この作品は、国立神経疾患研究所およびストロークからDEへの助成金番号P50NS071675（医学研究のためのファインスタイン研究所でパーキンソン病研究の卓越性のモリスK.ユードールセンター）によってサポートされていました。内容はもっぱら著者の責任であり、必然的に神経疾患や脳卒中の国立研究所や国立衛生研究所の公式見解を表すものではありません。スポンサーは、研究デザイン、収集、分析、データの解釈に役割を果たして、レポートの執筆や出版のために紙を提出するという決定ではありませんでした。

1。データ収集と前処理<ol><li> SSM / PCA手法は、様々なソースおよびモダリティから得られた単一のボリュームイメージに適用することができる。具体的には、代謝のオンサイトPETイメージングのため、このような[18 F]フルオロデオキシグルコース（FDG）などの適切な放射性核種トレーサを準備し、それぞれの患者に投与。患者は通常の薬から、少なくとも12時間の絶食後、開いた目と安静時にスキャンされます。 </li><li>個人またはグループ評価のための各科目をスキャンします。パターン導出については、性別と年齢をマッチさせた患者とコントロールの同数をスキャン。 </li><li>ワークステーションにデータを転送し、ご使用のプラットフォームでの分析に適した形式に変換します。 MATLAB解析ソフトウェア（scanvp、ssm_pca、基づき当社のWindows PC <a href="http://www.feinsteinneuroscience.org" target="_blank">www.feinsteinneuroscience.orgは</a> ）ANALYZE必要またはNIfTIフォーマット画像（メイヨークリニック、ロチェスター、ミネソタ州）。これは、変換ルーチンtを提供O変換GEアドバンス（ミルウォーキー、WI、USA）は、スキャナ、および他の形式の画像フォーマットを解析する。 </li><li>共通の定位空間（ 例えばモントリオール神経学研究所[MNI]（）など統計的パラメトリックマッピング（SPM）などの標準的な神経画像ソフトウェアパッケージを使用して、それぞれの被写体の画像を正規<a href="http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm" target="_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm</a> ）被験者（ 図2）との間のボクセル値の1対1の対応が存在するように。灰白質領域（ 図3）、ログ変換に分析を制限するためにマスキングは次のステップで説明されています。 </li></ol> 2。多変量SSM / PCAを実行多変量SSM / PCA（ 図4）のための操作は、外部ソフトウェアによって実行することができる。の手順では、社内のルーチン（ 図5）（ スキャンで自動的にほとんどの部分のために実行手順を反映する以下箇条書きVP / ssmpca、 <a href="http://www.feinsteinneuroscience.org" target="_blank">www.feinsteinneuroscience.org</a> SPMツールボックスssm_pcaとしても利用可能）。 <ol><li>このような白質や脳室などのボクセル空間の不要な部分を除去するために使用可能な0/1のイメージを使用してマスクデータ。 ssmpcaルーチンを使用して、ユーザはデフォルトまたはその他の外部マスク（ 図3）を選択したり、プログラムが自動的に各被験者のデータの最大値の選択された固定のパーセントよりも低い値を削除してマスクを作成するオプションが与えられます。個別被写体マスク次いで複合マスクを決定するために乗算される。マスク内の領域は、分析のための一般的な非ゼロのボクセル空間を画定する。 </li><li>連続した面（図4a）からの順次走査線を追加することによって、一つの連続した行ベクトルに、各被験者の3Dマスク画像のボクセルデータに変換します。各被験者のデータが特定のRに相当するように、グループデータ行列（D）を形成行列の流れ。各列には、その後、被験者全体で特定のボクセルを表しています。理想的には、バイオマーカー導出のために、マトリックスは、通常制御対象データおよび疾患対象データの行数と同じ数で構成される。 </li><li>対数フォームに各データ入力を変換します。 </li><li>センターでは、各列の平均または件名を差し引くことにより、データ行列は、行要素から意味。すべての中心の行の平均値は特性基を表すログイメージは、グループ平均プロファイル（GMP、図4a）と呼ばれることを意味します。対応する行列の列要素からGMPの要素である列の平均を引きます。その要素の両方主題sとボクセルV族からの偏差を表す（図4b）を意味する主題残留プロファイル（SRP）と呼ばれる二重中心の行列の各行が&quot;残留&#39;イメージを表します。 SRP SV = logdのSV -平均S - GMP V </li><li>首題を構築ECT--被験者が各被験者ペアiの間に非正規化された共分散を計算することにより、複合二重中心のデータ行列の共分散行列C、SRP行列の行のjはすべてのボクセルV（ 図4b）にわたって合計対応するボクセル要素の積として評価。 C IJ =ΣV（SRP IV X SRP JV） </li><li>主題ごとの主題共分散行列CにPCAを適用します。結果は、関連する固有値をもつ主題スコア固有ベクトルのセットになります。その対応する固有値の平方根を乗じて各ベクトルを重み付け。スコア固有ベクトルのセットは図4cにおける結果の行列Sの列によって表される。 </li><li>固有値の同じセットのボクセル固有ベクトルは、計算proced厳しい件数欄共分散行列によってカラムにPCAを適用することによって、またはこの代替によって決定することができるURE（ 図4C）に示されている。固有値の順（ 図4cは、図6、図7a）を降順でボクセルパターン固有ベクトルの配列Pを導出する転置SRP行列で以前に派生スコアベクトル行列を乗算左。 P = SRP T X S 各列ベクトルは、その固有値の相対的なサイズに対応する（VAF）を占め、全分散の割合に起因SSM / PCA分析の主成分（PC）の画像パターンを表す。 </li></ol> 3。パターンのバイオマーカー導出<ol><li>高いVAF値に関連付けられているPCのパターンを決定するために、前述の分析の結果を調べます。我々のルーチン内で、ボクセルパターンベクトルをZ変換されるので、これらの値はその平均値から正および負の標準偏差を表している。彼らはその後、前（ 図7a）表示する画像形式に整形されています。 </li><li&gt;場合によっては、疾患に関連した公知の地域の偏差を有するパターンが視覚的に識別することができる。数学的定式化は、PCとそれに関連付けられたスコアの両方が物理的に正しい解釈に適合するようにマイナス1を乗算してもよく、この場合には同等のソリューションなどの派生パソコンの正負の形態を考慮する。 </li><li>各PCパターンに対応するスコアは、棒グラフや散布図（ 図7）として表示される。任意ROCプロット（ 図7D）を生成することができる。疾患特異的なパターンを識別するには、対応する二標本t検定およびAUC値のp値によって反射され、患者とコントロールの間対象のスコアの分化に気づく。いくつかの固定カットオフ値（ 例えば 、P &lt;0.05及びVAF&gt; 5％）のため高VAFと高分化に関連したPCへの分析を制限します。典型的には、1つまたは2つのPCはPETデータで、この基準を満たす。 </li><li>変数があります44考えることができるPCを選択するためのOU他の方法。シーケンシャル固有値（ 図6）のスクリープロットは、曲線の曲がりと固有値が縮退し始める曲線の傾きが急激に減少によって表される鋭いカットオフ値を与える可能性があります。もう一つのアプローチは、分散の上位50％を占めているすべてのPCを含めることです。広く受け入れられている手順は、患者と対照の間で区別することができる最小のAIC値を持つモデルを定義するパソコンのどの組み合わせを決定する赤池情報基準（AIC）45を計算することである。 </li><li>選択されたPC（s）は、ベクトル正規化直線的に単一疾患に関連したパターンを得るために組み合わせることができる。当社のソフトウェアは、必要に応じて対象者のスコアに適用ロジスティックや他の回帰モデルに基づいて係数を決定するためにMATLAB関数glmfitを使用しています。患者群と対照群の分化は、通常、デで検討、追加のPCを使用すると向上していますがrivationグループは、結果として得られるパターンは、単一の物理ネットワークに対応していなかったり、外れ値の偏差（ 図7aおよび図7c）を組み込むことができる複合表現です。 </li><li>さらなる検証は、信頼性と将来の重要性のために必要です。繰り返しパターンの導出には少なくとも標準偏差に関連付けられたオリジナルの派生データセット内で最も信頼性の高いボクセルを識別するために、8以下で議論するようにブートストラップリサンプリングを行うことができます。フォワード検証は、プロトコルの次のセグメントで説明する単一主題スコア評価方法（ 図4d）を使用している患者とコントロールの将来のグループのスコアを導出することにより、独立したグループ差別の感度と特異性をテストするために行われる。 </li></ol> 4。所定のバイオマーカーを用いた単一主題前向きスコア評価<ol><li>重要SSM-GISバイオマーカーパターン一度同定された、将来の被験者における発現のためのスコアは、被験者のSRPベクトルとGISパターンベクトル（ 図4d、図7D）の内部のベクトル積の単純な計算を使用してその個人のスキャンから評価することができる。 SCORE = SRPS•パターン</li><li>前の操作は、当社TPRルーチンによって自動化されています。しかし、独立して対象SRPSベクトルがログ変換されたデータに関連付けられている本質的なGISのマスクを使用して、ステップ2.4のように件名平均とprederived参照グループGMPの対応するボクセル値の両方を減算導出する。これは、スコアが所定の基準範囲と比較することができることを保証する。新しいグループのスコアは、同様に前向き単一の被写体を見るセットとして評価することができる。パターンが変更されていないながら、異なる基準グループまたは設定で使用する場合は、GMPを再調整することができます。 </li></ol>

博士アイデルバーグは、神経系の機能不全のための患者を（金銭なし）をスクリーニングするためのイメージング·マーカーの使用上の2つの米国特許の共同発明者として記載されています。それ以上の開示はありません。

SSM / PCAモデルはもともとメラーらによって提示された4は、神経画像データの分析のための簡単で堅牢な技術に1-3と進化してきました。しかし、我々はここで、前の出版物5-7,10で解明することを試みていることを、この方法論の適用のあいまいがあった。これらの問題のいくつかはテキストで扱われているがために、その重要性をここで改めて強調している。?...

神経変性疾患は、広範囲に局在化し、脳代謝の異常だけでなく、地域の相互作用を研究する17非推論手法を定量化技術を用いて研究されている。例えば、主成分分析（PCA）1,2,4,18と独立成分分析（ICA）19,20、ならびに部分最小二乗法（PLS）21と序数の傾向として正規の教師技術のようなデータ駆動型の多変量分析戦略変量解析（ORT / CVA）22は、特徴的なパターンや相互に活動の&quot;ネットワーク&quot;を明らかにすることができます。特に多変量手続き、スケーリングされたサブプロファイルモデル（SSM）1,2,4-6,18の基本は、以前Joveの3に記載されている。このPCAベースのアプローチは、もともと脳血流量と代謝ACQの定常状態単一ボリューム画像における脳領域間の機能的な異常分散との関係を調べるために開発された高い信号対雑音特性を示し、例えばPETやSPECTなどのモダリティの静止状態でuired。疾患特異SSMパターンは健常7,16に比べ、単一のネットワーク·プロセスまたは複数の複雑な異常な機能23の同化を反映している可能性がある患者では、地域の地形の全体的な違いを反映イメージングバイオマーカーである。メタボリック共分散パターン脳ネットワークは正常と疾患グループを区別し、疾患の重症度の臨床的評価と相関のネットワークベースの対策を提供することができ、式の値（被写体スコア）に関連付けられています。典型的には、このようなパターンを被検体のスコアは、疾患の進行とともに増加しても発症14,24の前に表現することができる。実際に、疾患関連ネットワークバイオマーカーは、例えば、パーキンソン病10（PD）、ハンチントン病25（HD）、およびアルツハイマー病などの神経変性疾患8に対して特徴づけられている</&gt;（AD）の商標。重要なことは、疾患関連代謝トポグラフィはまた、多系統萎縮症（MSA）、および進行性核上性麻痺（PSP）等の非定型パーキンソン運動障害のために同定されている。これらのパターンは、臨床的に類似&quot;そっくり&quot;症候群を有する患者12,13,26の鑑別診断のために協調して使用されてきた。 これとは対照的に、典型的なfMRIのボクセルベースの​​単変量の方法は、単離された脳クラスタ内の患者と対照の間に差の有意性を評価する。より最近では、方法は様々に定義された脳領域27〜29との間の機能的結合を測定するために開発されてきた。機能的な接続性のこの定義は、対象地域本質的な空間分布脳ネットワーク領域1,2,23,30の断面相互接続を指し、元のSSM / PCAコンセプトから具体的な相互作用と外れに制限されています。自分に有利、MRIプラットフォームに再び簡単にインストール、広く利用可能、非侵襲的、典型的には、最近の文献に記載されている電位方法の盛り上がりが生じるようなPETまたはSPECTなどの伝統的な放射性トレーサーの撮像モダリティよりも短い走査時間を必要とする。しかし、結果として時間依存fMRIの信号はローカル神経活動31,32の間接的な対策を提供します。採用し、一般的に複雑な分析アルゴリズムがデータセットのサイズが大きい、fMRIの信号だけでなく、被写体や地域19,23の間に存在する脳活動における高い変動に内在する生理的なノイズによって制限されてきた。脳の組織についての興味深い情報がfMRIの &quot;ネットワーク&quot;のプロパティから推測することができますが、彼らは信頼性の高い病気のバイオマーカーとして使用することが十分に安定していない。さらに、結果としてネットワークトポグラフィーは、SSM / PCAなどの確立された機能イメージング手法を用いて同定したものに必ずしも同等ではありません。目のために電子ほとんどの部分、結果としてfMRIのトポグラフィーの厳格な相互検証は、単一のケースから将来のスキャンデータに派生パターンの成功した前方のアプリケーションのいくつかの例で欠けていた。 PCA共分散分析の利点は、最初のいくつかの主要なコンポーネントでのデータ変動の最も重要な情報源を識別する能力にありますが目立つ固有ベクトルではなく、実際の固有のネットワーク応答よりランダムノイズ要因を表す場合、それは効果がない。最初のいくつかの固有ベクトルを選択し、患者に対する通常制御スコアの有意差を示すものに限定することによって、我々は非常にノイズ成分の影響を低減する。しかし、ここで説明する基本的なアプローチのために、これらの措置は、以下に説明するモダリティの例外を持つ典型的なfMRIのデータセットの堅牢な推定量を生成するのに十分でないかもしれません。 このように、地域のGの安定に直接的な関係があるためlucose代謝およびシナプス活性33は 、この方法は休止状態FDG PETデータの分析に主に適用されている。しかし、使用されている、脳血流（CBF）を密接に静止状態10,11,34、SPECT 35,36、最近動脈スピンラベリング（ASL）MRI灌流画像法37,38における代謝活性に結合されていることを考えると個々のケースでは異常な代謝活性を評価する。それによると、静止状態で信頼性の高い空間共分散パターンの導出はfMRIの（rsfMRI）は以前に31,32簡単ではないように注意されています。たとえそうだとしても、PD患者と対照被験者からrsfMRIデータの予備SSM / PCA分析は疾患関連パターン間のいくつかの地形の相同性がBOLD fMRIの39,40 2つのモダリティ、PETと低周波変動の振幅（ALFF）を使用して識別を明らかにした。最後に、我々はまた、このアプローチがボクセルベースモルフォで正常に適用されていることに注意してください加齢に伴う体積の損失で、同じ被験者43 VBMとASLパターンのさらなる比較に関連した独特の空間共分散パターンを明らかに斉（VBM）構造的MRIデータ41,42、。 SSM / PCA空間共分散地形と異なる分析アプローチとイメージングプラットフォームを使用して識別類似した脳のネットワークの間の関係は、現在進行中の調査の話題です。

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of Equipment</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments</td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Image Acquisition </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PET Scanner</td>
 <td>GE Medical Systems</td>
 <td>GE Advance</td>
 <td>Any PET, PET/CT and PET/MRI Scanners from GE, Siemens and Philips </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PC Workstations</td>
 <td>Lenovo</td>
 <td>Any</td>
 <td><a href="http://www.lenovo.com/us/en/" target="_blank">http://www.lenovo.com/us/en/</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Radiopharmaceuticals </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>[18F]-fluorodeoxyglucose</td>
 <td>Feinstein Institute for Medical Research</td>
 <td>Routine Production</td>
 <td>Also distributed by Cardinal Health <a href="http://www.cardinal.com/" target="_blank">http://www.cardinal.com/</a> </td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Software </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>ScanVP</td>
 <td>Feinstein Institute for Medical Research</td>
 <td>Version 5.9.1, Version 6.2, To be released</td>
 <td><a href="http://www.feinsteinneuroscience.org/" target="_blank">www.feinsteinneuroscience.org</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>SPM</td>
 <td>The UCL Institute of Neurology</td>
 <td>spm99-spm8</td>
 <td><a href="http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm" target="_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Windows</td>
 <td>Microsoft</td>
 <td>Any</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Matlab</td>
 <td>Mathworks</td>
 <td>Matlab Version 7.0, 7.3</td>
 <td><a href="http://www.mathworks.com/" target="_blank">http://www.mathworks.com/</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>JMP</td>
 <td>SAS</td>
 <td>Version 5</td>
 <td><a href="http://www.jmp.com/" target="_blank">http://www.jmp.com/</a></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

identification of disease-related spatial covariance patterns using neuroimaging data

スケーリングされたサブプロファイルモデル（SSM）1-4低いコンポーネント（ 図1）を排除しながら、患者と対照群の脳画像データの変動の主な発生源を特定する多変量PCAベースのアルゴリズムである。定常状態のマルチモダリティ画像のボクセルごとのボクセル共分散データに直接適用、グループ全体イメージのセットは、いくつかの重要な線形独立共分散パターンと対応する被写体のスコアを減少させることができる。各パターンは、グループ不変サブプロファイル（GIS）は、機能的に相互に関連する脳領域の空間的に分散したネットワークを表す直交する主成分であると呼ばれる。小さ ​​いネットワーク固有の貢献を不明瞭にすることができ、大きな地球の平均スカラー効果が固有対数変換して除去し、データ2,5,6のセンタリングを意味している。被験者は、独立したCLINと相関することができます単純なスカラースコアによって表される変数程度にこれらのパターンのそれぞれを表現iCalのか心理ディスクリプタ7,8。被写体を見るロジスティック回帰分析（ すなわち、パターン式の値）を用いて、線形係数は、健康な対照被験者5,6からの患者の改善された識別と単一疾患に関連する空間共分散パターン、 すなわち複合ネットワークに、複数の主成分を組み合わせて導出することができる。派生セット内のクロスバリデーションは、ブートストラップリサンプリング技法9を用いて行うことができる。フォワード検証が簡単に将来のデータセット10で派生パターンの直接スコア評価によって確認された。検証後、疾患に関連したパターンが元のパターン導出11（疾患群を有する）を用いた健常者の集合しばしば、固定基準試料に対する個々の患者を獲得するために使用することができる。これらの標準化された値は、次に鑑別診断12,13を支援するために病気を評価するために使用することができるネットワークレベル7,14-16で進行と治療効果。私たちは、病気の特徴的な共分散パターンバイオマーカーを導出する社内のソフトウェアを使用してパーキンソン病患者と正常対照のFDG PETデータにこの方法論の適用例を紹介します。

PDのためのニューロイメージングバイオマーカーパターンを導出するために多変量SSM / PCA分析の簡単なアプリケーションを以下に示します。変数病気の持続期間（9Y±5Y SD）と10年齢と性別一致正常コントロール（6M/4F、58Y±7Y SD）の10臨床的に診断されたPD患者（6M/4F、59Y±7Y SD）を用いて分析したのPET FDG画像当社ssmpcaルーチン 。 20対応する空間的に前の正規化画像は、最初はデフォルト?...

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Identification of Disease-related Spatial Covariance Patterns using Neuroimaging Data

主成分分析（PCA）を含む多変量技術は脳機能画像における地域変化のシグネチャパターンを識別するために使用されている。我々は、神経変性疾患の診断、疾患の進行の評価、および患者集団における治療効果を客観的に評価するための再現可能なネットワークバイオマーカーを同定するアルゴリズムを開発した。

ニューロイメージングデータを用いた疾患関連空間共分散パターンの同定

The scaled subprofile model (SSM)1-4 is a multivariate PCA-based algorithm that identifies major sources of variation in patient and control group brain ...

identification-disease-related-spatial-covariance-patterns-using

Research

JoVE Journal

Medicine

15.6K ビュー.  The Feinstein Institute for Medical Research. 主成分分析（PCA）を含む多変量技術は脳機能画像における地域変化のシグネチャパターンを識別するために使用されている。我々は、神経変性疾患の診断、疾患の進行の評価、および患者集団における治療効果を客観的に評価するための再現可能なネットワークバイオマーカーを同定するアルゴリズムを開発した。

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Identification and Isolation of Slow-Dividing Cells in Human Glioblastoma Using Carboxy Fluorescein Succinimidyl Ester (CFSE)

Tumor heterogeneity represents a fundamental feature supporting tumor robustness and presents a central obstacle to the development of therapeutic strategies1. To overcome the issue of tumor heterogeneity, it is essential to develop assays and tools enabling phenotypic, (epi)genetic and functional identification and characterization of tumor subpopulations that drive specific disease pathologies and represent clinically relevant targets. It is now well established that tumors exhibit distinct sub-fractions of cells with different frequencies of cell division, and that the functional criteria of being slow cycling is positively associated with tumor formation ability in several cancers including those of the brain, breast, skin and pancreas as well as leukemia2-8. The fluorescent dye carboxyfluorescein succinimidyl ester (CFSE) has been used for tracking the division frequency of cells in vitro and in vivo in blood-borne tumors and solid tumors such as glioblastoma2,7,8. The cell-permeant non-fluorescent pro-drug of CFSE is converted by intracellular esterases into a fluorescent compound, which is retained within cells by covalently binding to proteins through reaction of its succinimidyl moiety with intracellular amine groups to form stable amide bonds9. The fluorescent dye is equally distributed between daughter cells upon divisions, leading to the halving of the fluorescence intensity with every cell division. This enables tracking of cell cycle frequency up to eight to ten rounds of division10. CFSE retention capacity was used with brain tumor cells to identify and isolate a slow cycling subpopulation (top 5% dye-retaining cells) demonstrated to be enriched in cancer stem cell activity2. 
This protocol describes the technique of staining cells with CFSE and the isolation of individual populations within a culture of human glioblastoma (GBM)-derived cells possessing differing division rates using flow cytometry2. The technique has served to identify and isolate a brain tumor slow-cycling population of cells by virtue of their ability to retain the CFSE labeling.

Identification and Isolation of Slow-Dividing Cells in Human Glioblastoma Using Carboxy Fluorescein Succinimidyl Ester CFSE

This video protocol demonstrates the application of the fluorescent dye carboxyfluorescein succinimidyl ester (CFSE) for the identification and separation of different sub-populations of cells in human glioblastoma based on frequency of cell division.

カルボキシフルオレセインスクシンイミジルエステル（CFSE）を用いてヒト神経膠芽腫のスロー非分裂細胞の同定および単離

Tumor heterogeneity represents a fundamental feature supporting tumor robustness and presents a central obstacle to the development of therapeutic ...

医学

Identification of Sleeping Beauty Transposon Insertions in Solid Tumors using Linker-mediated PCR

Genomic, proteomic, transcriptomic, and epigenomic analyses of human tumors indicate that there are thousands of anomalies within each cancer genome compared to matched normal tissue. Based on these analyses it is evident that there are many undiscovered genetic drivers of cancer1. Unfortunately these drivers are hidden within a much larger number of passenger anomalies in the genome that do not directly contribute to tumor formation. Another aspect of the cancer genome is that there is considerable genetic heterogeneity within similar tumor types. Each tumor can harbor different mutations that provide a selective advantage for tumor formation2. Performing an unbiased forward genetic screen in mice provides the tools to generate tumors and analyze their genetic composition, while reducing the background of passenger mutations. The Sleeping Beauty (SB) transposon system is one such method3. The SB system utilizes mobile vectors (transposons) that can be inserted throughout the genome by the transposase enzyme. Mutations are limited to a specific cell type through the use of a conditional transposase allele that is activated by Cre Recombinase. Many mouse lines exist that express Cre Recombinase in specific tissues. By crossing one of these lines to the conditional transposase allele (e.g. Lox-stop-Lox-SB11), the SB system is activated only in cells that express Cre Recombinase. The Cre Recombinase will excise a stop cassette that blocks expression of the transposase allele, thereby activating transposon mutagenesis within the designated cell type. An SB screen is initiated by breeding three strains of transgenic mice so that the experimental mice carry a conditional transposase allele, a concatamer of transposons, and a tissue-specific Cre Recombinase allele. These mice are allowed to age until tumors form and they become moribund. The mice are then necropsied and genomic DNA is isolated from the tumors. Next, the genomic DNA is subjected to linker-mediated-PCR (LM-PCR) that results in amplification of genomic loci containing an SB transposon. LM-PCR performed on a single tumor will result in hundreds of distinct amplicons representing the hundreds of genomic loci containing transposon insertions in a single tumor4. The transposon insertions in all tumors are analyzed and common insertion sites (CISs) are identified using an appropriate statistical method5. Genes within the CIS are highly likely to be oncogenes or tumor suppressor genes, and are considered candidate cancer genes. The advantages of using the SB system to identify candidate cancer genes are: 1) the transposon can easily be located in the genome because its sequence is known, 2) transposition can be directed to almost any cell type and 3) the transposon is capable of introducing both gain- and loss-of-function mutations6. The following protocol describes how to devise and execute a forward genetic screen using the SB transposon system to identify candidate cancer genes (Figure 1).

Identification of Sleeping Beauty Transposon Insertions in Solid Tumors using Linker-mediated PCR

A method of identifying unknown drivers of carcinogenesis using an unbiased approach is described. The method uses the Sleeping Beauty transposon as a random mutagen directed to specific tissues. Genomic mapping of transposon insertions that drive tumor formation identifies novel oncogenes and tumor suppressor genes

の同定<em&gt;眠れる森の美女</emリンカ媒介PCRを用いた固形腫瘍&gt;トランスポゾン挿入

Genomic, proteomic, transcriptomic, and epigenomic analyses of human tumors indicate that there are thousands of anomalies within each cancer genome ...

Detection of Architectural Distortion in Prior Mammograms via Analysis of Oriented Patterns

We demonstrate methods for the detection of architectural distortion in prior mammograms of interval-cancer cases based on analysis of the orientation of breast tissue patterns in mammograms. We hypothesize that architectural distortion modifies the normal orientation of breast tissue patterns in mammographic images before the formation of masses or tumors. In the initial steps of our methods, the oriented structures in a given mammogram are analyzed using Gabor filters and phase portraits to detect node-like sites of radiating or intersecting tissue patterns. Each detected site is then characterized using the node value, fractal dimension, and a measure of angular dispersion specifically designed to represent spiculating patterns associated with architectural distortion.
Our methods were tested with a database of 106 prior mammograms of 56 interval-cancer cases and 52 mammograms of 13 normal cases using the features developed for the characterization of architectural distortion, pattern classification via quadratic discriminant analysis, and validation with the leave-one-patient out procedure. According to the results of free-response receiver operating characteristic analysis, our methods have demonstrated the capability to detect architectural distortion in prior mammograms, taken 15 months (on the average) before clinical diagnosis of breast cancer, with a sensitivity of 80% at about five false positives per patient.

Detection of Architectural Distortion in Prior Mammograms via Analysis of Oriented Patterns

We demonstrate methods for the detection of architectural distortion in prior mammograms. Oriented structures are analyzed using Gabor filters and phase portraits to detect sites of radiating tissue patterns. Each site is characterized and classified using measures to represent spiculating patterns. The methods should assist in the detection of breast cancer.

前にマンモグラムにおける構造的ひずみを検出<em&gt;経由</em指向パターンの&gt;分析

We demonstrate methods for the detection of architectural distortion in prior mammograms of interval-cancer cases based on analysis of the orientation of ...

Using Continuous Data Tracking Technology to Study Exercise Adherence in Pulmonary Rehabilitation

Pulmonary rehabilitation (PR) is an important component in the management of respiratory diseases. The effectiveness of PR is dependent upon adherence to exercise training recommendations. The study of exercise adherence is thus a key step towards the optimization of PR programs. To date, mostly indirect measures, such as rates of participation, completion, and attendance, have been used to determine adherence to PR. The purpose of the present protocol is to describe how continuous data tracking technology can be used to measure adherence to a prescribed aerobic training intensity on a second-by-second basis.
In our investigations, adherence has been defined as the percent time spent within a specified target heart rate range. As such, using a combination of hardware and software, heart rate is measured, tracked, and recorded during cycling second-by-second for each participant, for each exercise session. Using statistical software, the data is subsequently extracted and analyzed. The same protocol can be applied to determine adherence to other measures of exercise intensity, such as time spent at a specified wattage, level, or speed on the cycle ergometer. Furthermore, the hardware and software is also available to measure adherence to other modes of training, such as the treadmill, elliptical, stepper, and arm ergometer. The present protocol, therefore, has a vast applicability to directly measure adherence to aerobic exercise.

Pulmonary rehabilitation is widely recognized in the management of respiratory diseases. A key component to successful pulmonary rehabilitation is adherence to the recommended exercise training. The purpose of the present protocol is to describe how continuous data tracking technology can be used to precisely measure adherence to a prescribed aerobic training intensity.

呼吸リハビリテーションに運動アドヒアランスを研究する継続的なデータ追跡技術を使用して

Pulmonary rehabilitation (PR) is an important component in the management of respiratory diseases. The effectiveness of PR is dependent upon adherence to ...

Microarray-based Identification of Individual HERV Loci Expression: Application to Biomarker Discovery in Prostate Cancer

The prostate-specific antigen (PSA) is the main diagnostic biomarker for prostate cancer in clinical use, but it lacks specificity and sensitivity, particularly in low dosage values1&#8203;&#8203;. &#8216;How to use PSA&#39; remains a current issue, either for diagnosis as a gray zone corresponding to a concentration in serum of 2.5-10 ng/ml which does not allow a clear differentiation to be made between cancer and noncancer2 or for patient follow-up as analysis of post-operative PSA kinetic parameters can pose considerable challenges for their practical application3,4. Alternatively, noncoding RNAs (ncRNAs) are emerging as key molecules in human cancer, with the potential to serve as novel markers of disease, e.g. PCA3 in prostate cancer5,6 and to reveal uncharacterized aspects of tumor biology. Moreover, data from the ENCODE project published in 2012 showed that different RNA types cover about 62% of the genome. It also appears that the amount of transcriptional regulatory motifs is at least 4.5x higher than the one corresponding to protein-coding exons. Thus, long terminal repeats (LTRs) of human endogenous retroviruses (HERVs) constitute a wide range of putative/candidate transcriptional regulatory sequences, as it is their primary function in infectious retroviruses. HERVs, which are spread throughout the human genome, originate from ancestral and independent infections within the germ line, followed by copy-paste propagation processes and leading to multicopy families occupying 8% of the human genome (note that exons span 2% of our genome). Some HERV loci still express proteins that have been associated with several pathologies including cancer7-10. We have designed a high-density microarray, in Affymetrix format, aiming to optimally characterize individual HERV loci expression, in order to better understand whether they can be active, if they drive ncRNA transcription or modulate coding gene expression. This tool has been applied in the prostate cancer field (Figure 1).

Human endogenous retroviruses (HERV), which occupy 8% of the human genome, retain scarce coding capacities but a hundred thousand long terminal repeats (LTRs). A custom Affymetrix microarray was designed to identify individual HERV locus expression and was used on prostate cancer tissues as a proof of concept for future clinical studies.

前立腺癌におけるバイオマーカーの発見への応用：個々のHERV座発現のマイクロアレイベースの識別

The prostate-specific antigen (PSA) is the main diagnostic biomarker for prostate cancer in clinical use, but it lacks specificity and sensitivity, ...

Localization, Identification, and Excision of Murine Adipose Depots

Obesity has increased dramatically in the last few decades and affects over one third of the adult US population. The economic effect of obesity in 2005 reached a staggering sum of $190.2 billion in direct medical costs alone. Obesity is a major risk factor for a wide host of diseases. Historically, little was known regarding adipose and its major and essential functions in the body. Brown and white adipose are the two main types of adipose but current literature has identified a new type of fat called brite or beige adipose. Research has shown that adipose depots have specific metabolic profiles and certain depots allow for a propensity for obesity and other related disorders. The goal of this protocol is to provide researchers the capacity to identify and excise adipose depots that will allow for the analysis of different factorial effects on adipose; as well as the beneficial or detrimental role adipose plays in disease and overall health. Isolation and excision of adipose depots allows investigators to look at gross morphological changes as well as histological changes. The adipose isolated can also be used for molecular studies to evaluate transcriptional and translational change or for in vitro experimentation to discover targets of interest and mechanisms of action. This technique is superior to other published techniques due to the design allowing for isolation of multiple depots with simplicity and minimal contamination.

Due to the drastic and negative connection between obesity and other comorbidities, research on the role adipose plays in disease and overall health is warranted. We present a protocol for the isolation and excision of adipose depots allowing for the study of adipose using in situ and in vitro methods.

マウス脂肪デポのローカライズ、識別、および切除

Obesity has increased dramatically in the last few decades and affects over one third of the adult US population. The economic effect of obesity in 2005 ...

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of cerebral malaria can be difficult. We present an experimental mouse model of cerebral malaria that shares multiple features of the human disease, including edema and microvascular pathology. Using magnetic resonance imaging (MRI), we can detect and track the blood-brain barrier disruption, edema development, and subsequent brain swelling. We describe multiple MRI techniques that can visualize these pertinent pathological changes. Thus, we show that MRI represents a valuable tool to visualize and track pathological changes, such as edema, brain swelling, and microvascular pathology, in vivo.

In Vivo Tracking of Edema Development and Microvascular Pathology in a Model of Experimental Cerebral Malaria Using Magnetic Resonance Imaging

We describe a mouse model of experimental cerebral malaria and show how inflammatory and microvascular pathology can be tracked in vivo using magnetic resonance imaging.

磁気共鳴映像法を用いた実験的大脳マラリアモデルにおける浮腫発生と微小血管病変のin vivo追跡

Cerebral malaria is a sign of severe malarial disease and is often a harbinger of death. While aggressive management can be life-saving, the detection of ...

High-Throughput Analysis of Optical Mapping Data Using ElectroMap

Optical mapping is an established technique for high spatio-temporal resolution study of cardiac electrophysiology in multi-cellular preparations. Here we present, in a step-by-step guide, the use of ElectroMap for analysis, quantification, and mapping of high-resolution voltage and calcium datasets acquired by optical mapping. ElectroMap analysis options cover a wide variety of key electrophysiological parameters, and the graphical user interface allows straightforward modification of pre-processing and parameter definitions, making ElectroMap applicable to a wide range of experimental models. We show how built-in pacing frequency detection and signal segmentation allows high-throughput analysis of entire experimental recordings, acute responses, and single beat-to-beat variability. Additionally, ElectroMap incorporates automated multi-beat averaging to improve signal quality of noisy datasets, and here we demonstrate how this feature can help elucidate electrophysiological changes that might otherwise go undetected when using single beat analysis. Custom modules are included within the software for detailed investigation of conduction, single file analysis, and alternans, as demonstrated here. This software platform can be used to enable and accelerate the processing, analysis, and mapping of complex cardiac electrophysiology.

This protocol describes the setup and use of ElectroMap, a MATLAB-based open-source software platform for analysis of cardiac optical mapping data. ElectroMap provides a versatile high-throughput tool for analysis of optical mapping voltage and calcium datasets across a wide range of cardiac experimental models.

エレクトロマップを用いた光マッピングデータのハイスループット解析

Optical mapping is an established technique for high spatio-temporal resolution study of cardiac electrophysiology in multi-cellular preparations. Here we ...

Inverse Probability of Treatment Weighting (Propensity Score) using the Military Health System Data Repository and National Death Index

When randomized controlled trials are not feasible, retrospective studies using big data provide an efficient and cost-effective alternative, though they are at risk for treatment selection bias. Treatment selection bias occurs in a non-randomized study when treatment selection is based on pre-treatment characteristics that are also associated with the outcome. These pre-treatment characteristics, or confounders, can influence evaluation of a treatment&#39;s effect on the outcome. Propensity scores minimize this bias by balancing the known confounders between treatment groups. There are a few approaches to performing propensity score analyses, including stratifying by the propensity score, propensity matching, and inverse probability of treatment weighting (IPTW). Described here is the use of IPTW to balance baseline comorbidities in a cohort of patients within the US Military Health System Data Repository (MDR). The MDR is a relatively optimal data source, as it provides a contained cohort in which nearly complete information on inpatient and outpatient services is available for eligible beneficiaries. Outlined below is the use of the MDR supplemented with information from the national death index to provide robust mortality data. Also provided are suggestions for using administrative data. Finally, the protocol shares an SAS code for using IPTW to balance known confounders and plot the cumulative incidence function for the outcome of interest.

Inverse Probability of Treatment Weighting Propensity Score using the Military Health System Data Repository and National Death Index

When randomized controlled trials are not feasible, a comprehensive health care data source like the Military Health System Data Repository provides an attractive alternative for retrospective analyses. Incorporating mortality data from the national death index and balancing differences between groups using propensity weighting helps reduce biases inherent in retrospective designs.

軍事保健システムデータリポジトリと国家死亡指数を用いた治療重み付け(傾向スコア)の逆確率

When randomized controlled trials are not feasible, retrospective studies using big data provide an efficient and cost-effective alternative, though they ...

Virtual Reality Tools for Assessing Unilateral Spatial Neglect: A Novel Opportunity for Data Collection

Unilateral spatial neglect (USN) is a syndrome characterized by inattention to or inaction in one side of space and affects between 23-46% of acute stroke survivors. The diagnosis and characterization of these symptoms in individual patients can be challenging and often requires skilled clinical staff. Virtual reality (VR) presents an opportunity to develop novel assessment tools for patients with USN.
We aimed to design and build a VR tool to detect and characterize subtle USN symptoms, and to test the tool on subjects treated with inhibitory repetitive transcranial magnetic stimulation (TMS) of cortical regions associated with USN.
We created three experimental conditions by applying TMS to two distinct regions of cortex associated with visuospatial processing- the superior temporal gyrus (STG) and the supramarginal gyrus (SMG) - and applied sham TMS as a control. We then placed subjects in a virtual reality environment in which they were asked to identify the flowers with lateral asymmetries of flowers distributed across bushes in both hemispaces, with dynamic difficulty adjustment based on each subject's performance. 
We found significant differences in average head yaw between subjects stimulated at the STG and those stimulated at the SMG and marginally significant effects in the average visual axis.
VR technology is becoming more accessible, affordable, and robust, presenting an exciting opportunity to create useful and novel game-like tools. In conjunction with TMS, these tools could be used to study specific, isolated, artificial neurological deficits in healthy subjects, informing the creation of VR-based diagnostic tools for patients with deficits due to acquired brain injury. This study is the first to our knowledge in which artificially generated USN symptoms have been evaluated with a VR task.

The goal was to design, build, and pilot a novel virtual reality task to detect and characterize unilateral spatial neglect, a syndrome affecting 23-46% of acute stroke survivors, expanding the role of virtual reality in the study and management of neurologic disease.

一方的な空間無視を評価するためのバーチャルリアリティツール:データ収集のための新しい機会

Unilateral spatial neglect (USN) is a syndrome characterized by inattention to or inaction in one side of space and affects between 23-46% of acute stroke ...