Deep learningによる神経変性画像解析の研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K18452
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 井上 治久 京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (70332327)
• 研究分担者: 近藤 孝之 京都大学, iPS細胞研究所, 特定拠点講師 (80536566) ; 矢田 祐一郎 国立研究開発法人理化学研究所, バイオリソース研究センター, 特別研究員 (80805797)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• キーワード: ALS / Deep learning / 超早期病態 / 診断 / データサイエンス

研究実績の概要

ALSなどの神経変性疾患では、超早期病変の病態の検出と解明が必要である。本研究では、健常者及びALS患者iPS細胞を用いて運動神経細胞を作製後、撮像し、膨大な画像情報を収集した。神経変性を予知する指標を得るために、この情報を数千次元の解析が可能なDeep learningで学習することで、通常の解析では検出できない超早期の病的変化を同定した。Deep learningは、通常の解析では検出できないALS運動神経細胞の病変を検知した。本結果から、Deep learningはALSの診断をサポートするとともに、本方法が将来的なALSの治療促進と克服につながる可能性が考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] Dopaminergic neurons in chromosome 22q11.2 deletion syndrome (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue Haruhisa
  • 雑誌名: EBioMedicine 巻: 63 ページ: 103180～103180
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2020.103180
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction Model of Amyotrophic Lateral Sclerosis by Deep Learning with Patient Induced Pluripotent Stem Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Imamura Keiko、Yada Yuichiro、Izumi Yuishin、Morita Mitsuya、Kawata Akihiro、Arisato Takayo、Nagahashi Ayako、Enami Takako、Tsukita Kayoko、Kawakami Hideshi、Nakagawa Masanori、Takahashi Ryosuke、Inoue Haruhisa
  • 雑誌名: Annals of Neurology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1002/ana.26047
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] microRNA-33 maintains adaptive thermogenesis via enhanced sympathetic nerve activity (2021)
  • 著者名/発表者名: HorieT、NakaoT、MiyasakaY、NishinoT、MatsumuraS、NakazekiF、IdeY、KimuraM、TsujiS、RuizRodriguezR、WatanabeT、YamasakiT、XuS、OtaniC、MiyagawaS、MatsushitaKSowaN、Omori A、TanakaJ、NishimuraC、NishigaM、KuwabaraY、BabaO、WatanabeS、NishiH、Nakashima Y、R.PicciottoM、InoueH、WatanabeD、NakamuraK、SasakiT、KimuraT、On K
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 843～860
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21107-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reprogramming the brain in and out of diseased states (2021)
  • 著者名/発表者名: Karagiannis Peter、Muotri Alysson、Inoue Haruhisa
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Neuroscience 巻: 110 ページ: 103571～103571
  • DOI: 10.1016/j.mcn.2020.103571
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 脳オルガノイドによるマイ・メディシン (2021)
  • 著者名/発表者名: 松島早希、今村恵子、井上治久
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 276 ページ: -
• [雑誌論文] Generation of a human induced pluripotent stem cell line derived from a Parkinson's disease patient carrying SNCA duplication (2020)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Hidefumi、Egawa Naohiro、Kondo Takayuki、Imamura Keiko、Enami Takako、Tsukita Kayoko、Suga Mika、Shibukawa Ran、Okanishi Yasue、Uchiyama Tsuyoshi、Inoue Haruhisa、Takahashi Ryosuke
  • 雑誌名: Stem Cell Research 巻: 45 ページ: 101828～101828
  • DOI: 10.1016/j.scr.2020.101828
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction of Compound Bioactivities Using Heat-Diffusion Equation (2020)
  • 著者名/発表者名: Hidaka Tadashi、Imamura Keiko、Hioki Takeshi、Takagi Terufumi、Giga Yoshikazu、Giga Mi-Ho、Nishimura Yoshiteru、Kawahara Yoshinobu、Hayashi Satoru、Niki Takeshi、Fushimi Makoto、Inoue Haruhisa
  • 雑誌名: Patterns 巻: 1 ページ: 100140～100140
  • DOI: 10.1016/j.patter.2020.100140
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of a human induced pluripotent stem cell line, BRCi009-A, derived from a patient with glycogen storage disease type 1a (2020)
  • 著者名/発表者名: Katagami Yukimi、Kondo Takayuki、Suga Mika、Yada Yuichiro、Imamura Keiko、Shibukawa Ran、Sagara Yukako、Okanishi Yasue、Tsukita Kayoko、Hirayama Kenji、Era Takumi、Inoue Haruhisa
  • 雑誌名: Stem Cell Research 巻: 49 ページ: 102095～102095
  • DOI: 10.1016/j.scr.2020.102095
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] From in vitro to in vivo reprogramming for neural transdifferentiation: An approach for CNS tissue remodeling using stem cell technology (2020)
  • 著者名/発表者名: Egawa Naohiro、Suzuki Hidefumi、Takahashi Ryosuke、Hayakawa Kazuhide、Li Wenlu、Lo Eng H、Arai Ken、Inoue Haruhisa
  • 雑誌名: Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism 巻: 40 ページ: 1739～1751
  • DOI: 10.1177/0271678X20910324
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ALS, a cellular whodunit on motor neuron degeneration (2020)
  • 著者名/発表者名: Karagiannis Peter、Inoue Haruhisa
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Neuroscience 巻: 107 ページ: 103524～103524
  • DOI: 10.1016/j.mcn.2020.103524
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 疾患特異的iPS細胞、神経変性疾患の治療開発の現状-新たな戦略構築の基盤を目指してー (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥宮太郎、坂野晴彦、井上治久
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 273 ページ: 111～118
• [雑誌論文] 神経変性疾患に対するiPS創薬と臨床試験 (2020)
  • 著者名/発表者名: 坂野晴彦、奥宮太郎、井上治久
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 275 ページ: 287-294
• [雑誌論文] iPS細胞技術を用いたアルツハイマー病研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥宮太郎、坂野晴彦、井上治久
  • 雑誌名: 認知症の最新医療 巻: 11 ページ: 30-36
• [学会発表] Department of Drug Discovery Medicine.iPS細胞を用いた脳神経疾患研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井上治久
  • 学会等名: 京都大学大学院医学研究科 創薬医学講座セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Generation of a human induced pluripotent stem cell line derived from a Parkinson’s disease patient with SNCA duplication (2021)
  • 著者名/発表者名: Hidefumi Suzukia, Naohiro Egawa, Takayuki Kondo, Keiko Imamuraa, Takako Enami, Kayoko Tsukita, Mika Suga, Ran Shibukawa, Yasue Okanishi, Tsuyoshi Uchiyama, Haruhisa Inoue, Ryosuke Takahashi
  • 学会等名: 第14回パーキンソン病・運動障害疾患コングレス
  • 招待講演
• [学会発表] iPS細胞を用いた創薬応用の最前線 (2021)
  • 著者名/発表者名: 井上治久
  • 学会等名: 第7回 再生医療EXPO大阪
  • 招待講演
• [学会発表] テクノロジーとともに開く新時代の医療疾患特異的オルガノイドによる脳神経疾患研究（Neurological disease research using disease-specific organoids） (2021)
  • 著者名/発表者名: 井上治久
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 幹細胞を用いた神経疾患研究, iPS細胞を用いた神経疾患に対する病態解明と治療戦略 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上治久
  • 学会等名: 第19回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Basic and translational disease modeling with patient iPSC-derived neural cells, Modeling Development and Disease: Neural (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue Haruhisa
  • 学会等名: ISSCR 2020 VIRTUAL
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 幹細胞を用いた神経疾患研究 iPS細胞研究の最前線 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上治久
  • 学会等名: 第41回 日本炎症・再生医学会
  • 招待講演
• [学会発表] トランスレーショナルリサーチのための神経疾患iPS細胞モデリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上治久
  • 学会等名: 京都大学医学部附属病院先端医療研究開発機構医療開発部
  • 招待講演
• [学会発表] Dementia research using human stem cell models，Digital approaches for dementia medicine and biology (2020)
  • 著者名/発表者名: Haruhisa Inoue
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Generation of a human induced pluripotent stem cell line derived from a Parkinson’s disease patient demonstrating SNCA duplication（ポスター発表） (2020)
  • 著者名/発表者名: Hidefumi Suzukia, Naohiro Egawa, Takayuki Kondo, Keiko Imamuraa, Takako Enami, Kayoko Tsukita, Mika Suga, Ran Shibukawa, Yasue Okanishi, Tsuyoshi Uchiyama, Haruhisa Inoue, Ryosuke Takahashi
  • 学会等名: 第43回日本神経科学大会
  • 国際学会
• [学会発表] Extracellular Tau as a therapeutic target of FTLD (2020)
  • 著者名/発表者名: Haruhisa Inoue
  • 学会等名: open-access NRI Webinar series, Neuroregeneration Institute, McLean Hospital/Harvard Medical School
  • 招待講演
• [学会発表] 幹細胞を用いた神経疾患研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上治久
  • 学会等名: 第25回日本難病看護学会 第8回日本難病医療ネットワーク学会 合同学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] リプログラミング技術を用いた認知症の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 井上治久
  • 学会等名: 第39回日本認知症学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 疾患iPS細胞を用いた神経疾患の創薬研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 今村恵子、井上治久
  • 学会等名: 第6回日本筋学会学術集会
  • 招待講演