Robust semi-automated path extraction for visualising stenosis of the coronary arteries

Computed tomography angiography (CTA) is useful for diagnosing and planning treatment of heart disease. However, contrast agent in surrounding structures (such as the aorta and left ventricle) makes 3-D visualisation of the coronary arteries difficult. This paper presents a composite method employing segmentation and volume rendering to overcome this issue. A key contribution is a novel Fast Marching minimal path cost function for vessel centreline extraction. The resultant centreline is used to compute a measure of vessel lumen, which indicates the degree of stenosis (narrowing of a vessel). Two volume visualisation techniques are presented which utilise the segmented arteries and lumen measure. The system is evaluated and demonstrated using synthetic and clinically obtained datasets

Type 1 diabetes risk genes mediate pancreatic beta cell survival in response to proinflammatory cytokines

Publisher Copyright: © 2022We combined functional genomics and human genetics to investigate processes that affect type 1 diabetes (T1D) risk by mediating beta cell survival in response to proinflammatory cytokines. We mapped 38,931 cytokine-responsive candidate cis-regulatory elements (cCREs) in beta cells using ATAC-seq and snATAC-seq and linked them to target genes using co-accessibility and HiChIP. Using a genome-wide CRISPR screen in EndoC-βH1 cells, we identified 867 genes affecting cytokine-induced survival, and genes promoting survival and up-regulated in cytokines were enriched at T1D risk loci. Using SNP-SELEX, we identified 2,229 variants in cytokine-responsive cCREs altering transcription factor (TF) binding, and variants altering binding of TFs regulating stress, inflammation, and apoptosis were enriched for T1D risk. At the 16p13 locus, a fine-mapped T1D variant altering TF binding in a cytokine-induced cCRE interacted with SOCS1, which promoted survival in cytokine exposure. Our findings reveal processes and genes acting in beta cells during inflammation that modulate T1D risk.Peer reviewe

A chemical survey of exoplanets with ARIEL

Thousands of exoplanets have now been discovered with a huge range of masses, sizes and orbits: from rocky Earth-like planets to large gas giants grazing the surface of their host star. However, the essential nature of these exoplanets remains largely mysterious: there is no known, discernible pattern linking the presence, size, or orbital parameters of a planet to the nature of its parent star. We have little idea whether the chemistry of a planet is linked to its formation environment, or whether the type of host star drives the physics and chemistry of the planet’s birth, and evolution. ARIEL was conceived to observe a large number (~1000) of transiting planets for statistical understanding, including gas giants, Neptunes, super-Earths and Earth-size planets around a range of host star types using transit spectroscopy in the 1.25–7.8 μm spectral range and multiple narrow-band photometry in the optical. ARIEL will focus on warm and hot planets to take advantage of their well-mixed atmospheres which should show minimal condensation and sequestration of high-Z materials compared to their colder Solar System siblings. Said warm and hot atmospheres are expected to be more representative of the planetary bulk composition. Observations of these warm/hot exoplanets, and in particular of their elemental composition (especially C, O, N, S, Si), will allow the understanding of the early stages of planetary and atmospheric formation during the nebular phase and the following few million years. ARIEL will thus provide a representative picture of the chemical nature of the exoplanets and relate this directly to the type and chemical environment of the host star. ARIEL is designed as a dedicated survey mission for combined-light spectroscopy, capable of observing a large and well-defined planet sample within its 4-year mission lifetime. Transit, eclipse and phase-curve spectroscopy methods, whereby the signal from the star and planet are differentiated using knowledge of the planetary ephemerides, allow us to measure atmospheric signals from the planet at levels of 10–100 part per million (ppm) relative to the star and, given the bright nature of targets, also allows more sophisticated techniques, such as eclipse mapping, to give a deeper insight into the nature of the atmosphere. These types of observations require a stable payload and satellite platform with broad, instantaneous wavelength coverage to detect many molecular species, probe the thermal structure, identify clouds and monitor the stellar activity. The wavelength range proposed covers all the expected major atmospheric gases from e.g. H2O, CO2, CH4 NH3, HCN, H2S through to the more exotic metallic compounds, such as TiO, VO, and condensed species. Simulations of ARIEL performance in conducting exoplanet surveys have been performed – using conservative estimates of mission performance and a full model of all significant noise sources in the measurement – using a list of potential ARIEL targets that incorporates the latest available exoplanet statistics. The conclusion at the end of the Phase A study, is that ARIEL – in line with the stated mission objectives – will be able to observe about 1000 exoplanets depending on the details of the adopted survey strategy, thus confirming the feasibility of the main science objectives.Peer reviewedFinal Published versio

Prasugrel versus Clopidogrel for Acute Coronary Syndromes without Revascularization

peer reviewedBACKGROUND: The effect of intensified platelet inhibition for patients with unstable angina or myocardial infarction without ST-segment elevation who do not undergo revascularization has not been delineated. METHODS: In this double-blind, randomized trial, in a primary analysis involving 7243 patients under the age of 75 years receiving aspirin, we evaluated up to 30 months of treatment with prasugrel (10 mg daily) versus clopidogrel (75 mg daily). In a secondary analysis involving 2083 patients 75 years of age or older, we evaluated 5 mg of prasugrel versus 75 mg of clopidogrel. RESULTS: At a median follow-up of 17 months, the primary end point of death from cardiovascular causes, myocardial infarction, or stroke among patients under the age of 75 years occurred in 13.9% of the prasugrel group and 16.0% of the clopidogrel group (hazard ratio in the prasugre

Lipoprotein‐Associated Phospholipase A2 Activity Is a Marker of Risk But Not a Useful Target for Treatment in Patients With Stable Coronary Heart Disease

Background: We evaluated lipoprotein‐associated phospholipase A2 (Lp‐PLA2) activity in patients with stable coronary heart disease before and during treatment with darapladib, a selective Lp‐PLA2 inhibitor, in relation to outcomes and the effects of darapladib in the STABILITY trial. Methods and Results: Plasma Lp‐PLA2 activity was determined at baseline (n=14 500); at 1 month (n=13 709); serially (n=100) at 3, 6, and 18 months; and at the end of treatment. Adjusted Cox regression models evaluated associations between Lp‐PLA2 activity levels and outcomes. At baseline, the median Lp‐PLA2 level was 172.4 μmol/min per liter (interquartile range 143.1–204.2 μmol/min per liter). Comparing the highest and lowest Lp‐PLA2 quartile groups, the hazard ratios were 1.50 (95% CI 1.23–1.82) for the primary composite end point (cardiovascular death, myocardial infarction, or stroke), 1.95 (95% CI 1.29–2.93) for hospitalization for heart failure, 1.42 (1.07–1.89) for cardiovascular death, and 1.37 (1.03–1.81) for myocardial infarction after adjustment for baseline characteristics, standard laboratory variables, and other prognostic biomarkers. Treatment with darapladib led to a ≈65% persistent reduction in median Lp‐PLA2 activity. There were no associations between on‐treatment Lp‐PLA2 activity or changes of Lp‐PLA2 activity and outcomes, and there were no significant interactions between baseline and on‐treatment Lp‐PLA2 activity or changes in Lp‐PLA2 activity levels and the effects of darapladib on outcomes. Conclusions: Although high Lp‐PLA2 activity was associated with increased risk of cardiovascular events, pharmacological lowering of Lp‐PLA2 activity by ≈65% did not significantly reduce cardiovascular events in patients with stable coronary heart disease, regardless of the baseline level or the magnitude of change of Lp‐PLA2 activity

Dalla progettazione all’utilizzo di un sistema informativo geologico al servizio del rilevamento geologico: la banca dati della Regione Lombardia e la cartografia geologica derivata

In questa Tesi è descritto il processo di creazione di un Sistema Informativo Geologico e degli strumenti informatici per la gestione dell’informazione su base geografica, o più semplicemente GIS (Geographic Information System), al servizio delle attività di rilevamento geologico, finalizzato alla raccolta dei dati ed alla loro rappresentazione cartografica nell'ambito di un Sistema Informativo Territoriale (SIT). Un SIT è definibile come l'insieme di uomini, strumenti e procedure che, nell’ambito di una organizzazione, permettono l’acquisizione e la distribuzione dei dati relativi alla conoscenza dei fenomeni e degli attori presenti su territorio; tutto questo è facilitato in gran parte dalle capacità e funzionalità dei GIS. Il Sistema Informativo Territoriale orientato alla Geologia (SIG – Sistema Informativo Geologico) della Regione Lombardia è costituito da un gruppo di lavoro composto da geologi, informatici e geologi-informatici dell’Ente regionale e della società Lombardia Servizi (Gruppo Lombardia Informatica). Ho fatto parte del team di consulenza tecnico-scientifica incaricato da Lombardia Servizi per la realizzazione del SIG regionale. I compiti del gruppo di lavoro sono: - definizione di ruoli e metodi per la costituzione del SIG; - definizione delle logiche per la creazione di strumenti finalizzati all’archiviazione del dato geologico in una banca dati geologica e loro manutenzione; Il progetto è inserito nel più ampio processo di aggiornamento della Cartografia Geologica nazionale (progetto CARG). Il SIG ha come principali obiettivi: - la pianificazione ed esecuzione del rilevamento geologico di dettaglio (scala 1:10.000) del territorio lombardo; - la costruzione di un database della geologia di superficie (ma anche del sottosuolo per le aree di pianura) interrogabile e aggiornabile ; - il supporto ai processi di analisi finalizzati alla descrizione della geologia superficiale e ricostruzione degli eventi che hanno creato il paesaggio attuale; - la rappresentazione cartografica dell’ambiente geologico a partire dal database creato. - la distribuzione dell’informazione geologica archiviata in vari formati (cartaceo e digitale); Sono qui descritte ed analizzate criticamente la filosofia di costruzione delle procedure e le soluzioni tecniche e metodologiche adottate per realizzare gli obiettivi prefissi. L’APAT (Agenzia per la Protezione dell'Ambiente e per i servizi Tecnici nazionali) ha ereditato dal Servizio Geologico il compito di rilevare, aggiornare e pubblicare la Carta Geologica d'Italia (progetto nazionale CARG) quale organo cartografico dello Stato in base alla legge 68/60. Nel 1976 era stato completato il rilevamento della Carta geologica d'Italia alla scala 1:100.000 costituita da 278 fogli a copertura del territorio nazionale; per il suo aggiornamento sono stati definiti strumenti normativi idonei a garantire l'omogeneità dei contenuti e della rappresentazione cartografica; la definizione delle norme discende dall'applicazione di linee guida, frutto dell'attività di Commissioni e Gruppi di lavoro, pubblicate nei Quaderni della serie III (ed. APAT). L’Ente Regione Lombardia, per rispondere all’impegno istituzionale di aggiornamento della Carta Geologica, all’interno del più ampio e strutturato Sistema Informativo Territoriale regionale, ha dunque creato il Sistema Informativo Geologico (SIG) regionale. Il rapido evolversi delle ricerche nel campo delle Scienze della Terra e l'importanza che riveste la cartografia geologica nella gestione del territorio, hanno spinto la Regione Lombardia a progettare un rilevamento geologico di dettaglio per dotarsi di una banca dati geologica dalla quale derivare la propria cartografia geologica (alla scala 1:10.000). Sono stati quindi definiti standard specifici rispondenti a questa esigenza di maggior dettaglio (rispetto a quanto indicato dal progetto nazionale CARG) ed è stato pianificato e in gran parte realizzato un rilevamento ex-novo finalizzato alla pubblicazione del dato alla scala del rilevamento e per la sua generalizzazione alle scale 1:25.000 e 50.000. Alla fine del processo saranno stati realizzati 14 fogli del territorio lombardo relativamente alle aree alpine e di passaggio alla pianura (Bergamo, Bormio, Breno, Clusone, Lecco, Iseo, Malonno, Ponte di Legno, Sondrio, Vimercate, Milano, Bagolino, Seregno, Voghera). In tale progetto sono anche coinvolti le Università di Milano, di Pavia e di Bolona, il Politecnico di Milano e il CNR - Centro di Studio per la Geodinamica Alpina e Quaternaria di Milano. L’attività di rilevamento geologico è di competenza dei funzionari regionali della Struttura Sistema Informativo Territoriale della Direzione Generale Territorio e Urbanistica che, coadiuvati da geologi rilevatori, realizzano tutte le fasi del lavoro, dalla raccolta del dato fino alla sua pubblicazione. L’ambiente informatico GIS sviluppato, denominato CARGeo (Cartografia Geologica), permette di inserire i dati raccolti da geologi rilevatori in un database appositamente predisposto, mediante interfacce grafiche semplificate e procedure standard di archiviazione e controllo di correttezza formale. La banca dati è costruita in modo da facilitare l’archiviazione della maggior parte dei dati che normalmente il geologo registra nella carta e nei taccuini di terreno e, allo stesso tempo, guidarlo nella raccolta organica dell’informazione geologica. Nella strutturazione del database è stata privilegiata la possibilità di inserire attributi direttamente associabili agli elementi geometrici anziché attraverso schede associate a punti di osservazione. Il geologo rilevatore interviene per correggere errori di digitalizzazione o di attribuzione con un processo ciclico, fino ad ottenere una banca dati corretta secondo gli standard predefiniti. Gli strumenti di creazione della banca dati permettono anche di: - disegnare gli schemi accessori (sezioni geologiche, schemi stratigrafici e strutturali etc.); - eseguire lo “sfoltimento” e posizionamento delle annotazioni sulla mappa (sigle di unità litologiche e parametri di inclinazione delle giaciture) secondo criteri di leggibilità della carta - creare le legende; - creare banche dati a scala inferiore (1:25.000 e 50.000); - stampare e pubblicare carte geologiche complete di schemi e legende. Il sistema contiene gli strumenti necessari alla migrazione della banca dati dalla struttura proprietaria CARG-Regione Lombardia a quella CARG-APAT secondo la struttura definita nei Quaderni della serie III Il Sistema nel corso del biennio 2006-2007 ha raggiunto la fase di consegna dei dati (derivazione e generalizzazione della banca dati CARG-APAT 1.50.000 da quella 1:10.000 CARG-Regione Lombardia) dei primi fogli completati (ISEO, MALONNO, LECCO e SONDRIO) con ritardo rispetto alla programmazione. Sono state analizzate le cause che hanno portato a questo rallentamento del flusso di lavoro, quindi apportate le necessarie modifiche al Sistema. Sono qui descritti i problemi e le soluzioni trovate per migliorare l'efficienza del sistema. Attualmente il Sistema Informativo Geologico è in una fase di ristrutturazione, che vede la migrazione verso un’architettura informatica basata sulla piattaforma ARCGis® 9.x. Attraverso il Sistema Informativo Geologico viene tentata una sintesi fra le logiche metodologiche dei due ambiti tecnico-scientifici coinvolti (Geologia e Informatica), in un ambiente dove ricercatori e tecnici lavorano sperimentando l’interazione tra le conoscenze e le metodologie conoscitive tipiche delle Scienze Geologiche e le tecnologie e processi logici delle Scienze Informatiche. Con questa Tesi è documentato tutto il percorso di costruzione della banca dati geologica attraverso e all’interno del sistema realizzato assieme gruppo di lavoro composto da geologi e tecnici informatici, cui ho partecipato, riassumendo gli oltre 9 anni di lavoro dall’ideazione del progetto CARGeo, anche in funzione del suo miglioramento

Statistical strategies and resources for deciphering mechanisms of diabetes risk loci

The two most common forms of diabetes are type 1 diabetes (T1D) which is an autoimmune disorder and type 2 diabetes (T2D) which is a metabolic disorder. Large-scale genome-wide association studies (GWAS) have identified hundreds of loci associated with disease risk, but determining the molecular mechanisms of these loci is not trivial. One major challenge in interpreting GWAS loci is that there is extensive linkage disequilibrium in the human genome where many variants will show association through linkage with the causal variant but not be causal themselves. A second challenge is that most GWAS loci map to non-coding regions of the genome and have no immediately obvious function or affected gene. Together these challenges motivate research to fine-map causal variants at diabetes risk loci and leverage epigenomic and functional genomic data to determine the mechanisms of fine-mapped variants.In my work I developed strategies and created resources for fine-mapping diabetes risk signals identified in GWAS and determining their molecular mechanisms. In the first chapter, we identify genetic risk shared by T1D and T2D. We then fine-map causal variants at specific shared loci and perform molecular characterization of candidate causal variants at the shared risk loci GLIS3 and CTRB1/2 in pancreatic islets. In the second chapter, we use ATAC-seq and RNA-seq on dexamethasone-treated and untreated pancreatic islets to generate a map of glucocorticoid- responsive islet chromatin sites and gene expression, as well as genetic variants that interact with glucocorticoid signaling to affect islet regulation. We identify enrichment of T2D-associated variants in glucocorticoid-responsive islet chromatin and characterize a fine-mapped T2D risk variant with glucocorticoid-dependent effects on islet accessible chromatin and SIX2/3 expression. Finally, in the third chapter we develop a novel framework for allelic imbalance mapping using ChIP-seq and ATAC-seq data. We quantify the allelic effects of variants on epigenomic sequencing data in islets and liver cells and demonstrate that these effects can help predict likely causal variants for expression QTLs and T2D risk loci. At the HMG20A locus, we identify a fine-mapped T2D risk variant with allelic imbalance in pancreatic islet accessible chromatin and validate allelic effects on pancreatic islets