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Machine learning–based identification and characterization of mast cells in eosinophilic esophagitis - 03/05/24

Doi : 10.1016/j.jaci.2024.01.026 
Simin Zhang, MD a, Julie M. Caldwell, PhD b, Mark Rochman, PhD b, Margaret H. Collins, MD c, d, Marc E. Rothenberg, MD, PhD b,
a Division of Rheumatology, Allergy, and Immunology, Department of Medicine, University of Cincinnati College of Medicine, Cincinnati, Ohio 
b Division of Allergy and Immunology, Department of Pediatrics, Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, University of Cincinnati College of Medicine, Cincinnati, Ohio 
c Division of Pathology and Laboratory Medicine, Department of Pediatrics, Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, University of Cincinnati College of Medicine, Cincinnati, Ohio 
d Department of Pathology and Laboratory Medicine, University of Cincinnati College of Medicine, Cincinnati, Ohio 

Corresponding author: Marc Rothenberg, MD, PhD, Division of Allergy and Immunology, Department of Pediatrics, Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, 3333 Burnet Ave, ML7028, Cincinnati, OH 45229.Division of Allergy and ImmunologyDepartment of PediatricsCincinnati Children’s Hospital Medical Center3333 Burnet AveML7028CincinnatiOH45229

Graphical abstract




Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Background

Eosinophilic esophagitis (EoE) is diagnosed and monitored using esophageal eosinophil levels; however, EoE also exhibits a marked, understudied esophageal mastocytosis.

Objectives

Using machine learning, we localized and characterized esophageal mast cells (MCs) to decipher their potential role in disease pathology.

Methods

Esophageal biopsy samples (EoE, control) were stained for MCs by anti-tryptase and imaged using immunofluorescence; high-resolution whole tissue images were digitally assembled. Machine learning software was trained to identify, enumerate, and characterize MCs, designated Mast Cell–Artificial Intelligence (MC-AI).

Results

MC-AI enumerated cell counts with high accuracy. During active EoE, epithelial MCs increased and lamina propria (LP) MCs decreased. In controls and EoE remission patients, papillae had the highest MC density and negatively correlated with epithelial MC density. MC density in the epithelium and papillae correlated with the degree of epithelial eosinophilic inflammation, basal zone hyperplasia, and LP fibrosis. MC-AI detected greater MC degranulation in the epithelium, papillae, and LP in patients with EoE compared with control individuals. MCs were localized further from the basement membrane in active EoE than EoE remission and control individuals but were closer than eosinophils to the basement membrane in active EoE.

Conclusions

Using MC-AI, we identified a distinct population of homeostatic esophageal papillae MCs; during active EoE, this population decreases, undergoes degranulation, negatively correlates with epithelial MC levels, and significantly correlates with distinct histologic features. Overall, MC-AI provides a means to understand the potential involvement of MCs in EoE and other disorders.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key words : Eosinophilic esophagitis, mast cells, artificial intelligence, machine learning, papillae

Abbreviations used : EoE, eos/hpf, HSS, LP, MC-AI, MC, MFI


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Vol 153 - N° 5

P. 1381 - mai 2024 Retour au numéro
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