アンサンブル学習及び公開データベースを用いた造血幹細胞移植予後予測モデルの開発

• 研究課題/領域番号: 22K21082
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0908:社会医学、看護学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 岩崎 惇 京都大学, 医学研究科, 医員 (40967527)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 造血幹細胞移植 / 移植片対宿主病 / 機械学習 / アンサンブル学習 / 生存時間解析 / 競合リスク / 慢性移植片対宿主病 / HLAエピトープ / 移植後シクロフォスファミド / 移植片対腫瘍効果 / ドナー選択 / 再発 / 予後予測

研究開始時の研究の概要

造血幹細胞移植領域において、正確に予後を予測する事は治療方法の選択において重要である。本研究では、データベースを基にして移植後合併症に重要なタンパク質の一致度をアミノ酸レベルで予測するツール、並びに新たな機械学習手法を用いて、造血幹細胞移植後予後をより正確に予測する事ができるアルゴリズムを開発する事を目的とする。造血幹細胞移植後の予後を正確に予測する事は、移植ドナーソース、前処置や合併症予防といった移植方法を選択する為に重要であり、個々の症例に即した移植方法の選択に寄与する事ができる。

研究成果の概要

本研究では、急性GVHD発症が移植後の中長期的な予後に与える可能性を示唆し、それらの因子をアンサンブル学習を用いた中長期予後予測モデルに組み込んで開発する事に成功した。開発する中で、移植後の急性GVHDおよびその治療を考慮に入れる事で、アンサンブル学習モデルの精度が時間経過に伴い徐々に向上する事を明らかにした。更に、予後に影響する因子を明らかにするため、SHapley Additive Explanationsを用いると、重症急性GVHDは、性別一致、ドナーソースや移植前疾患状態を含む既知の予後因子と同様に、非再発死亡率、全生存を予測する因子として重要である事が明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

造血幹細胞移植は現代においても、再発・移植後合併症で約半数は病気の治癒が難しく、予後を予測して適応を慎重に判断していく必要がある。特に、移植後1年を過ぎた中長期の予後の予測は、移植後の合併症や治療の影響も受けることから現代においても難しい課題の一つである。本研究において、機械学習・アンサンブル学習を用いて、移植後の因子も取り入れた予後の予測を行う事で、従来よりも優れたモデルが開発できる事を示しており、将来の造血幹細胞移植の適応判断や治療法選択に生きるものと考える。

研究成果

• [雑誌論文] Development of a Stacked Ensemble Model for Risk Stratification of Chronic Gvhd after Allogeneic HSCT: Trump Cohort Study (2023)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Makoto、Kanda Junya、Kimura Fumihiko、Seo Sachiko、Atsuta Yoshiko、Uchida Naoyuki、Doki Noriko、Fukuda Takahiro、Nishida Tetsuya、Katayama Yuta、Tanaka Masatsugu、Eto Tetsuya、Ikegame Kazuhiro、Kanda Yoshinobu、Sawa Masashi、Onizuka Makoto、Hino Moeko、Ichinohe Tatsuo、Tabuchi Ken、Takaori-Kondo Akifumi
  • 雑誌名: Blood 巻: 142 号: Supplement 1 ページ: 3561-3561
  • DOI: 10.1182/blood-2023-173779
• [学会発表] Development of a Stacked Ensemble Model for Risk Stratification of Chronic Gvhd after Allogeneic HSCT: Trump Cohort Study (2023)
  • 著者名/発表者名: Makoto Iwasaki, Junya Kanda, Fumihiko Kimura, Sachiko Seo, Yoshiko Atsuta, Naoyuki Uchida, Noriko Doki, Takahiro Fukuda, Tetsuya Nishida, Yuta Katayama, Masatsugu Tanaka, Tetsuya Eto, Kazuhiro Ikegame, Yoshinobu Kanda, Masashi Sawa, Makoto Onizuka, Moeko Hino, Tatsuo Ichinohe, Ken Tabuchi, Akifumi Takaori-Kondo
  • 学会等名: 65th ASH Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a Stacked Ensemble Model for Risk Stratification of Chronic GVHD After Allogeneic HSCT: TRUMP Cohort Study (2023)
  • 著者名/発表者名: Makoto Iwasaki, Junya Kanda, Fumihiko Kimura, Sachiko Seo, Yoshiko Atsuta, Naoyuki Uchida, Noriko Doki, Takahiro Fukuda, Tetsuya Nishida, Yuta Katayama, Masatsugu Tanaka, Tetsuya Eto, Kazuhiro Ikegame, Yoshinobu Kanda, Masashi Sawa, Makoto Onizuka, Moeko Hino, Tatsuo Ichinohe, Ken Tabuchi, Akifumi Takaori-Kondo
  • 学会等名: 46th JSTCT Annual Meeting
• [学会発表] THE EFFECT OF HUMAN LEUKOCYTE ANTIGEN EPITOPE MATCHING ON OUTCOMES AFTER HAPLOIDENTICAL TRANSPLANTATION DEPENDS ON GRAFT-VERSUS-HOST DISEASE PROPHYLAXIS AND PRETRANSPLANT DISEASE STATUS (2023)
  • 著者名/発表者名: Makoto Iwasaki
  • 学会等名: EBMT2023
  • 国際学会
• [学会発表] 血縁者間ハプロ半合致末梢血幹細胞移植におけるT細胞HLAエピトープの意義 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩﨑惇
  • 学会等名: 第31回日本組織適合性学会大会