文献情報
文献番号
202203019A
報告書区分
総括
研究課題名
新薬創出を加速する症例データベースの構築・拡充／創薬ターゲット推定アルゴリズムの開発
研究課題名（英字）
-
課題番号
22AC5001
研究年度
令和4(2022)年度
研究代表者(所属機関)
夏目 やよい(国立研究開発法人医薬基盤・健康・栄養研究所 AI健康・医薬研究センター バイオインフォマティクスプロジェクト)
研究分担者(所属機関)
- 小倉 高志(神奈川県立循環器呼吸器病センター呼吸器内科)
- 高村 大也(国立研究開発法人産業技術総合研究所 人工知能研究センター)
- 西村 紳一郎(北海道大学 大学院先端生命科学研究院)
- 浜本 隆二(国立がん研究センター研究所)
- 奥野 恭史(国立大学法人 京都大学 薬学研究科)
- 黒橋 禎夫(京都大学 情報学研究科)
- 荒牧 英治(奈良先端科学技術大学院大学)
- 荒瀬 由紀(大阪大学 大学院情報科学研究科)
- 戸次 大介(お茶の水女子大学 基幹研究院自然科学系)
- 山西 芳裕(九州工業大学 大学院情報工学研究院)
- 田部井 靖生(理化学研究所 革新知能統合研究センター)
- 加藤 明良(国立大学法人 大分大学 医学部)
- 佐藤 匠徳(Ｋａｒｙｄｏ ＴｈｅｒａｐｅｕｔｉＸ株式会社)
- 熊ノ郷 淳(大阪大学大学院医学系研究科 呼吸器免疫内科学)
- 永野 達也(神戸大学 大学院医学研究科)
研究区分
厚生労働科学研究費補助金 行政政策研究分野 政策科学総合研究（臨床研究等ＩＣＴ基盤構築・人工知能実装研究）
研究開始年度
令和4(2022)年度
研究終了予定年度
令和4(2022)年度
研究費
441,356,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書（概要版）
研究目的
医薬品開発において、近年国内外を問わず創薬ターゲットの枯渇が問題となっている。現在残されているのは高難易度の創薬ターゲットのみであるがために、新薬の研究開発には多額の費用が必要となっており、これが高薬価、ひいては医療費の高騰の要因となっている。
臨床試験段階で期待していた薬効が得られず開発が中断する例が増えていることも問題点として挙げられる。特に医薬品開発の70〜80%がPhase2で中止となっており、このうち約60%は薬効が得られなかったことが原因との報告がある。つまり、「動物では効くが、ヒトでは効かなかった」という事案が多発している。これは現在の創薬研究開発スキームの限界であると考えられる。
このような現状を背景に、本事業の目的は、「創薬ターゲットの枯渇問題」を克服し、動物で認められた薬効がヒトで確認できないという事態を避けるため、動物からではなくヒトの情報から創薬ターゲット分子を探索する人工知能（AI; Artificial Intelligence）の開発実装を行うこととした。
本事業では、対象疾患として難病指定の特発性肺線維症（IPF）を含む間質性肺炎及び部位別がん死亡者数１位である肺がんを選択し、これらの臨床情報（=電子カルテを始めとする診療情報＋マルチオミックスデータ）の収集とそれを支援する基盤構築及び異種かつ大量のデータを統合して創薬ターゲット候補となる生体分子群を自動的に抽出するAI手法の開発を行う。また、本事業で作成されるIPF/肺がんの疾患統合データベース、機能分子を特定するためのAI及び知識ベース等を多くの研究者等に利用してもらうための環境（オープンプラットフォーム）の構築を目指す。
臨床試験段階で期待していた薬効が得られず開発が中断する例が増えていることも問題点として挙げられる。特に医薬品開発の70〜80%がPhase2で中止となっており、このうち約60%は薬効が得られなかったことが原因との報告がある。つまり、「動物では効くが、ヒトでは効かなかった」という事案が多発している。これは現在の創薬研究開発スキームの限界であると考えられる。
このような現状を背景に、本事業の目的は、「創薬ターゲットの枯渇問題」を克服し、動物で認められた薬効がヒトで確認できないという事態を避けるため、動物からではなくヒトの情報から創薬ターゲット分子を探索する人工知能（AI; Artificial Intelligence）の開発実装を行うこととした。
本事業では、対象疾患として難病指定の特発性肺線維症（IPF）を含む間質性肺炎及び部位別がん死亡者数１位である肺がんを選択し、これらの臨床情報（=電子カルテを始めとする診療情報＋マルチオミックスデータ）の収集とそれを支援する基盤構築及び異種かつ大量のデータを統合して創薬ターゲット候補となる生体分子群を自動的に抽出するAI手法の開発を行う。また、本事業で作成されるIPF/肺がんの疾患統合データベース、機能分子を特定するためのAI及び知識ベース等を多くの研究者等に利用してもらうための環境（オープンプラットフォーム）の構築を目指す。
研究方法
間質性肺炎及びドライバ遺伝子が特定されておらず治療薬がないpan-negative肺がんについては、全ゲノム及びエピゲノム解析（ChIP-seq解析、DNAメチル化解析）をこれまでと同じプロトコルに従って実施することとした。
非小細胞肺がんについては、化学療法開始後に間質性肺疾患を発症するリスクの高い患者を予測するバイオマーカー探索を行うため、①非小細胞肺がん患者のうち化学療法と免疫療法の併用療法を行う患者約114例の血液サンプル収集、②同患者の健康に関わる生活情報臨及び薬剤情報の収集、③非小細胞肺がん患者で化学療法と免疫療法の併用療法を行う患者のうち、化学療法開始後に間質性肺疾患を発症した患者の血液によるメタボローム解析を行うこととした。
非小細胞肺がんについては、化学療法開始後に間質性肺疾患を発症するリスクの高い患者を予測するバイオマーカー探索を行うため、①非小細胞肺がん患者のうち化学療法と免疫療法の併用療法を行う患者約114例の血液サンプル収集、②同患者の健康に関わる生活情報臨及び薬剤情報の収集、③非小細胞肺がん患者で化学療法と免疫療法の併用療法を行う患者のうち、化学療法開始後に間質性肺疾患を発症した患者の血液によるメタボローム解析を行うこととした。
結果と考察
・神奈川県立循環器呼吸器病センターで収集している間質性肺炎患者の臨床情報について、拡張型患者層別化AIを開発し、それによりIPFの患者層別化バイオマーカー候補や創薬ターゲットを探索した。見い出された創薬ターゲット候補の妥当性を医学的見地から評価することにより、AIの精度評価と更なる改良を行った。
・pan-negative肺がんを中心に全ゲノム及びエピゲノム解析（ChIP-seq解析、DNAメチル化解析）を行い、肺がんオミックス統合データベースを拡充し、企業と共同でAI解析を志向した効率的なデータ及び臨床情報収集システムを構築した。また、新たな解析手法としてDNAメチロームデータ解析に応用したmethPLIERを開発した。
・非小細胞肺がん患者の登録を行い、血液サンプルを回収し、アプリによる症状及び薬剤情報の記録を行った。
・本事業で構築した疾患オントロジーについて、これまでの成果の公開準備を進めた。リソースを多言語（ドイツ語、フランス語）に拡張し、公開を進めた。
・オープンプラットフォーム「峰」に当該事業成果（AI、データ）を追加し、海外運用開始に向けた体制を構築した。
・pan-negative肺がんを中心に全ゲノム及びエピゲノム解析（ChIP-seq解析、DNAメチル化解析）を行い、肺がんオミックス統合データベースを拡充し、企業と共同でAI解析を志向した効率的なデータ及び臨床情報収集システムを構築した。また、新たな解析手法としてDNAメチロームデータ解析に応用したmethPLIERを開発した。
・非小細胞肺がん患者の登録を行い、血液サンプルを回収し、アプリによる症状及び薬剤情報の記録を行った。
・本事業で構築した疾患オントロジーについて、これまでの成果の公開準備を進めた。リソースを多言語（ドイツ語、フランス語）に拡張し、公開を進めた。
・オープンプラットフォーム「峰」に当該事業成果（AI、データ）を追加し、海外運用開始に向けた体制を構築した。
結論
マルチオミックスデータが有する豊富な情報量を生かした解析を実施すべく、IPFでは患者層別化AIの更なる改良とマルチオミックスデータの個々での中間解析による患者層別化AIの入力データ用特徴量の作成を実施してきた。その結果、患者層別化AIの出力を可視化することによる解釈性の向上、及びシングルオミックスデータから間質性肺炎の特徴を捉えた解析結果の取得につながっている。肺がんにおいても、データベースの拡充及び解析手法の開発が順調に進行し、本事業成果の活用により今後も高インパクトの研究につながることが期待される。
オープンプラットフォームは使いやすさを改善することでユーザー数を増やすべく、インターフェイスの改修を実施した。サーバOSのサポート終了に伴う改修も併せて実施する必要が生じたことから、新たなガジェット追加を実施することができなかったが、オープンプラットフォームの維持管理を継続する体制が整えられた。
オープンプラットフォームは使いやすさを改善することでユーザー数を増やすべく、インターフェイスの改修を実施した。サーバOSのサポート終了に伴う改修も併せて実施する必要が生じたことから、新たなガジェット追加を実施することができなかったが、オープンプラットフォームの維持管理を継続する体制が整えられた。
公開日・更新日
公開日
2023-07-24
更新日
2025-05-02