最新の研究！新しい人工知能モデルは脳神経膠腫治療の効果を予測できる

神経膠腫は脳のグリア細胞から発生する腫瘍であり、成人における最も一般的な原発性頭蓋内腫瘍です。わが国における脳神経膠腫の年間発症率は10万人あたり5～8例であり、5年死亡率は全身性腫瘍の中で膵臓がんと肺がんに次いで2番目に高い。しかし、神経膠腫発症の根本的なメカニズムはまだ不明です。現在、特定されている 2 つのリスク要因は、高線量の電離放射線への曝露と、まれな症候群に関連する高浸透度の遺伝子変異です。

脳神経膠腫の標準的な治療法は、主に外科的切除であり、これに放射線療法と化学療法薬テモゾロミド（TMZ）を組み合わせたものです。手術により臨床症状が緩和され、生存期間が延長されますが、ほぼすべての患者が脳神経膠腫の再発の問題に直面するため、通常、患者の寿命は約 3 か月しか延長できません。医学界は、この標準治療がなぜ神経膠腫を悪化させるのかをまだ解明していない。

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この謎を解明するために、香港科技大学生命科学部および化学生物工学科の生命科学准教授である王吉光教授と夏立雷女史が率いる研究チームは、182人の東アジア人患者を含む544人の神経膠腫患者の腫瘍分子サンプルと臨床データを包括的に分析し、さまざまな種類の神経膠腫の進化のゲノムおよびトランスクリプトームの予測因子を特定しました。関連する結果は Science Translational Medicine に掲載されました。

研究チームはビッグデータ分析を通じて、TMZ耐性と脳神経膠腫の急速な進行に関連するいくつかの早期予測因子を発見した。例えば、患者が最初に診断されたときに、特定の遺伝子の数が増加していたり​​、特定の遺伝子が過剰に刺激されていたり、特定の遺伝子が欠落していたり​​すると、後期に腫瘍が急速に進行する可能性が高くなります。神経膠腫の再発の早期予測因子の発見は、この悪性腫瘍に対する正確な治療選択肢の開発に役立ち、患者に利益をもたらすでしょう。

研究チームはさらに、東アジア人の脳腫瘍における遺伝子変異は白人のものと大きく異なることを発見した。例えば、東アジアの患者の脳腫瘍では、染色体 7 の増幅や染色体 10 の欠失が起こる可能性は低いですが、MYC 重複遺伝子の増幅が起こる可能性は比較的高いです。神経膠腫の高リスク因子である rs55705857(G) は、白人患者によく見られますが、東アジアの集団ではほとんど発生しません。王継光教授は、これらの研究結果はがん患者に対する個別化された治療計画を開発することの重要性を裏付けるものだと述べた。

画像出典：国立がん研究所

患者の治療の進捗と結果をより適切に評価するために、研究チームは、初期診断後の患者の状態を評価するためのCELLO2と呼ばれる人工知能モデルも開発しました。訓練されたモデルは、TMZ 化学療法下で再発腫瘍が悪化するかどうかを正確に予測し、高リスク患者を特定できます。このモデルは公開インタラクティブ ウェブサイト (CELLO2) で公開されており、患者と医師に脳神経膠腫の長期追跡データベースも提供されます。

論文の共同筆頭著者であり、首都医科大学北京天壇病院教授、北京神経外科研究所所長の姜涛教授は次のように述べた。 「CELLO2は、原発腫瘍の分子特性に基づいて再発腫瘍のグレードが高いか薬剤耐性があるかを予測できる初の効果的なツールであり、患者の臨床管理や患者の予後予測に重要な参考資料を提供します。」

今後、王継光教授率いるチームは、さらに多くの患者データを統合し、機械学習モデルをさらに最適化し、医療画像とマルチオミクスデータを統合した人工知能プラットフォームを開発して、精密神経腫瘍学の発展を促進する予定です。

画像出典: unsplash.com 撮影者: Markus Spiske

企画・制作

著者: 曽新月、ポピュラーサイエンスクリエイター

査読者：中国医師会科学普及部部長兼研究員 唐秦

編集者：チー・ユアン