造血細胞移植レジストリデータを用いた、造血細胞移植後亜急性期合併症の予防・治療の最適化に資する機械学習研究
研究課題情報
- 課題管理番号
- 23ek0510034h0003
- 統合プロジェクト
ゲノム・データ基盤プロジェクト<第二期>
- 事業名
移植医療技術開発研究事業
- タグ(2022)
研究の性格:医療技術・標準治療法の確立等につながる研究<診療の質を高めるためのエビデンス構築<診療ガイドライン作成等>を含む>
開発フェーズ:該当なし
承認上の分類:薬機法分類非該当
対象疾患:新生物
- タグ(2021)
研究の性格:医療技術・標準治療法の確立等につながる研究<診療の質を高めるためのエビデンス構築<診療ガイドライン作成等>を含む>
開発フェーズ:観察研究等
承認上の分類:薬機法分類非該当
対象疾患:新生物
- 代表研究機関
- 一般社団法人日本造血細胞移植データセンター
- 研究代表者
(2023) 熱田由子, 一般社団法人日本造血細胞移植データセンター, センター長
(2022) 熱田由子, 一般社団法人日本造血細胞移植データセンター, センター長
(2021) 熱田由子, 一般社団法人日本造血細胞移植データセンター, センター長
- 研究期間
- 2021年度 - 2023年度
- 課題への総配分額
- 33,150 千円
- 研究概要(2023)
- 造血細胞移植レジストリを用い、造血細胞移植後亜急性期の合併症に関して機械学習の技術を用いて検討する以下の5サブ課題の研究を総括運営する。・感染症:同種造血細胞移植後サイトメガロウイルス再活性化予測モデルの構築・移植片対宿主病(GVHD):同種造血幹細胞移植におけるGVHD発症予測因子の抽出・移植関連死亡/非再発死亡:アンサンブルモデルを利用した同種造血細胞移植後予後予測モデルの検討・臍帯血特異的合併症:臍帯血移植後特異的合併症の軽減を目指した造血/免疫再構築に関する予測・推移:統計的因果推論に基づくデータ融合を用いた同種造血細胞移植実施率および亜急性期の生存成績の推移の検討
- 研究概要(2022)
- 造血細胞移植レジストリを用い、造血細胞移植後亜急性期の合併症に関して機械学習の技術を用いて検討する以下の5サブ課題の研究を総括運営する。・感染症:同種造血細胞移植後サイトメガロウイルス再活性化予測モデルの構築・移植片対宿主病(GVHD):同種造血幹細胞移植におけるGVHD発症予測因子の抽出・移植関連死亡/非再発死亡:アンサンブルモデルを利用した同種造血細胞移植後予後予測モデルの検討・臍帯血特異的合併症:臍帯血移植後特異的合併症の軽減を目指した造血/免疫再構築に関する予測・推移:統計的因果推論に基づくデータ融合を用いた同種造血細胞移植実施率および亜急性期の生存成績の推移の検討
- 研究概要(2021)
- 造血細胞移植レジストリを用い、造血細胞移植後亜急性期の合併症に関して機械学習の技術を用いて検討する以下の5サブ課題の研究を総括運営する。・感染症:同種造血細胞移植後サイトメガロウイルス再活性化予測モデルの構築・移植片対宿主病(GVHD):同種造血幹細胞移植におけるGVHD発症予測因子の抽出・移植関連死亡/非再発死亡:アンサンブルモデルを利用した同種造血細胞移植後予後予測モデルの検討・臍帯血特異的合併症:臍帯血移植後特異的合併症の軽減を目指した造血/免疫再構築に関する予測・推移:統計的因果推論に基づくデータ融合を用いた同種造血細胞移植実施率および亜急性期の生存成績の推移の検討
研究成果情報
2023
2022
2021
成果の概要
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同種造血細胞移植後亜急性期の生存成績の向上のために、以下の5サブ課題を設置し、大規模データベースを機械学習にて検討した。各サブ課題の成果概要を以下に示す。
・感染症:
データセットをトレーニングセット:テストセット3:1として検証し、同種造血細胞移植後の重要な感染症の予測およびその後の予後予測として、サイトメガロウイルス再活性化および非再発死亡に関しての予測モデルを構築した。
・移植片対宿主病(GVHD):
人工知能のなかでも畳み込みニューラルネットワーク(CN)アルゴリズムを用いることで、新しい急性GVHD発症予測システムを構築した。その結果、HLAの違い以外の要因も急性GVHD発症に重要であることを明らかにし、論文成果として公表した。人工知能を実臨床に導入するために、さらに高精度な予測能と使いやすさを両立したモデルの作成を継続した。
・移植関連死亡/非再発死亡:
エンドポイントとしてGVHD-free, Relapse-free, Survival (GRFS)を選定して、アンサンブル学習の手法を選択し、移植前および移植後の変数の中で、モデルに投入する変数を確定し、モデルの構築と検証を実施した。
・臍帯血特異的合併症:
臍帯血移植後早期の最大の課題である輸注幹細胞の生着を高精度で予測するモデルを構築した。整備した投入変数のセットを用いて、競合リスクモデルの構築を行った。CD34陽性細胞数やHLAミスマッチ数等の既知の有用変数を予測変数とした競合リスクモデルとの予測性能の比較を行い。提案したモデルが有意に高い性能を示すことを確認し、論文公表した。
・推移:
Background mortalityの変化も考慮した同種造血細胞移植の生存成績(net survival)の推移を評価し、より近年において5年までの生存率(left censoringによるperiod analysesにて算出)が継続的に向上していること、またその向上の度合いは疾患によっても異なることを明らかにし、論文成果として公表した。
・感染症:
データセットをトレーニングセット:テストセット3:1として検証し、同種造血細胞移植後の重要な感染症の予測およびその後の予後予測として、サイトメガロウイルス再活性化および非再発死亡に関しての予測モデルを構築した。
・移植片対宿主病(GVHD):
人工知能のなかでも畳み込みニューラルネットワーク(CN)アルゴリズムを用いることで、新しい急性GVHD発症予測システムを構築した。その結果、HLAの違い以外の要因も急性GVHD発症に重要であることを明らかにし、論文成果として公表した。人工知能を実臨床に導入するために、さらに高精度な予測能と使いやすさを両立したモデルの作成を継続した。
・移植関連死亡/非再発死亡:
エンドポイントとしてGVHD-free, Relapse-free, Survival (GRFS)を選定して、アンサンブル学習の手法を選択し、移植前および移植後の変数の中で、モデルに投入する変数を確定し、モデルの構築と検証を実施した。
・臍帯血特異的合併症:
臍帯血移植後早期の最大の課題である輸注幹細胞の生着を高精度で予測するモデルを構築した。整備した投入変数のセットを用いて、競合リスクモデルの構築を行った。CD34陽性細胞数やHLAミスマッチ数等の既知の有用変数を予測変数とした競合リスクモデルとの予測性能の比較を行い。提案したモデルが有意に高い性能を示すことを確認し、論文公表した。
・推移:
Background mortalityの変化も考慮した同種造血細胞移植の生存成績(net survival)の推移を評価し、より近年において5年までの生存率(left censoringによるperiod analysesにて算出)が継続的に向上していること、またその向上の度合いは疾患によっても異なることを明らかにし、論文成果として公表した。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Jo T, Ueda T, Akahoshi Y, Kondo T, Uchida N, Tanaka M, Nakamae H, Doki N, Ota S, Sawa M, Ohigashi H, Maruyama Y, Takayama N, Nishida T, Hiramoto N, Katayama Y, Kanda Y, Ichinohe T, Atsuta Y, Arai Y; Japanese Society for Transplantation and Cellular Therapy (JSTCT). First complete remission favours haploidentical haematopoietic stem cell transplantation with post-transplant cyclophosphamide over cord blood transplantation in acute lymphoblastic leukaemia. Br J Haematol. in press. doi: 10.1111/bjh.19372.
2. Kuwatsuka Y, Kasajima R, Yamaguchi R, Uchida N, Konuma T, Tanaka M, Shingai N, Miyakoshi S, Kozai Y, Uehara Y, Eto T, Toyosaki M, Nishida T, Ishimaru F, Kato K, Fukuda T, Imoto S, Atsuta Y, Takahashi S. Machine Learning Prediction Model for Neutrophil Recovery after Unrelated Cord Blood Transplantation. Transplant Cell Ther. 2024, 30(4), 444.e1-e11, doi: 10.1016/j.jtct.2024.02.001.
3. Yanada M, Yano S, Kuwatsuka Y, Kawamura K, Fukuda T, Ichinohe T, Hashii Y, Goto H, Kato K, Ishimaru F, Sato A, Onizuka M, Matsuo K, Ito Y, Yanagisawa A, Ohbiki M, Tabuchi K, Atsuta Y, Kanda J, Konuma T. The effect of center experience on allogeneic hematopoietic cell transplantation outcomes in acute myeloid leukemia. Bone Marrow Transplant. 2024, 59(4), 541-9, doi: 10.1038/s41409-024-02222-5.
4. Okada Y, Usui Y, Hayashi H, Nishikubo M, Toubai T, Uchida N, Tanaka M, Onizuka M, Takahashi S, Doki N, Uehara Y, Maruyama Y, Ishiwata K, Kawakita T, Sawa M, Eto T, Ishimaru F, Kato K, Fukuda T, Atsuta Y, Kanda J, Yakushijin K, Nakasone H. Development of an umbilical cord blood transplantation-specific nonrelapse mortality risk assessment score. Blood Adv. 2024, 8(6), 1359-68, doi: 10.1182/bloodadvances.2023011837.
5. Takenaka K, Fuji S, Matsukawa T, Uchida N, Kobayashi T, Tanaka M, Ara T, Ikegame K, Ozawa Y, Kanda Y, Sawa M, Maruyama Y, Fukuda T, Nakamae H, Kimura T, Ogata M, Seo S, Atsuta Y, Matsuo K, Nakasone H. Outcomes of allogeneic hematopoietic cell transplantation under letermovir prophylaxis for cytomegalovirus infection. Ann Hematol. 2024, 103(1), 285-96, doi: 10.1007/s00277-023-05474-1.
6. Ohbiki M, Ito Y, Inamoto Y, Miyamura K, Uchida N, Fukuda T, Fujiwara H, Nishida T, Hayashi M, Tanaka M, Kawakita T, Ikegame K, Katayama Y, Ara T, Ichinohe T, Kiyoi H, Matsuo K, Atsuta Y. Improved long-term net survival after allogeneic hematopoietic cell transplantation in patients with hematologic malignancies over two decades. Transplant Cell Ther. 2023, 29(12), 768.e1-e10, doi: 10.1016/j.jtct.2023.09.010.
7. Jo T, Arai Y, Kanda J, Kondo T, Ikegame K, Uchida N, Doki N, Fukuda T, Ozawa Y, Tanaka M, Ara T, Kuriyama T, Katayama Y, Kawakita T, Kanda Y, Onizuka M, Ichinohe T, Atsuta Y, Terakura S. A convolutional neural network-based model that predicts acute graft-versus-host disease after allogeneic hematopoietic stem cell transplantation. Commun Med (Lond). 2023, 3(1), 67, doi: 10.1038/s43856-023-00299-5.
8. Toya T, Mizuno K, Sakurai M, Kato J, Mori T, Doki N, Masuda S, Aotsuka N, Tsukamoto S, Sakaida E, Nakajima Y, Fujisawa S, Machida S, Aoyama Y, Yokoyama H, Shono K, Hatta Y, Usuki K, Kataoka K, Kanda Y. Differential clinical impact of letermovir prophylaxis according to graft sources: a KSGCT multicenter retrospective analysis. Blood Adv. 2024,8(5),1084-1093. doi: 10.1182/bloodadvances.2023010735.
9. Watanabe M, Kanda J, Volt F, Ruggeri A, Suzuki R, Rafii H, Kimura F, Cappelli B, Kondo E, Scigliuolo GM, Takahashi S, Kenzey C, Rivera-Franco MM, Okamoto S, Rocha V, Chevallier P, Sanz J, Fürst S, Cornelissen J, Milpied N, Uchida N, Sugio Y, Kimura T, Ichinohe T, Fukuda T, Mohty M, Peffault de Latour R, Atsuta Y, Gluckman E. Cord blood transplantation for adult mature lymphoid neoplasms in Europe and Japan. Blood Adv. 2024 Feb 13;8(3):640-652. doi:10.1182/bloodadvances.2023010598.
10. Hayashi H, Iwasaki M, Nakasone H, Tanoshima R, Shimabukuro M, Takeda W, Nishida T, Kako S, Fujiwara SI, Katayama Y, Sawa M, Serizawa K, Matsuoka KI, Uchida N, Ikeda T, Ohigashi H, Fukushima K, Hino M, Kanda Y, Fukuda T, Atsuta Y, Kanda J. Impact of stem cell selection between bone marrow and peripheral blood stem cells for unrelated hematopoietic stem cell transplantation for hematologic malignancies: on behalf of the Donor/Source Working Group of the Japanese Society for Transplantation and Cellular Therapy. Cytotherapy. 2024 Feb;26(2):178-184. doi: 10.1016/j.jcyt.2023.11.012.
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. Iwasaki M, Kanda J, Kimura F, Seo S, Atsuta Y, Uchida N, Doki N, Fukuda T, Nishida T, Katayama Y, Tanaka M, Eto T, Ikegame K, Kanda Y, Sawa M, Onizuka M, Hino M, Ichinohe T, Tabuchi K, Takaori-Kondo A. Development of a Stacked Ensemble Model for Risk Stratification of Chronic Gvhd after Allogeneic HSCT: Trump Cohort Study poster presentation at the 65th ASH Annual Meeting and Exposition, December 10, 2023, in San Diego, California.
国外 / ポスター
2. 臍帯血特異的合併症:臍帯血移植後特異的合併症の軽減を目指した造血/免疫再構築に関する予測, 高橋聡, 山口類, 2023年度第1回造血細胞移植合同班会議, 2023/7/16, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
3. 伊藤ゆり: がんサバイバーシップにおける健康格差の視点. In: がん患者学会2023: 8/20, 大阪, 招待講演; 2023.
国内 / 講演
4. Ito Y, Fukui K, Katanoda K, Sobue T: Area-based socioeconomic inequalities in cancer survival using the National Cancer Registry (全国がん登録を用いた地域の社会経済指標によるがん生存率の格差). In: The 82nd Annual Meeting of the Japanese Cancer Association(第82回日本癌学会学術総会): 9/21 2023; 神奈川, パシフィコ横浜: English Oral Sessions E24 Epidemiology (1) E-1020; 2023.
国内 / 口頭