AI liquid biopsyが駆動する膵癌微小環境多様性解析と治療抵抗性打破

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K08799
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 種村 匡弘 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教員 (30379250)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三善 英知 大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (20322183) ; 小林 省吾 大阪大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (30452436)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 膵癌 / 微小循環癌細胞 / リキッドバイオプシー / ゲノム解析 / 人工知能 / バイオマーカー / テロメスキャン / シングルセル解析

Outline of Annual Research Achievements

【背景・目的】末梢血liquid biopsyとして循環癌細胞(CTC)がある。テロメスキャンを応用しR-およびBR-膵癌 (PK) 患者末梢血よりviabilityを加味したCTCの可視化に成功した。本研究ではPK患者におけるCTC検出の意義、原発腫瘍、癌転移リンパ節、CTCを含めたPD-L1発現分布を解析した。【治療・対象】根治切除できたPK 39例を解析した。Upfront surgery群[Up群]では術前/後に、NACRT群[N群:RT+GEM+S-1]ではNACRT前/後・術後の3点解析した。【結果】[Up群]男/女＝12/12、計24例、年齢中央値73歳。術前/後共にCTC陰性例は6例で腹膜再発1例を除く5例全例無再発生存した。術前/後のいずれかまたは術前/後両点でCTC陽性例は18例で、内13例は根治切除できたが術後早期再発した。 [N群]男/女＝4/11、計15例、年齢中央値は67歳。5例で3点すべてCTCを認めず、全例無再発生存した。NACRT前よりCTC陽性6例では、5例がNACRT後CTC数が有意に増加、3例で早期肝転移再発した。いずれかの検出点でv-CTC 陽性の10例では3例のみ再発した。[PD-L1発現] Up群:18例、N群:3例を解析した。Up群原発腫瘍での発現は0%/10%/20%/40%=6/6/4/2例で、CTC発現率は術前/後=97%/81%で高率であった。リンパ節では12例でリンパ節転移を認め、内4例のみ微弱発現していた。N群原発腫瘍では全例陰性で、CTC発現率はNACRT前/後/術後=50%/96%/50%であった。2例でリンパ節転移を認めたがPD-L1は陰性であった。【結語】治療前CTC遊出の有無によりRTを用いるか否かの治療選択が可能で、免疫checkpoint阻害剤によるCTC targeting効果が期待できる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

膵癌予後を予測するバイオマーカーとして注目されている血中微小循環癌細胞（CTCs）を検出する検査法を確立できた。すなわち、新しいリキッドバイオプシー技術であるテロメスキャン（OBP-401）を用いて特異的に生きた癌細胞検出する方法を確立できた。さらに、これまでは癌細胞の検出を目視法で行っていたが、CYBO社との共同研究で開発したAI: TCAS-1を用いて染色した細胞をスクリーニングし、生きたCTCs検出法を樹立することができ、大幅に細胞選定の作業効率がアップした。
また、α-gal-GDを応用した糖鎖医薬の創製については、4種類のGlcNAc修飾グルカンデンドリマー(GD10-N10, GD10-N20, GD10-N40, GD35-N15)にα-galエピトープを結合させ、最もヒト抗原提示細胞が認識しやすいα-gal-GD分子をα-gal-GD10-N40に決定できた。今後は、膵癌ワクチン療法に用いられているMUC1ペプチドに結合させα-gal-GD-MUC1複合体を合成する。このワクチンマテリアルを用いて抗MUC1抗体誘導の有無を確認していく。
上記のように、研究計画に沿って概ね順調に進捗していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

AI駆動リキッドバイオプシーについては、T-CAS1細胞検出ソフトを応用して、より高速に、より正確にテロメスキャンで蛍光発症させた微小循環癌細胞を検出できるシステムを構築していく。この検査法構築には、やはり血中の癌細胞を特異的に濃縮し、テロメスキャンで感染、蛍光染色させる必要があり、細胞処理法の改良も進めていく。最終目標は臨床応用できる技術に進展することを目指す。
また、2022年度でヒトに認識されやすいα-gal-GDをα-gal-GD10-N40に決定できた。このα-gal-GDをMUC1 peptideさらに膵癌分子標的薬に結合させ、膵癌細胞をターゲティングできるα-gal-GD複合体を探求する。MUC1との結合については、通常使用されている長さのペプチドで抗腫瘍免疫を誘導できるか、長いペプチドでのMUC1で、生体内での分解速度が遅いMUC1とα-gal-GDとを結合させる必要があるのか探求していく方針である。また、より強力な抗腫瘍免疫を誘導すべくT cell epitopesも追加結合させ、腫瘍特異的CD8 CTLの誘導も可能であるか探求していく。 さらにリポソームワクチンの合成、実験動物投与にも広げていく。

Causes of Carryover

BR-およびR-膵癌患者の抹消血液および術中門脈血を用いたCTCの検出は予後予測の有用なバイオマーカーであることが明らかにできた。将来の臨床応用を目指して、より感度が高く、効率的に染色細胞を判定できる検査システムを構築すべくAIを用いた細胞検出ソフトをCYBO社と共同開発した。今回の研究では染色細胞からより正確に生きた癌細胞を検出すべく癌陽性細胞の蛍光発色データをAIに読み込ませるパイロットスタデイーを兼ねてCTC検出を実施した。そのため、当初予定していたCTC検査費用がかなり安価に収めることができた。そのため、次年度に研究費を回すことができた。
2023年度は生体内で長期残留できるα-gal-グルカンデンドリマーの構造決定や開発したワクチンが実際に生体内で癌細胞を破壊し、予後改善効果が診られるのかを検証すべくin vivo PDX modelの作成を予定している。次年度繰越金によりこの動物実験に使用するNOD/SCIDmice購入の費用に充てる予定である。 来年度に繰り越した研究費および来年度の研究費を有効に使用し、本研究を予定通り進める所存である。

Research Products

• [Journal Article] Rubicon can predict prognosis in patients with pancreatic ductal adenocarcinoma after neoadjuvant chemoradiotherapy. (2023)
  • Author(s): Marukawa D, Gotoh K, Kobayashi S, Sasaki K, Iwagami Y, Yamada D, Tomimaru Y, Akita H, Asaoka T, Noda T, Takahashi H, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Int J Clin Oncol. Volume: 28 Pages: 576-586
  • DOI: 10.1007/s10147-023-02306-0.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Successful multimodal therapy for the metastasis of ascending colon after curative resection of esophageal cancer: a case report with long-term survival. (2023)
  • Author(s): Uotani T, Tanemura M, Matsuda H, Matsumoto K, Higashi S, Nonaka R, Wakasugi M, Miyake M, Fujii T, Furukawa H.
  • Journal Title: Clin J Gastroenterol. Volume: 16 Pages: 13-19
  • DOI: 10.1007/s12328-022-01728-z.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prognostic value of functional SMAD4 localization in extrahepatic bile duct cancer. (2022)
  • Author(s): Takayama H, Kobayashi S, Gotoh K, Sasaki K, Iwagami Y, Yamada D, Tomimaru Y, Akita H, Asaoka T, Noda T, Wada H, Takahashi H, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: World J Surg Oncol. Volume: 20 Pages: 291-292
  • DOI: 10.1186/s12957-022-02747-3.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tumor endothelial cell-induced CD8+ T-cell exhaustion via GPNMB in hepatocellular carcinoma. (2022)
  • Author(s): Sakano Y, Noda T, Kobayashi S, Sasaki K, Iwagami Y, Yamada D, Tomimaru Y, Akita H, Gotoh K, Takahashi H, Asaoka T, Tanemura M, Wada H, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 113 Pages: 1625-1638
  • DOI: 10.1111/cas.15331.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inhibition of Clusterin Represses Proliferation by Inducing Cellular Senescence in Pancreatic Cancer. (2022)
  • Author(s): Mitsufuji S, Iwagami Y, Kobayashi S, Sasaki K, Yamada D, Tomimaru Y, Akita H, Asaoka T, Noda T, Gotoh K, Takahashi H, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Ann Surg Oncol. Volume: 29 Pages: 4937-4946
  • DOI: 10.1245/s10434-022-11668-0.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Novel Mechanism of Suppressing Proliferation After Inhibition of Clusterin in Pancreatic Cancer. (2022)
  • Author(s): Mitsufuji S, Iwagami Y, Kobayashi S, Sasaki K, Yamada D, Tomimaru Y, Akita H, Asaoka T, Noda T, Gotoh K, Takahashi H, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Ann Surg Oncol. Volume: 29 Pages: 4947-4948
  • DOI: 10.1245/s10434-022-11745-4.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A giant esophageal liposarcoma radically resected by the cervical approach: a case report. (2022)
  • Author(s): Furukawa H, Tanemura M, Matsuda H, Uotani T, Matsumoto K, Okuno J, Higashi S, Nonaka R, Tsunashima R, Wakasugi M, Miyake M, Iiboshi Y.
  • Journal Title: Clin J Gastroenterol. Volume: 15 Pages: 71-76
  • DOI: 10.1007/s12328-021-01550-z.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Differences in risk factors for surgical site infection between laparotomy and laparoscopy in gastrointestinal surgery. (2022)
  • Author(s): Utsumi M, Yamada T, Yamabe K, Katsura Y, Fukuchi N, Fukunaga H, Tanemura M, Shimizu J, Kagawa Y, Kobayashi S, Takahashi H, Tanaka K, Mizushima T, Eguchi H, Nakayama N, Makimoto K, Doki Y.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 17 Pages: e0274887
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0274887.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Change Impact of Body Composition During Neoadjuvant Chemoradiotherapy in Patients with Resectable and Borderline Resectable Pancreatic Ductal Adenocarcinoma Undergoing Pancreatectomy. (2022)
  • Author(s): Takaichi S, Tomimaru Y, Kobayashi S, Toya K, Sasaki K, Iwagami Y, Yamada D, Noda T, Takahashi H, Asaoka T, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Ann Surg Oncol. Volume: 30 Pages: 2458-2468
  • DOI: 10.1245/s10434-022-12985-0.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enterococcus spp. have higher fitness for survival, in a pH-dependent manner, in pancreatic juice among duodenal bacterial flora. (2022)
  • Author(s): Itoyama S, Noda E, Takamatsu S, Kondo J, Kawaguchi R, Shimosaka M, Fukuoka T, Motooka D, Nakamura S, Tanemura M, Mitsufuji S, Iwagami Y, Akita H, Tobe T, Kamada Y, Eguchi H, Miyoshi E.
  • Journal Title: JGH Open. Volume: 6 Pages: 85-90
  • DOI: 10.1002/jgh3.12703.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Development of modified telomerase-specific adenovirus-based identification for viable-peritoneal tumor cells in peritoneal lavage fluid in resectable pancreatic cancer (2022)
  • Author(s): Masahiro Tanemura, Kenta Furukawa, Manabu Mikamori, Tadafumi Asaoka, Yasuo Urata, Kentaro Kishi, Daisaku Yamada, Shogo Kobayashi, Hidetoshi Eguchi
  • Organizer: American Association for Cancer Research (AACR) Annual Meeting 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cell viabilityを加味した腹腔洗浄細胞診からみた膵癌外科治療の治療選択 (2022)
  • Author(s): 種村匡弘、古川健太、三賀森学、浅岡忠史、松本謙二、若杉正樹、浦田泰生
  • Organizer: 第122回 日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] Novel liquid biopsy for viable-peritoneal tumor cells in peritoneal lavage fluid in resectable pancreatic cancer (2022)
  • Author(s): Masahiro Tanemura, Kenta Furukawa, Manabu Mikamori, Tadafumi Asaoka, Daisaku Yamada, Shogo Kobayashi, Hidetoshi Eguchi
  • Organizer: 第34回 日本肝胆膵外科学会・学術集会
• [Presentation] 細胞活性を加味した腹腔内洗浄細胞診を応用した膵癌治療選択 ―AIを応用した自動癌細胞検出の試み― (2022)
  • Author(s): 種村匡弘、古川健太、三賀森学、浅岡忠史、松本謙一、若杉正樹、山田大作、小林省吾、江口英利
  • Organizer: 第77回 日本消化器外科学会総会
• [Presentation] 膵癌患者末梢血リキッドバイオプシーによる術前治療選択の可能性と免疫checkpoint阻害剤の有用性 (2022)
  • Author(s): 種村匡弘、古川健太、三賀森学、浅岡忠史、松本謙一、柏崎正樹、山田大作、小林省吾、江口英利
  • Organizer: 第84回 日本臨床外科学会総会