In the big data era, the healthcare sector grapples with increased data volumes and the push for more intelligent medical devices. This challenge is marked by data silos, higher data processing needs, and the quest for personalized medicine, emphasizing the importance of integrating and analyzing diverse big data from medical devices. This study employs bibliometric analysis to thoroughly analyze the research trends in big data and medical device research, aiming to identify key developments, patterns, and potential future directions in the field. This study employed the Web of Science Core Collection, BIOSIS Citation Index, and Derwent Innovations Index for conducting keyword searches on 'big data' and 'medical devices', focusing on English-language articles, reviews, and patents, while excluding duplicates. Quantitative analyses and visualizations were facilitated using tools such as R 4.3.1, VOSviewer, CiteSpace, and Tableau. The research assessed the impact of journals and academic contributions through metrics like the impact factor and G-Index. Our analysis covered 592 articles and 795 patents. Notably, the annual growth rate of articles reached 62.19%, with the primary contributions originating from China, the United States, India, and England. Among the identified publications, "IEEE Access" emerged as the most prominent journal. The research identified key trends in the application of big data within medical devices, including the extensive use of artificial intelligence (AI), deep learning, Internet of Things (IoT) technologies, genomic data analysis, and bioinformatics. Case studies show how big data and medical device integration, exemplified by Electronic Health Records (EHRs), Clinical Decision Support Systems (CDSS), and smart wearables, enhance diagnostic efficiency and care quality. The study further identified intensive care units, radiology departments, and oncology as key application departments leveraging this integration. Big data and medical device integration have led to smart healthcare and personalized treatment, improving medical decision accuracy and inspiring new research directions. Future research efforts should explore the potential for incorporating even more expansive datasets and multilingual resources to further maximize the potential of this integration and advance medical technology in disease prevention, diagnosis, treatment, and management.

Abstract In this report we examine candidate pathways perturbed by Compound Kushen Injection (CKI) a Traditional Chinese Medicine (TCM) that we have previously shown to alter the gene expression patterns of multiple pathways and induce apoptosis in cancer cells. We have measured protein levels in HEPG2 and MDA-MB-231 cells for genes in the cell cycle pathway, DNA repair pathway and DNA double strand breaks (DSBs) previously shown to have altered expression by CKI. We have also examined energy metabolism by measuring [ADT]/[ATP] ratio (cell energy charge), lactate production and glucose consumption. Our results demonstrate that CKI can suppress protein levels for cell cycle regulatory proteins and DNA repair while increasing the level of DSBs. We also show that energy metabolism is reduced based on reduced glucose consumption and reduced cellular energy charge. Our results validate these pathways as important targets for CKI. We also examined the effect of the major alkaloid component of CKI, oxymatrine and determined that it had no effect on DSBs, a small effect on the cell cycle and increased the cell energy charge. Our results indicate that CKI likely acts through the effect of multiple compounds on multiple targets where the observed phenotype is the integration of these effects and synergistic interactions.

Abstract Herbal compatibility is the knowledge of which herbs to combine in traditional Chinese medicine (TCM) formulations. The lack of understanding of herbal compatibility is one of the key problems for the application and popularization of TCM in western society. Because of the chemical complexity of herbal medicines, it is simpler to begin to conduct compatibility research based on herbs rather than component plant secondary metabolites. We have used transcriptome analysis to explore the effects and interactions of two plant extracts (Kushen and Baituling) combined in Compound Kushen Injection (CKI). Based on shared chemical compounds and in vitro cytotoxicity comparisons, we found that both the major compounds in CKI, and the cytotoxicity effects of CKI were mainly derived from the extract of Kushen ( Sophorae flavescentis ). We generated and analyzed transcriptome data from MDA-MB-231 cells treated with single-herb extracts or CKI and results showed that Kushen contributed to the perturbation of the majority of cytotoxicity/cancer related pathways in CKI such as cell cycle and DNA replication. We also found that Baituling ( Heterosmilax yunnanensis Gagnep ) could not only enhance the cytotoxic effects of Kushen in CKI, but also activate immune-related pathways. Our analyses predicted that IL-1 β gene expression was upregulated by Baituling in CKI and we confirmed that IL-1 β protein expression was increased using an ELISA assay. Altogether, these findings help to explain the rationale for combining Kushen and Baituling in CKI, and transcriptome analysis using single herb extracts is an effective method for understanding herbal compatibility in TCM.

Cancer metastasis is a major cause of death. Traditional Chinese medicines (TCM) are promising sources of new anti-metastatic agents. Compound Kushen Injection (CKI), extracted from medicinal plants, Kushen (Sophora flavescens) and Baituling (Heterosmilax chinensis), contains a mixture of alkaloids and flavonoids known to disrupt cell cycle and induce apoptosis in breast cancer (MCF7). However, effects on cancer cell migration and invasion have remained unknown. CKI, fractionated mixtures, and single identified components were tested in migration assays with colon (HT-29, SW-480, DLD-1), brain (U-87 MG, U-251 MG), and breast (MDA-MB-231) cancer cell lines. Human embryonic kidney (HEK-293) and human foreskin fibroblast (HFF) served as non-cancerous controls. Wound closure, transwell invasion, and live cell imaging assays showed that CKI reduced motility in all eight cell lines. The greatest inhibition of migration occurred in HT-29 and MDA-MB-231, and the least in HEK-293. Fractionation and reconstitution of CKI showed that combinations of compounds were required for activity. Live cell imaging confirmed CKI strongly reduced migration of HT-29 and MDA-MB-231 cells, moderately slowed brain cancer cells, and had no effect on HEK-293. CKI uniformly blocked invasiveness through extracellular matrix. Apoptosis was increased by CKI in MDA-MB-231 cells but not in non-cancerous cells. Cell viability in CKI was unaffected in all cell lines. Transcriptomic analyses of MDA-MB-231 with and without CKI indicated down-regulated expression of actin cytoskeletal and focal adhesion genes, consistent with the observed impairment of cell migration. The pharmacological complexity of CKI is important for its effective block of cancer cell migration and invasion.

Background: Because Traditional Chinese Medicine (TCM) preparations are often combinations of multiple herbs containing hundreds of compounds, they have been difficult to study. Compound Kushen Injection (CKI) is a complex mixture cancer treatment used in Chinese hospitals for over twenty years. Purpose: To demonstrate that a systematic analysis of molecular changes resulting from complex mixtures of bioactives from TCM can identify a core set of differentially expressed (DE) genes and a reproducible set of candidate pathways. Study Design: We used a cancer cell culture model to measure the effect of CKI on cell cycle phases, apoptosis and correlate those phenotypes with CKI induced changes in gene expression. Methods: We treated cancer cells with CKI in order to generate and analyse high-throughput transcriptome data from two cancer cell lines. We integrated these differential gene expression results with previously reported results. Results: CKI induced cell-cycle arrest and apoptosis and altered the expression of 363 core candidate genes associated with cell cycle, apoptosis, DNA replication/repair and various cancer pathways. Of these, 7 are clinically relevant to cancer diagnosis or therapy and 14 are cell cycle regulators, and most of these 21 candidates are downregulated by CKI. Comparison of our core candidate genes to a database of plant medicinal compounds and their effects on gene expression identified one-to-one, one-to-many and many-to-many regulatory relationships between compounds in CKI and DE genes. Conclusions: By identifying promising candidate pathways and genes associated with CKI based on our transcriptome-based analysis, we have shown this approach is useful for the systematic analysis of molecular changes resulting from complex mixtures of bioactives. Keywords: Compound Kushen Injection, cancer cell, transcriptome, multiple targets, cell cycle, apoptosis

Nearly half of the human genome is made up of transposable elements (TEs) and there is evidence that TEs are involved in gene regulation. Here, we have integrated publicly available genomic, epigenetic and transcriptomic data to investigate this in a genome-wide manner. A bootstrapping statistical method was applied to minimize the confounder effects from different repeat types. Our results show that although most TE classes are primarily associated with reduced gene expression, Alu elements are associated with up regulated gene expression. Furthermore, Alu elements had the highest probability of any TE class of contributing to regulatory regions of any type defined by chromatin state. This suggests a general model where clade specific SINEs may contribute more to gene regulation than ancient/ancestral TEs. Finally, non-coding regions were found to have a high probability of TE content within regulatory sequences, most notably in repressors. Our exhaustive analysis has extended and updated our understanding of TEs in terms of their global impact on gene regulation, and suggests that the most recently derived types of TEs, i.e. clade or species specific SINES, have the greatest overall impact on gene regulation.

Abstract Type I regulatory (Tr1) cells contribute to immune suppression in the context of chronic infection, autoimmunity, and transplant tolerance. However, their physiological relevance in the resolution of acute respiratory infection is not understood. Here, we identify Tr1 cells accumulating in the lung parenchyma during resolution of the response to sublethal influenza A virus infection in mice. Tr1 cells were dependent on IL-27Rα and in their absence recovery from IAV-induced weight loss is impaired. Notably, these Tr1 cells did not necessarily co-express the typical Tr1 markers LAG-3 and CD49b, with four distinct populations of Tr1 cells apparent in the lungs. Each population was suppressive and were differentially dependent on IL-10 to mediate suppression. Transcriptional analysis revealed a core Tr1 gene signature in each population and distinct expression profiles indicative of different states of activation and differentiation. Finally, sort-transfer experiments indicated non-linear plasticity between these subsets of Tr1 cells. Together, these data support Tr1 cells contributing to the resolution of acute inflammation and define novel Tr1 cell phenotypes in acute infection.

ABSTRACT Damage in COVID-19 results from both the SARS-CoV-2 virus and its triggered overreactive host immune responses. Therapeutic agents that focus solely on reducing viral load or hyperinflammation fail to provide satisfying outcomes in all cases. Although viral and cellular factors have been extensively profiled to identify potential anti-COVID targets, new drugs with significant efficacy remain to be developed. Here, we report the potent preclinical efficacy of ALD-R491, a vimentin-targeting small molecule compound, in treating COVID-19 through its host-directed antiviral and anti-inflammatory actions. We found that by altering the physical properties of vimentin filaments, ALD-491 affected general cellular processes as well as specific cellular functions relevant to SARS-CoV-2 infection. Specifically, ALD-R491 reduced endocytosis, endosomal trafficking, and exosomal release, thus impeding the entry and egress of the virus; increased the microcidal capacity of macrophages, thus facilitating the pathogen clearance; and enhanced the activity of regulatory T cells, therefore suppressing the overreactive immune responses. In cultured cells, ALD-R491 potently inhibited the SARS-CoV-2 spike protein and human ACE2-mediated pseudoviral infection. In aged mice with ongoing, productive SARS-CoV-2 infection, ALD-R491 reduced disease symptoms as well as lung damage. In rats, ALD-R491 also reduced bleomycin-induced lung injury and fibrosis. Our results indicate a unique mechanism and significant therapeutic potential for ALD-R491 against COVID-19. We anticipate that ALD-R491, an oral, fast-acting, and non-toxic agent targeting the cellular protein with multipart actions, will be convenient, safe, and broadly effective, regardless of viral mutations, for patients with early- or late-stage disease, post-COVID complications and other related diseases. IMPORTANCE With the Delta variant currently fueling a resurgence of new infections in the fully-vaccinated population, developing an effective therapeutic drug is especially critical and urgent in fighting COVID-19. In contrast to the many efforts to repurpose existing drugs or address only one aspect of COVID-19, we are developing a novel agent with first-in-class mechanism-of-actions that address both the viral infection and the overactive immune system in the pathogenesis of the disease. Unlike virus-directed therapeutics that may lose efficacy due to viral mutations and immunosuppressants that require ideal timing to be effective, this agent, with its unique host-directed antiviral and anti-inflammatory actions, can work against all variants of the virus, be effective during all stages of the disease, and even resolve post-disease damage and complications. A further development of the compound will provide an important tool in the fight against COVID-19, its complications, as well as future outbreaks of new viruses.