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

2023 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 / 腹腔内遊離癌細胞 / 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 / 微小循環癌細胞

Outline of Annual Research Achievements

【背景】膵癌(PK)外科治療における腹腔洗浄細胞診(CY)陽性症例は2022年の最新版本邦膵癌診療ガイドラインではCY陽性膵癌に対し膵切除先行は推奨されないと記載された。しかし通常型CY検査では腹腔浮遊癌細胞(PTC)のviabilityが加味されず腹膜再発を正確に予測できない。【目的】ウイルス製剤TelomeScanを応用しPTCを蛍光可視化、viabilityを加味したhigh-quality CYの診断能を評価した。【方法】PK53例を対象とし開腹時にパパニコロウ、MOC-31染色を基軸としたconventional CY(conv-CY)と同時にCEA, CA19-9, EpCAM免染を付加したTelomeScan CY(Telo-CY)を実施し予後、腹膜再発との関連を解析した。【結果】男：女＝30：23、計53例、年齢中央値72歳(53~87)、全例肉眼的播種は認めず根治切除できた。CY判定では6例でconv-CY(+)、12例でTelo-CY(+)と診断した。CY組み合わせではconv-CY(+)/Telo-CY(+):2例、conv-CY(+)/Telo-CY(-):3例、conv-CY class III/Telo-CY(-):2例、conv-CY(-)/Telo-CY(+):10例、conv-CY(-)/ Telo-CY(-):36例であった。conv-CY(+)/Telo-CY(+)2例は共に術後8カ月で腹膜再発した。conv-CY(+) onlyおよびclassIII/ Telo-CY(-)5例では全例腹膜再発はなかった。Telo-CY(+) onlyの10例では6例(60%)に腹膜再発した。conv-CY(-)/ Telo-CY(-)36例では3例(8.7%)のみ腹膜再発しTelo-CYが腹膜再発に高い感度を示した。【結語】high-quality Telo-CYは腹膜再発の予測ツールとして有用であることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

令和4年度の研究では、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・可視化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）を用いて血中に浮遊循環している生きた癌細胞を特異的に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を特異的に検出する方法を樹立することができ大幅に細胞検出の作業効率がアップした。
令和5年度では、このリキッドバイオプシー技術を応用し腹腔内遊離癌細胞を術中腹腔内洗浄細胞診に応用することで生きた腹腔内遊離癌細胞（PTCs）を検出し、従来の腹腔内洗浄細胞診との癌細胞診断能、腹膜再発予測の確実性を比較した。結果として、テロメスキャン応用腹腔洗浄細胞診が腹膜再発予測、予後における有用なバイオマーカーであることを示唆できた。
また、α-gal-GDを応用した糖鎖医薬の創製については、抗膵癌細胞抗体の誘導効率向上を狙いα-gal-GDをリポゾームに包埋した糖鎖改変リポゾームワクチンの合成に注力した。現在、α-gal-GD-MUC1を直接結合させた糖鎖改変ワクチンマテリアルをリポゾームに結合させる作業に入っている。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技術の構築については、サイボ社との共同研究で開発した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色させた微小循環癌細胞および腹腔内遊離癌細胞を検出できるよう、より多くの癌細胞画像情報をAIに取り込み細胞自動検出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および腹腔内の癌細胞を効率的に濃縮し、テロメスキャンで感染、癌細胞のみを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。最終目標は一般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とMUC1 peptideさらに膵癌分子標的薬に結合させ、膵癌細胞を特異的にターゲティングできるα-gal-GD-MUC1ワクチンマテリアルおよびα-gal-GD-分子標的薬複合体を合成し、その抗癌効果を探求する。また、抗膵癌抗体誘導効果を上げるべくα-gal-GD-MUC1をリポソームに包埋した糖鎖改変リポソームワクチンの合成にも注力していく。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。 今後の動物実験実施場所として阪大保健学科動物実験施設に必要なa1,3 GT KO miceをSPF化し導入することで実験効率を上げていく。

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、効率的に染色した癌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開発していく。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GFP蛍光陽性の癌細胞の発色データをAIに読み込ませるpilot studyを兼ねてCTC検出を実施したため、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。また、BR-およびR-膵癌患者の手術時の腹腔内洗浄細胞診を行う際にテロメスキャンを用いた腹腔内遊離癌細胞の検出と予後・腹膜再発との関連を解析しテロメスキャン腹腔内洗浄細胞診の精度が通常のパパニコロ染色を用いた細胞診より感度が高いことを示すことができた。この解析に用いたテロメスキャン検査代もpilot studyとして安価に実施することができたため次年度に繰り越す研究費を捻出することができた。2024年度は生体内で長期残留できるリポゾーム包埋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。次年度繰越金を用いて動物実験に使用するNOD/SCIDmiceの購入費用に充てる予定である。

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] ASO Author Reflections: Neoadjuvant Chemoradiotherapy for Patients with Resectable and Borderline Resectable Pancreatic Ductal Adenocarcinoma Undergoing Pancreatectomy Changes Body Composition Influencing Long-term Outcomes. (2023)
  • 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: 2469-2470
  • DOI: 10.1245/s10434-022-13024-8.
  • 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] Efficacy of Autologous Skeletal Myoblast Cell Sheet Transplantation for Liver Regeneration in Liver Failure. (2023)
  • Author(s): Toya K, Tomimaru Y, Kobayashi S, Harada A, Sasaki K, Iwagami Y, Yamada D, Noda T, Takahashi H, Kado T, Imamura H, Takaichi S, Chijimatsu R, Asaoka T, Tanemura M, Miyagawa S, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Transplantation. Volume: 107 Pages: e190-e200
  • DOI: 10.1097/TP.0000000000004567.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anti-tumor effect of avadomide in gemcitabine-resistant pancreatic ductal adenocarcinoma. (2023)
  • Author(s): Nishi H, Gotoh K, Tomimaru Y, Kobayashi S, Sasaki K, Iwagami Y, Yamada D, Akita H, Asaoka T, Noda T, Takahashi H, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Cancer Chemother Pharmacol. Volume: 92 Pages: 303-314
  • DOI: 10.1007/s00280-023-04531-w.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ASO Author Reflections: A New Reliable Method of Evaluating Cancer-Associated Fibroblasts in Resected Specimen of Intrahepatic Cholangiocarcinoma. (2023)
  • Author(s): Eguchi S, Yamada D, Kobayashi S, Sasaki K, Iwagami Y, Tomimaru Y, Noda T, Takahashi H, Asaoka T, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Ann Surg Oncol. Volume: 30 Pages: 5429-5430
  • DOI: 10.1245/s10434-023-13671-5.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Ruptured Mucinous Cystadenocarcinoma of the Pancreas Extensively Evaluated Before and After the Rupture: A Case Report. (2023)
  • Author(s): Oyama K, Iwagami Y, Kobayashi S, Sasaki K, Yamada D, Tomimaru Y, Akita H, Noda T, Asaoka T, Nakahira S, Gotoh K, Takahashi H, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Pancreas Volume: 52 Pages: e163-e167
  • DOI: 10.1097/MPA.0000000000002198.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-Term Feasibility of Rescue Reconstruction for Isolated Bile Ducts With Using Cystic Duct in Living Donor Liver Transplantation (2023)
  • Author(s): Kubo M, Tomimaru Y, Gotoh K, Kobayashi S, Marukawa D, Sasaki K, Iwagami Y, Yamada D, Akita H, Noda T, Takahashi H, Asaoka T, Tanemura M, Marubashi S, Nagano H, Dono K, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Transplant Proc. Volume: 55 Pages: 1611-1617
  • DOI: 10.1016/j.transproceed.2023.03.086.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Automated Analysis for the Prevalence of Cancer-Associated Fibroblasts in Resected Specimens of Intrahepatic Cholangiocarcinoma is a Simple and Reliable Evaluation System. (2023)
  • Author(s): Eguchi S, Yamada D, Kobayashi S, Sasaki K, Iwagami Y, Tomimaru Y, Noda T, Takahashi H, Asaoka T, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Ann Surg Oncol. Volume: 30 Pages: 5420-5428
  • DOI: 10.1245/s10434-023-13633-x.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SPARC accelerates biliary tract cancer progression through CTGF-mediated tumor-stroma interactions: SPARC as a prognostic marker of survival after neoadjuvant therapy. (2023)
  • 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: J Cancer Res Clin Oncol. Volume: 149 Pages: 10935-10950
  • DOI: 10.1007/s00432-023-04835-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pancreatic cancer near the splenic hilum has a higher likelihood of splenic vessel invasion and unfavorable survival. (2023)
  • Author(s): Ueda H, Takahashi H, Kobayashi S, Sasaki K, Iwagami Y, Yamada D, Tomimaru Y, Asaoka T, Noda T, Tanemura M, Doki Y, Eguchi H.
  • Journal Title: Langenbecks Arch Surg. Volume: 408 Pages: 353
  • DOI: 10.1007/s00423-023-03089-8.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 細胞活性を加味したリキッドバイオプシーを応用した膵癌治療の個別化選択 (2023)
  • Author(s): 種村匡弘、古川健太、三賀森 学、浅岡忠史、松本謙一、山田大作、小林省吾、江口英利
  • Organizer: 第123回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] Functional study on viable circulating tumor cells (v-CTC) in the patients with pancreatic cancer (2023)
  • Author(s): Masahiro Tanemura, Kenichi Matsumoto, Masaki Kashiwazaki, Kenta Furukawa, Manabu Mikamori, Tadafumi Asaoka, Daisaku Yamada, Shyogo Kobayashi, Hidetoshi Eguchi
  • Organizer: The 33rd Meeting of Japanese Society of Hepato-Biliary-Pancreatic Surgery
• [Presentation] 癌原発巣のEMT potentialから見た膵癌外科治療の個別化選択の可能性 (2023)
  • Author(s): 種村匡弘、柏﨑正樹、松本謙一、古川健太、浅岡忠史、山田大作、小林省吾、江口英利
  • Organizer: 第78回日本消化器外科学会総会
• [Presentation] 膵癌原発巣EMT potentialを加味した膵癌プレシジョン・メディシンの可能性 (2023)
  • Author(s): 種村匡弘、丸川大輝 、柏崎正樹 、 古川健太、 浅岡忠史、 浦田泰生、山田大作、小林省吾、江口英利
  • Organizer: 第85回日本臨床外科学会総会
• [Presentation] Functional studies on viable circulating tumor cells (v-CTCs) and frequent expression of PD-L1 on v-CTCs in pancreatic cancer (2023)
  • Author(s): Masahiro Tanemura, Masaki Kashiwazaki, Kenichi Matsumoto, Kenta Furukawa, Manabu Mikamori, Tadafumi Asaoka, Yasuo Urata, Daisaku Yamada, Shogo Kobayashi, Hidetoshi Eguchi
  • Organizer: AACR annual Meeting 2023
  • Int'l Joint Research