another advantage over 2D MISFETs, exhibiting early pinch-off at ~1 V. Operational gate voltage for threshold was near 0 V and our highest mobility reaches to ~>500 cm2/V·s for n-channel JFET with MoS2 channel. For 1 V JFET operation, our best ON/OFF current ratio was observed to be ~104.
Orale Gesundheit in Mikrogravitation
Authors: Polzer Jennifer 
Published: October 2018

ZusammenfassungDie im Weltraum herrschenden Bedingungen stellen ein Risiko für die physische und psychische Integrität des menschlichen Körpers dar. Dass sowohl Kurzzeit- wie auch Langzeitaufenthalte in Schwerelosigkeit das Gleichgewicht des menschlichen Organismus gefährden und zu Störungen zum Beispiel des Herz-Kreislauf-, Muskel-, Knochen- und Immunsystems führen, ist gut dokumentiert. Im Gegensatz dazu wurden bisher nur wenige Studien publiziert, die sich mit der oralen Gesundheit unter Mikrogravitation und unter Raumflugbedingungen befassen. Die aeronautische Zahnmedizin als Teil der Weltraummedizin ist ein aufstrebendes Feld. Obwohl das Auftreten von zahnmedizinischen Ereignissen in der Raumfahrt bisher minimal war, wird bei Langzeitmissionen eine höhere Prävalenz für Karies, Parodontitis, Alveolarknochenverlust, Unterkieferfrakturen und Speichelsteine erwartet. Ursachen für dentale Probleme und deren Symptome sind vielfältig. Die zahnärztliche Behandlung unter Mikrogravitation ist eine Herausforderung und trotz Einschränkungen essenziell, um eine weitere Schädigung der menschlichen Gesundheit zu verhindern, einen möglichen Ausfall von Arbeitskräften zu begrenzen und schließlich den Missionserfolg sicherzustellen.
Bilateral Ulnar Styloid Impaction Syndrome Treated with Ulnar Styloidectomy
Authors: Scarano Kyle A. , Owusu-Sarpong Stephane , Mulligan Michael T. 
Published: October 2018

Background Ulnar styloid impaction syndrome (USIS) is produced by the tip of an oversized ulnar styloid inappropriately contacting the triquetrum. This condition results in chondromalacia, synovitis, and ulnar-sided wrist pain.
Case Description We report a rare case of bilateral USIS that presented with a prolonged course. The patient's symptoms resolved in both wrists following two separate ulnar styloidectomy procedures.
Literature Review Our case differs from previous reports in that it involves a patient whose own history of USIS led to a timelier diagnosis of the same disease in the contralateral wrist. To the best of our knowledge, there are no prior reports of bilateral USIS.
Clinical Relevance USIS remains an uncommon cause of ulnar-sided wrist pain and a particularly difficult diagnosis to confirm. Here, we illustrate that this syndrome can be confidently approached using a combination of careful attention to patient history, physical examination, and various imaging methods.
Neuronale Korrelate von sozialem Ausschluss bei psychischen Erkrankungen
Authors: Abler B. , Brown R. , Graf H. , Malejko K. 
Published: October 2018

ZusammenfassungAblehnung in zwischenmenschlichen Situationen oder sozialer Ausschluss wird umgangssprachlich häufig als schmerzhaft beschrieben. Wissenschaftliche Untersuchungen konnten zeigen, dass sozialer Ausschluss in der Tat gleichzeitig mit der Aktivierung von neuronalen Netzwerken einhergeht, die auch bei physischem Schmerz reagieren. Unter experimentellen Bedingungen wird sozialer Ausschluss dabei vorwiegend mit dem Cyberball-Paradigma operationalisiert, das in dem vorliegenden Artikel vorgestellt wird. Da einerseits sozialer Ausschluss als Risikofaktor für die Entwicklung psychischer Erkrankungen gilt und darüber hinaus Störungen der sozialen Interaktion ein diagnoseübergreifendes Symptom darstellen, ist die Untersuchung neurofunktioneller Korrelate sozialer Zurückweisung nicht nur von grundlagenwissenschaftlichem, sondern auch von klinischem Interesse. In diesem Artikel werden Befunde zu neuronalen Korrelaten sozialer Zurückweisung bei Patienten mit psychischen Erkrankungen vorgestellt, die zumeist mit funktionell-magnetresonanztomografischer Untersuchungen erhoben wurden. Wir fokussieren dabei auf Untersuchungen von Patienten mit emotional-instabiler Persönlichkeitsstörung vom Borderline-Typ, mit nicht suizidalem selbstverletzendem Verhalten sowie mit depressiver Störung.
Belohnung und das Opioidsystem
Authors: Malejko K. , Graf H. , Rau V. 
Published: October 2018

ZusammenfassungDie Aussicht auf Belohnung ist eine fundamentale Motivation menschlichen Verhaltens und beeinflusst eine Vielzahl neurokognitiver Funktionen wie zielgerichtetes Verhalten und Lernen. Motivationales Verhalten wird im mesolimbischem Belohnungssystem maßgeblich durch den Neurotransmitter Dopamin moduliert. Eine Vielzahl tierexperimenteller und humaner Untersuchungen belegen jedoch eine Interaktion zwischen dem dopaminergen Belohnungssystem und Opioidsystem. Hinsichtlich der opioidergen Modulation des dopaminergen Belohnungssystems sind neben μ-Opioidrezeptoren und dopaminergen Neurone, auch GABAerge und glutamaterge Mechanismen relevant. In diesem Artikel sollen grundlegende Mechanismen der Interaktion zwischen dem Opioid- und dopaminergen Belohnungssystem vorgestellt werden. Das Verständnis dieser Interaktionen ist nicht nur in grundlagenwissenschaftlicher, sondern auch in klinischer Hinsicht relevant und soll am Beispiel des Opioidrezeptorantagonisten Naltrexon als medikamentöse Rückfallprophylaxe beim Alkoholabhängigkeitssyndrom und anhand der Verhaltenseffekte auf die Verarbeitung primärer Verstärker wie Nahrung dargestellt werden.
Blutungsrisiko unter Antidepressiva mit Hemmung der Serotoninwiederaufnahme
Authors: Connemann B. J. , Schönfeldt-Lecuona C. , Gahr M. , Zeiss R. 
Published: October 2018

Zusammenfassung
Gegenstand und Ziel: Blutungsereignisse unter Therapie mit Antidepressiva, die die Serotoninwiederaufnahme hemmen (SRI), sind in den Fokus der klinischen und wissenschaftlichen Aufmerksamkeit gerückt. In der vorliegenden Übersichtsarbeit wird ein Überblick über den Kenntnisstand zu SRI-assoziierten Blutungen, insbesondere in Hinblick auf möglichen Pathomechanismen und verschiedene Blutungslokalisationen gegeben. Material und Methoden: Es wurde eine narrative Übersichtsarbeit erstellt. Die Literaturrecherche wurde in der bibliografischen Datenbank MEDLINE durchgeführt. Ergebnisse: Zahlreiche Studien deuten darauf hin, dass SRI, insbesondere SSRI, das Risiko für obere gastrointestinale Blutungen erhöhen können; eine Komedikation mit NSAID oder Thrombozytenaggregationshemmern erhöht dieses Risiko deutlich. Die Datenlage zu anderen Blutungslokalisationen ist für sichere Bewertungen gegenwärtig unzureichend. Es gibt Hinweise auf einen positiven Zusammenhang zwischen der Affinität eines SRI zum Serotonintransporter (5-HTT) und dem assoziierten Blutungsrisiko. Schlussfolgerungen und klinische Relevanz: Ein erhöhtes Risiko für Blutungen (insbesondere obere gastrointestinale Blutungen) durch SRI sowie eine Erhöhung dieses Risikos durch NSAID und/oder Thrombozytenaggregationshemmer sollte bei der Verordnung von SRI, insbesondere von SRI mit hoher Affinität zum 5-HTT (z. B. SSRI), beachtet werden.
Besonderheiten des Hüftgelenkersatzes beim Rheumatiker
Authors: Ueckermann U. , Gaulke R. 
Published: October 2018

ZusammenfassungDurch die Zertifizierung der sogenannten Endoprothesen-Zentren mit Hauptoperateuren, die ausschließlich Hüft-, bzw. Knieendoprothesen implantieren, wird die Operationstechnik unter besonderer Berücksichtigung biomechanischer Erfordernisse stark in den Vordergrund gestellt. Die Erkrankung, welche zum Hüftgelenkverschleiß geführt hat, tritt dem gegenüber deutlich in den Hintergrund. Insbesondere beim Rheumatiker sind hier neben der entzündlichen Erkrankung, welche durch den Reiz der Operation aktiviert werden kann, sowie das supprimierte Immunsystem zu berücksichtigen. Spezielle immunsupprimierende Medikamente müssen um die Operation herum pausiert oder gar ausgewaschen werden, um das Infektionsrisiko zu vermindern. Andererseits muss postoperativ ein sogenannter serositischer Rheumaschub umgehend erkannt und behandelt werden, um den drohenden Tod des Patienten abzuwehren.
Komplikationen in der Ellenbogenendoprothetik des Rheumatikers
Authors: Scholz R. 
Published: October 2018

ZusammenfassungKomplikationsmöglichkeiten sind jedweder Therapiemaßnahme immanent, insbesondere den operativen Behandlungsverfahren. Den allgemeinen Komplikationen, wie sie beispielsweise eine gestörte Hämostase oder Infektionen der Atemwege, des harnableitenden Systems oder andere Allgemeininfekte darstellen, stehen lokale Komplikationsmöglichkeiten am operativ behandelten rheumatischen Ellenbogengelenk gegenüber. Als wesentliche lokale Komplikationen sind am Ellenbogengelenk besonders Wundheilungsstörungen und Infektionen gefürchtet. Der immunsupprimierende Einfluss der Grund erkrankung einerseits sowie der medikamentösen Therapie andererseits kompliziert diese Problematik nicht selten. Darüber hinaus sind neurologische Komplikationen durch direkte oder häufiger durch indirekte Nervenschädigungen im Rahmen der Ellenbogenchirurgie öfter als an vielen anderen Regionen anzutreffen. Schließlich gilt das Ellenbogengelenk als ausgesprochen sensibel hinsichtlich postoperativer Bewegungseinschränkungen und im Extremfall der Ausbildung von Kontrakturen. Mechanische Komplikationen treten zum Beispiel im Rahmen endoprothetischer Versorgungen auf. So sind Luxationen, Endoprothesenlockerungen und auch periprothetische Frakturen möglich. Gerade letztere spielen im Falle von Endoprothesenwechseloperationen eine nicht zu unterschätzende Rolle. In den vergangenen Jahren sind erste Ansätze technischer Neuerungen für die Entwicklung modularer Systeme entstanden. Dennoch muss häufiger als an anderen Gelenken nach Versagen der Endoprothese auf individuell angefertigte Sonderimplantate zurückgegriffen werden. Arthrodesen oder Resektions-Interpositions-Arthroplastiken sind als Salvage-Procedure nur selten sinnvoll möglich und oft mit erheblichen funktionellen Einschränkungen verbunden. Sie stellen somit keine wirklichen Alternativen zur Revisionsalloarthroplastik dar. Nur im Zusammenspiel einer subtilen Indikationsstellung, der korrekten Operationsplanung und einer präzisen Operationstechnik sowie adäquaten Nachsorge lässt sich die vergleichsweise höhere Komplikationsrate der Eingriffe am rheumatischen Ellenbogengelenk minimieren.
TPMCalculator: one-step software to quantify mRNA abundance of genomic features
Authors: Vera Alvarez Roberto , Pongor Lorinc Sandor , Mariño-Ramírez Leonardo , Landsman David 
Published: October 2018

Abstract

Summary
The quantification of RNA sequencing (RNA-seq) abundance using a normalization method that calculates transcripts per million (TPM) is a key step to compare multiple samples from different experiments. TPMCalculator is a one-step software to process RNA-seq alignments in BAM format and reports TPM values, raw read counts and feature lengths for genes, transcripts, exons and introns. The program describes the genomic features through a model generated from the gene transfer format file used during alignments reporting of the TPM values and the raw read counts for each feature. In this paper, we show the correlation for 1256 samples from the TCGA-BRCA project between TPM and FPKM reported by TPMCalculator and RSeQC. We also show the correlation for raw read counts reported by TPMCalculator, HTSeq and featureCounts.

Availability and implementation
TPMCalculator is freely available at https://github.com/ncbi/TPMCalculator. It is implemented in C++14 and supported on Mac OS X, Linux and MS Windows.

Supplementary information
Supplementary data are available at Bioinformatics online.