DIsulfide Mapping PLanner Software Tool

Disulfide bridges are side-chain-mediated covalent bonds between cysteines that stabilize many protein structures. Disulfide mapping experiments to resolve these linkages typically involve proteolytic cleavage of the protein of interest followed by mass spectroscopy to identify fragments corresponding to linked peptides. Here we report the sequence-based “DIMPL” web tool to facilitate the planning and analysis steps of experimental mapping studies. The software tests permutations of user-selected proteases to determine an optimal peptic digest that produces cleavage between cysteine residues, thus separating each to an individual peptide fragment. The webserver returns fragment sequence and mass data that can be dynamically ordered to enable straightforward comparative analysis with mass spectroscopy results, facilitating dipeptide identification

Novel Murine Infection Models Provide Deep Insights into the “Ménage à Trois” of Campylobacter jejuni, Microbiota and Host Innate Immunity

BACKGROUND: Although Campylobacter jejuni-infections have a high prevalence worldwide and represent a significant socioeconomic burden, it is still not well understood how C. jejuni causes intestinal inflammation. Detailed investigation of C. jejuni-mediated intestinal immunopathology is hampered by the lack of appropriate vertebrate models. In particular, mice display colonization resistance against this pathogen. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: To overcome these limitations we developed a novel C. jejuni-infection model using gnotobiotic mice in which the intestinal flora was eradicated by antibiotic treatment. These animals could then be permanently associated with a complete human (hfa) or murine (mfa) microbiota. After peroral infection C. jejuni colonized the gastrointestinal tract of gnotobiotic and hfa mice for six weeks, whereas mfa mice cleared the pathogen within two days. Strikingly, stable C. jejuni colonization was accompanied by a pro-inflammatory immune response indicated by increased numbers of T- and B-lymphocytes, regulatory T-cells, neutrophils and apoptotic cells, as well as increased concentrations of TNF-α, IL-6, and MCP-1 in the colon mucosa of hfa mice. Analysis of MyD88(-/-), TRIF(-/-), TLR4(-/-), and TLR9(-/-) mice revealed that TLR4- and TLR9-signaling was essential for immunopathology following C. jejuni-infection. Interestingly, C. jejuni-mutant strains deficient in formic acid metabolism and perception induced less intestinal immunopathology compared to the parental strain infection. In summary, the murine gut flora is essential for colonization resistance against C. jejuni and can be overcome by reconstitution of gnotobiotic mice with human flora. Detection of C. jejuni-LPS and -CpG-DNA by host TLR4 and TLR9, respectively, plays a key role in immunopathology. Finally, the host immune response is tightly coupled to bacterial formic acid metabolism and invasion fitness. CONCLUSION/SIGNIFICANCE: We conclude that gnotobiotic and "humanized" mice represent excellent novel C. jejuni-infection and -inflammation models and provide deep insights into the immunological and molecular interplays between C. jejuni, microbiota and innate immunity in human campylobacteriosis

Mortality from gastrointestinal congenital anomalies at 264 hospitals in 74 low-income, middle-income, and high-income countries: a multicentre, international, prospective cohort study

Background: Congenital anomalies are the fifth leading cause of mortality in children younger than 5 years globally. Many gastrointestinal congenital anomalies are fatal without timely access to neonatal surgical care, but few studies have been done on these conditions in low-income and middle-income countries (LMICs). We compared outcomes of the seven most common gastrointestinal congenital anomalies in low-income, middle-income, and high-income countries globally, and identified factors associated with mortality. // Methods: We did a multicentre, international prospective cohort study of patients younger than 16 years, presenting to hospital for the first time with oesophageal atresia, congenital diaphragmatic hernia, intestinal atresia, gastroschisis, exomphalos, anorectal malformation, and Hirschsprung's disease. Recruitment was of consecutive patients for a minimum of 1 month between October, 2018, and April, 2019. We collected data on patient demographics, clinical status, interventions, and outcomes using the REDCap platform. Patients were followed up for 30 days after primary intervention, or 30 days after admission if they did not receive an intervention. The primary outcome was all-cause, in-hospital mortality for all conditions combined and each condition individually, stratified by country income status. We did a complete case analysis. // Findings: We included 3849 patients with 3975 study conditions (560 with oesophageal atresia, 448 with congenital diaphragmatic hernia, 681 with intestinal atresia, 453 with gastroschisis, 325 with exomphalos, 991 with anorectal malformation, and 517 with Hirschsprung's disease) from 264 hospitals (89 in high-income countries, 166 in middle-income countries, and nine in low-income countries) in 74 countries. Of the 3849 patients, 2231 (58·0%) were male. Median gestational age at birth was 38 weeks (IQR 36–39) and median bodyweight at presentation was 2·8 kg (2·3–3·3). Mortality among all patients was 37 (39·8%) of 93 in low-income countries, 583 (20·4%) of 2860 in middle-income countries, and 50 (5·6%) of 896 in high-income countries (p<0·0001 between all country income groups). Gastroschisis had the greatest difference in mortality between country income strata (nine [90·0%] of ten in low-income countries, 97 [31·9%] of 304 in middle-income countries, and two [1·4%] of 139 in high-income countries; p≤0·0001 between all country income groups). Factors significantly associated with higher mortality for all patients combined included country income status (low-income vs high-income countries, risk ratio 2·78 [95% CI 1·88–4·11], p<0·0001; middle-income vs high-income countries, 2·11 [1·59–2·79], p<0·0001), sepsis at presentation (1·20 [1·04–1·40], p=0·016), higher American Society of Anesthesiologists (ASA) score at primary intervention (ASA 4–5 vs ASA 1–2, 1·82 [1·40–2·35], p<0·0001; ASA 3 vs ASA 1–2, 1·58, [1·30–1·92], p<0·0001]), surgical safety checklist not used (1·39 [1·02–1·90], p=0·035), and ventilation or parenteral nutrition unavailable when needed (ventilation 1·96, [1·41–2·71], p=0·0001; parenteral nutrition 1·35, [1·05–1·74], p=0·018). Administration of parenteral nutrition (0·61, [0·47–0·79], p=0·0002) and use of a peripherally inserted central catheter (0·65 [0·50–0·86], p=0·0024) or percutaneous central line (0·69 [0·48–1·00], p=0·049) were associated with lower mortality. // Interpretation: Unacceptable differences in mortality exist for gastrointestinal congenital anomalies between low-income, middle-income, and high-income countries. Improving access to quality neonatal surgical care in LMICs will be vital to achieve Sustainable Development Goal 3.2 of ending preventable deaths in neonates and children younger than 5 years by 2030

Bildbasierte Berechnung der Grundfrequenz für den Einsatz in der Videostroboskopie

Hintergrund: Die Videostroboskopie wird als Goldstandard in der Diagnostik der Stimmlippenschwingungen eingesetzt. Die Bestimmung des Lichtblitzabstandes durch das Audiosignal ist allerdings anfällig gegenüber Störgeräuschen, wie beispielsweise verbale Instruktionen des Untersuchenden. Dies erlaubt nur eingeschränkt die Grundfrequenzbestimmung. Diese ist jedoch essentiell für den optimalen Lichtblitzabstand. Wir erforschen einen neuen, in Echtzeit laufenden und KI-basierten Ansatz, der ausschließlich auf den Endoskopiebildern basiert.Material und Methoden: Die entwickelte KI-gestützte Methode nutzt Bildmaterial von Hochgeschwindigkeitskameras, um die Grundfrequenz der Stimmlippenschwingung auf endoskopischen Bildern zu bestimmen. Für jedes Bild berechnen wir durch ein tiefes neuronales Netz den relativen Öffnungsgrad der glottalen Fläche. Durch zufällig aufgenommene Bilder, sowie den daraus berechneten relativen Öffnungsgrad, können wir durch mathematische Verfahren ("compressed sensing") die Grundfrequenz berechnen. Unsere Methode wurde an gesunden Proband:innen getestet.Ergebnisse: Wir können zeigen, dass unser KI- und Bildbasierter Ansatz bei einer Aufnahmedauer von unter 600 ms die Grundfrequenz in über 95% der Fälle exakt berechnen kann. Die Datenanalyse unserer KI-Methode benötigt unter 75 ms und kann somit in Echtzeit bereitgestellt werden. Weiterhin wird beobachtet, dass die Aufnahme von Endoskopiebildern nicht strukturiert geschehen darf, so dass die Grundfrequenz adäquat bestimmt werden kann.Diskussion: Unsere Methode ist in der Lage sehr genau die Grundfrequenz zu bestimmen und stellt somit eine schnelle Alternative zur klassischen audiobasierten Videostroboskopie dar. Die Funktionsweise unserer Methode in pathophysiologischen Fällen wird in zukünftigen Studien untersucht werden.Fazit: Die laryngeale Videostroboskopie benötigt nicht per se Zugang zu fehlerfreien Audiodaten. Die einzigartige KI-gestützte Analyse einzelner Bilder erlaubt die Berechnung der Grundfrequenz und erlaubt eine neue, bildbasierte Videostroboskopie-Technologie

KI-gestützte Quantifizierung von Schluckvorgängen

Hintergrund: Die Quantifizierung von Schluckvorgängen ist von großer Bedeutung für die Diagnose und Behandlung von Schluckstörungen. In dieser Studie wird ein tiefes neuronales Netz zur automatischen Verfolgung des Bolus in videofluoroskopischen Aufnahmen entwickelt und evaluiert.Material und Methoden: Videofluoroskopische Aufnahmen von nicht beeinträchtigten Schluckvorgängen wurden für das Training des neuronalen Netzes verwendet. Nach dem Training wurde die Performance des Netzes auf Testdaten evaluaiert. Die Segmentierungsqualität wurde anhand des Dice-Koeffizienten (DC) bewertet, der Werte zwischen 0 (schlecht) bis 1 (exzellent) annehmen kann. Daraufhin wurde der Bolus während des Schluckvorgangs hinsichtlich der Form und seines Hauptweges untersucht.Ergebnisse: Das entwickelte tiefe neuronale Netz zeigte eine hohe Genauigkeit bei der Verfolgung des Bolus in den videofluoroskopischen Aufnahmen. Es war in der Lage, den Bolus über verschiedene Phasen des Schluckvorgangs genau zu identifizieren und zu verfolgen. Der segmentierte Bereich wurde für die Quantifizierung der Bolusform und dessen Kinematik verwendet. Die Exzentrizität des Bolus über die Zeit zeigte eine Korrelation zwischen der Bolusform und der aktuellen Schluckphase. Zusätzlich wurde der Massenschwerpunkt des Bolus von seinem ersten Auftreten im Mund bis zu seinem Abgleiten durch die Speiseröhre betrachtet. Die Analyse der Verlaufskurve des Bolus über einzelne Schluckvorgänge und Probanden hinweg ist in sich konsistent.Diskussion: Die Anwendung eines tiefen neuronalen Netzes zur automatischen Verfolgung des Bolus in videofluoroskopischen Aufnahmen bietet eine effiziente und zuverlässige Methode zur Quantifizierung von Schluckvorgängen. Durch die Automatisierung des Prozesses kann eine schnelle und präzise Analyse großer Datenmengen erreicht werden. Die Ergebnisse legen nahe, dass das entwickelte neuronale Netz eine wertvolle Unterstützung für die klinische Bewertung von Schluckstörungen bieten kann.Fazit: Insgesamt zeigt diese Studie, dass ein tiefes neuronales Netz effektiv eingesetzt werden kann, um den Bolus in videofluoroskopischen Aufnahmen präzise zu verfolgen. Zusätzlich können die nachgeschalteten Analysen der Bolusform und -kinematik weitere Informationen zur Schluckphasen und -verhalten liefern, welche eine wichtige Grundlage für eine umfassende Quantifizierung der Schluckphysiologie bilden. Weitere Forschung und Validierung sind jedoch erforderlich, um die Anwendbarkeit und Zuverlässigkeit dieser Methode in klinischen Umgebungen zu bestätigen

Entwicklung eines neuen High-Speed-Videoendoskopie-Systems

Hintergrund: Die High-Speed-Videoendoskopie (HSV) ist ein Verfahren um die Schwingungen der Stimmlippen räumlich und zeitlich genau aufzulösen. Allerdings sind zurzeit keine aktuellen HSV-Systeme kommerziell erhältlich. Eingesetzte Systeme verwenden veraltete Soft- und Hardware. In einer vom BMWi geförderten Industriekooperation entwickeln wir ein innovatives HSV-System mit neuester Hardware und computerbasierten Analysemethoden.Material und Methoden: Wir haben eine Marktanalyse der Hauptkomponenten eines HSV-Systems durchgeführt und uns auf Kameras fokussiert, die eine räumliche Auflösung von mindestens einem Megapixel und eine zeitliche Auflösung von mindestens 4000 Bildern pro Sekunde ermöglichen. Für die Analyse der HSV-Daten haben wir state-of-the-art Deep Learning Methoden (u.a. ein U-Net) eingesetzt.Ergebnisse: Erste Versuche mit der neuen Hardware zeigen eine starke qualitative Steigerung der Bildqualität im direkten Vergleich mit etablierten Systemen, speziell bei Farbkameras. Eine neue Haltevorrichtung für Mikrofone wurde erprobt. Unsere implementierten neuronalen Netze segmentieren vorhandene und neue HSV-Daten vollautomatisch (Intersection of the Union - IoU mit Testdaten =0.731) und übertreffen qualitativ derzeitig etablierte Methoden, wie beispielsweise das semi-automatisch Threshold-basierte Region Growing.Diskussion: Die hohe Sensitivität der Hochgeschwindigkeitskamera sowie die hoch qualitative Optik von Endoskop und Videoadapter beweisen eine hohe Bildqualität, insbesondere bei Farbaufnahmen. Ein weiteres Ziel ist die einfache Synchronisation von Video- und Audioaufnahmen, um ein ganzheitliches Bild der Stimme zu erhalten.Die Funktionalität, Qualität und Verarbeitungsgeschwindigkeit der neu entwickelten voll automatischen Segmentierung ist signifikant verbessert. Um die Anwendbarkeit der Analysesoftware weiteren Instituten zur Verfügung zu stellen, erweitern wir den Funktionsbereich, so dass auch sehr heterogene Daten voll automatisiert werden.Fazit: Durch die sorgfältige Auswahl der Hardware und die neuentwickelte, anwenderfreundliche Software mit integrierter voll automatischer Segmentierung präsentieren wir einen Prototypen, der eine große klinische Akzeptanz verspricht. Wir erwarten, dass unser HSV-System im Verlauf des Projekts die klinische Reife erlangt