2019 Fiscal Year Annual Research Report
Identification of molecules targeting cancers and neurons based on molecular tracing
| Project Area | Chemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems |
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| Project/Area Number |
17H06356
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
夏目 敦至 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (30362255)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | ナノテクノロジー / 脳腫瘍 / 検診 / 尿 / リキッドバイオプシー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
尿中細胞外小胞体捕捉ナノワイヤと新規機械学習アルゴリズムを用いた次世代脳腫瘍の診断スクリーニングの開発を行った。体内を循環する細胞外小胞体の内部にはさまざまな生命現象を微調整するmicroRNAの存在が知られている。がんのステージにおいてもmicroRNAが尖兵隊として各種臓器にシグナルを伝達している。当該年度はヒトの生老病死のなかで、尿中に存在する細胞外小胞体に内包されるmicroRNAの次世代尿解析システムにより、５大がんと希少がんと健常人の大規模疫学研究をすることを目的とした。すでに我々はわずか１mLの尿から５大がんである肺がん特異的なmicroRNAをAI（機械学習）により抽出し97%の診断率と感度を達成している。1mL尿を用いたリキッドバイプシーは非侵襲的で簡便な次世代バイオマーカーになること、さらに人工知能は一般的なアルゴリズムでは膨大な変数選択と分類問題を同時に計算できないため、次世代アルゴリズム構築にも取り組んだ。さらに１万人に１人の発症頻度の希少がんである脳腫瘍においても同様の精度を達成した。
我々はSi基板上にナノワイヤを作製したデバイスを用いることで尿1 mLから1300種類以上のmicroRNAを発見した(Science Adv., 3, e1701133 (2017))。我々のこれまでの検討では、尿中microRNAの網羅的解析と人工知能（機械学習）により、肺がんの診断率と感度はそれぞれ97%, 97%であった。これは従来妥当と考えられてきた200-300種類という数値では達成できなかった尿診断による健康な社会を実現するナノワイヤ技術の新展開であり、産業に変革をもたらす基盤技術である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
この研究にて、現在、ひとつの論文を投稿中であり、別の論文を準備中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の特色は、従来は200－300種類のmicroRNAを研究者の知識により10種類程度に絞り込んでからpivotなどにより機械学習をする一方、本研究では1300種類のmicroRNAで網羅的に機械学習による絞り込みを行うことにある。そのため、（１）ナノワイヤで捕捉されるmicroRNAを漏れなく解析できるようデバイスの質を向上し、実用化に向けてコストダウンをする、（２）機械学習のアルゴリズムは膨大な計算量になるため、より現実的な最新のアルゴリズムを構築する、（３）感度を向上し、希少がんである脳腫瘍の検出も可能にする。そのため、多くの健常人のデータと照合する、（４）治療効果のバイオマーカーにする、（５）がん関連のmicroRNAの新規機能開拓を行う。倫理委員会は承認済みで、すでに肺がん100例程度で行っていて97％の精度を実現している。上記の開発を進めながら、脳腫瘍における開発研究を行う。本研究開発の成果は、これまで存在しなかった「がん」モニタリング分野に、客観的な指標をもたらすことで自治体やケアマネージャも参加可能なきめの細かな対応を行うサービス事業と高度な微細加工技術や解析技術を用いたものつくり事業とを融合させた新規産業を創出することが予測され、大きな市場規模を形成すると見込まれる。サービスの事業化のビジネスモデルとして、国内では上述の健康医療事業領域において、メーカーと共に、健康診断を行う検診企業や病院等においてセンシングデバイスを用いて尿からmicroRNAを捕捉して分析を行うサービス事業の中核事業会社に育ててゆく計画である。これによって医療費の削減に資したいと考える。
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Research Products
(19 results)
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[Journal Article] A randomized, double-blind, phase III trial of personalized peptide vaccination for recurrent glioblastoma.2019
Author(s)
Narita Y, Arakawa Y, Yamasaki F, Nishikawa R, Aoki T, Kanamori M, Nagane M, Kumabe T, Hirose Y, Ichikawa T, Kobayashi H, Fujimaki T, Goto H, Takeshima H, Ueba T, Abe H, Tamiya T, Sonoda Y, Natsume A, Kakuma T, Sugita Y, Komatsu N, Yamada A, Sasada T, Matsueda S, Shichijo S, Itoh K, Terasaki M.
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Journal Title
Neuro Oncol.
Volume: 21
Pages: 348-359
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Aberrant Active cis-Regulatory Elements Associated with Downregulation of RET Finger Protein Overcome Chemoresistance in Glioblastoma.2019
Author(s)
Ranjit M, Hirano M, Aoki K, Okuno Y, Ohka F, Yamamichi A, Kato A, Maeda S, Motomura K, Matsuo K, Enomoto A, Ino Y, Todo T, Takahashi M, Wakabayashi T, Kato T, Natsume A.
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Journal Title
Cell Rep.
Volume: 26
Pages: 2274-2281
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Multiplex ligation-dependent probe amplification analysis is useful for detecting a copy number gain of the FGFR1 tyrosine kinase domain in dysembryoplastic neuroepithelial tumors.2019
Author(s)
Matsumura N, Nobusawa S, Ito J, Kakita A, Suzuki H, Fujii Y, Fukuda M, Iwasaki M, Nakasato N, Tominaga T, Natsume A, Mikami Y, Shinojima N, Yamazaki T, Nakazato Y, Hirato J, Yokoo H.
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Journal Title
J Neurooncol.
Volume: 143
Pages: 27-33
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Neurocognitive and functional outcomes in patients with diffuse frontal lower-grade gliomas undergoing intraoperative awake brain mapping.2019
Author(s)
Motomura K, Chalise L, Ohka F, Aoki K, Tanahashi K, Hirano M, Nishikawa T, Yamaguchi J, Shimizu H, Wakabayashi T, Natsume A.
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Journal Title
J Neurosurg.
Volume: 17
Pages: 1－9
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Pathogenic Epigenetic Consequences of Genetic Alterations in IDH-Wild-Type Diffuse Astrocytic Gliomas.2019
Author(s)
Ohka F, Shinjo K, Deguchi S, Matsui Y, Okuno Y, Katsushima K, Suzuki M, Kato A, Ogiso N, Yamamichi A, Aoki K, Suzuki H, Sato S, Arul Rayan N, Prabhakar S, Goke J, Shimamura T, Maruyama R, Takahashi S, Suzumura A, Kimura H, Wakabayashi T, Zong H, Natsume A, Kondo Y.
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Journal Title
Cancer Res.
Volume: 79
Pages: 4814-4827
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Next Generation Sequencing-Based Transcriptome Predicts Bevacizumab Efficacy in Combination with Temozolomide in Glioblastoma.2019
Author(s)
Adilijiang A, Hirano M, Okuno Y, Aoki K, Ohka F, Maeda S, Tanahashi K, Motomura K, Shimizu H, Yamaguchi J, Wakabayashi T, Natsume A.
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Journal Title
Molecules
Volume: 24
Pages: E3046
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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