Healthy Research Rewards
ResearchHub is incentivizing healthy research behavior. At this time, first authors of open access papers are eligible for rewards. Visit the publications tab to view your eligible publications.
Got it
KH
Khan Hekmatyar
Author with expertise in Diffusion Magnetic Resonance Imaging
Achievements
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
5
(100% Open Access)
Cited by:
8
h-index:
8
/
i10-index:
8
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Early Detection and Staging of Lung Fibrosis Enabled by Collagen-Targeted MRI Protein Contrast Agent

Oluwatosin Ibhagui et al.May 22, 2023
Chronic lung diseases, such as idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) and chronic obstructive pulmonary disease (COPD), are major leading causes of death worldwide and are generally associated with poor prognoses. The heterogeneous distribution of collagen, mainly type I collagen associated with excessive collagen deposition, plays a pivotal role in the progressive remodeling of the lung parenchyma to chronic exertional dyspnea for both IPF and COPD. To address the pressing need for noninvasive early diagnosis and drug treatment monitoring of pulmonary fibrosis, we report the development of human collagen-targeted protein MRI contrast agent (hProCA32.collagen) to specifically bind to collagen I overexpressed in multiple lung diseases. When compared to clinically approved Gd3+ contrast agents, hProCA32.collagen exhibits significantly better r1 and r2 relaxivity values, strong metal binding affinity and selectivity, and transmetalation resistance. Here, we report the robust detection of early and late-stage lung fibrosis with stage-dependent MRI signal-to-noise ratio (SNR) increase, with good sensitivity and specificity, using a progressive bleomycin-induced IPF mouse model. Spatial heterogeneous mapping of usual interstitial pneumonia (UIP) patterns with key features closely mimicking human IPF, including cystic clustering, honeycombing, and traction bronchiectasis, were noninvasively detected by multiple MR imaging techniques and verified by histological correlation. We further report the detection of fibrosis in the lung airway of an electronic cigarette-induced COPD mouse model, using hProCA32.collagen-enabled precision MRI (pMRI), and validated by histological analysis. The developed hProCA32.collagen is expected to have strong translational potential for the noninvasive detection and staging of lung diseases, and facilitating effective treatment to halt further chronic lung disease progression.
1

Tracing cortical circuits in humans and non-human primates from high resolution connectomic, transcriptomic, and temporal dimensions

Christine Charvet et al.Apr 30, 2021
Abstract The neural circuits that support human cognition are a topic of enduring interest. Yet, the lack of tools available to map human brain circuits has precluded our ability to trace the human and non-human primate connectome. We harnessed high-resolution connectomic, anatomic, and transcriptomic data to investigate the evolution and development of frontal cortex circuitry. We applied machine learning to RNA sequencing data to find corresponding ages between humans and macaques and to compare the development of circuits across species. We transcriptionally defined neural circuits by testing for associations between gene expression and white matter maturation. We then considered transcriptional and structural growth to test whether frontal cortex circuit maturation is unusually extended in humans relative to other species. We also considered gene expression and high-resolution diffusion MR tractography of adult brains to test for cross-species variation in frontal cortex circuits. We found that frontal cortex circuitry development is extended in primates, and concomitant with an expansion in cortico-cortical pathways compared with mice in adulthood. Importantly, we found that these parameters varied relatively little across humans and studied primates. These data identify a surprising collection of conserved features in frontal cortex circuits across humans and Old World monkeys. Our work demonstrates that integrating transcriptional and connectomic data across temporal dimensions is a robust approach to trace the evolution of brain connectomics in primates. Significance Statement We lack appropriate tools to visualize the human brain connectome. We develop new approaches to study connections in the human and non-human primate brains. The integration of transcription with structure offers an unprecedented opportunity to study circuitry evolution. Our integrative approach finds corresponding ages across species and transcriptionally defines neural circuits. We used this information to test for variation in circuit maturation across species and found a surprising constellation of similar features in frontal cortex neural circuits across humans and primates. Integrating across scales of biological organization expands the repertoire of tools available to study connections in primates, which opens new avenues to study connections in health and diseases of the human brain.
2

Evaluating Quantitative and Functional MRI As Potential Techniques to Identify the Subdivisions in the Human Lateral Geniculate Nucleus

Irem Yildirim et al.Nov 16, 2022
Abstract Segmenting the magnocellular (M) and parvocellular (P) divisions of the human lateral geniculate nucleus (LGN) has been challenging yet remains an important goal because the LGN is the only place in the brain where these two information streams are spatially disjoint and can be studied independently. Previous research used the amplitude of responses to different types of stimuli to separate M and P regions (Denison et al., 2014; Zhang et al., 2015). However, this method is confounded because the hilum region of the LGN exhibits greater response amplitudes to all stimuli and can be mistaken for the M subdivision (DeSimone & Schneider, 2019). Therefore, we have employed two independent methodologies that do not rely upon the functional response properties of the M and P neurons to segment the M and P regions: 1) structural quantitative MRI (qMRI) at 3T to measure the T1 relaxation time, and 2) monocular and dichoptic functional MRI (fMRI) procedures to measure eye-specific responses. Our qMRI results agreed with the anatomical expectations, identifying M regions on the ventromedial surface of the LGN. The monocular fMRI procedure was better than the dichoptic condition to identify the eye-dominance signals. Both procedures revealed significant right eye bias, and neither could reliably identify the first M layer of the LGN. These findings indicated that the qMRI methods are promising whereas the functional identification of contralateral layers requires further refinement. Highlights T1 parameter in qMRI segregates M and P regions of LGN in individual subjects at 3T. Eye-specific voxels in LGN respond more strongly to monocular than dichoptic viewing. Clusters of eye-specific regions but not layers can be separated at 1.5 mm resolution.
1

Therapeutic mitigation of measles-like immune amnesia and exacerbated disease after prior respiratory virus infections in ferrets

Robert Cox et al.Sep 2, 2023
Summary After years of the COVID-19 pandemic, over 40 million children worldwide are at risk of measles due to delayed vaccination 1 and temporary SARS-CoV-2 viral dominance 2 . Acute measles has a case-fatality rate of ∼1%, but most morbidity and mortality arise post-measles due to destruction of pre-existing immune memory by lymphotropic measles virus (MeV) 3,4 , a paramyxovirus of the Morbillivirus genus. MeV-induced immune amnesia is not mitigated by post-exposure vaccination and the impact of unrelated respiratory virus disease history on measles severity has not been defined. We used a lethal canine distemper virus (CDV)-ferret model as surrogate for human morbillivirus disease 5 and employed the orally efficacious broad-spectrum paramyxovirus polymerase inhibitor GHP-88309 6 to establish measles treatment paradigms. Applying a receptor tropism-intact recombinant CDV with low lethality, we provide in vivo confirmation of the morbillivirus immune amnesia hypothesis and reveal an 8-day advantage of antiviral treatment versus therapeutic vaccination in preserving immune memory. Infection of ferrets with non-lethal influenza A virus (IAV) A/CA/07/2009 (H1N1) or respiratory syncytial virus (RSV) four weeks prior to CDV caused exacerbated CDV disease that rapidly advanced to fatal hemorrhagic pneumonia associated with lung onslaught by commensal bacteria. RNAseq of BAL samples and lung tissue identified CDV-induced expression of trefoil factor (TFF) peptides, which was absent in animals pre-infected with IAV, thus highlighting that immune priming by unrelated respiratory viruses influences morbillivirus infection outcome. Non-invasive pulmonary ferret MRI revealed that severe outcomes of consecutive IAV/CDV infections were prevented by oral GHP-88309 treatment even when initiated after peak clinical signs of CDV. These findings validate the morbillivirus immune amnesia hypothesis, define treatment paradigms for measles, identify prior disease history as risk factor for exacerbated morbillivirus disease, and demonstrate that treating morbillivirus infection with direct-acting oral antivirals provides therapeutic benefit regardless of whether the time window to mitigate primary clinical signs of infection has closed.
0

From circuits to lifespan: translating mouse and human timelines with neuroimaging based tractography

Nicholas Cottam et al.Jul 29, 2024
Age is a major predictor of developmental processes and disease risk, but humans and model systems (e.g., mice) differ substantially in the pace of development and aging. The timeline of human developmental circuits is well known. It is unclear how such timelines compare to those in mice. We lack age alignments across the lifespan of mice and humans. Here, we build upon our Translating Time resource, which is a tool that equates corresponding ages during development. We collected 477 time points (n=1,132 observations) from age-related changes in body, bone, dental, and brain processes to equate corresponding ages across humans and mice. We acquired high-resolution diffusion MR scans of mouse brains (n=12) at sequential stages of postnatal development (postnatal day 3, 4, 12, 21, 60) to trace the timeline of brain circuit maturation (e.g., olfactory association pathway, corpus callosum). We found heterogeneity in white matter pathway growth. The corpus callosum largely ceases to grow days after birth while the olfactory association pathway grows through P60. We found that a P3 mouse equates to a human at roughly GW24, and a P60 mouse equates to a human in teenage years. Therefore, white matter pathway maturation is extended in mice as it is in humans, but there are species-specific adaptations. For example, olfactory-related wiring is protracted in mice, which is linked to their reliance on olfaction. Our findings underscore the importance of translational tools to map common and species-specific biological processes from model systems to humans.