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
- 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
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、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。移植医療においての特徴である競合リスクと時間依存性変数を用いたモデルを継続して検討している。
・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、今回の実証研究を基に、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て実施している。
・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中である。
・臍帯血特異的合併症:
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。L1正則化法を適用することで、予測に有用な変数の自動抽出および重みの推定を行った。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た。また個人最終打ち切り日の異なるモデルを構築し、それぞれのモデルから各個人の生着度を表すスコアを計算し予測性の可視化の検討を進めている
・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が明らかとなった。
・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、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。移植医療においての特徴である競合リスクと時間依存性変数を用いたモデルを継続して検討している。
・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、今回の実証研究を基に、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て実施している。
・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中である。
・臍帯血特異的合併症:
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。L1正則化法を適用することで、予測に有用な変数の自動抽出および重みの推定を行った。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た。また個人最終打ち切り日の異なるモデルを構築し、それぞれのモデルから各個人の生着度を表すスコアを計算し予測性の可視化の検討を進めている
・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が明らかとなった。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Sakatoku K, Kim SW, Okamura H, Kanaya M, Kato K, Yamasaki S, Uchida N, Kobayashi H, Fukuda T, Takayama N, Ishikawa J, Nakazawa H, Sakurai M, Ikeda T, Kondo T, Yoshioka S, Miyamoto T, Kimura T, Ichinohe T, Atsuta Y, Kondo E. Improved survival after single-unit cord blood transplantation using fludarabine and melphalan-based reduced-intensity conditioning for malignant lymphoma: impact of melphalan dose and graft-versus-host disease prophylaxis with mycophenolate mofetil. Ann Hematol. 2022, 101(12), 2743-57. doi: 10.1007/s00277-022-04990-w.
2. Shimomura Y, Komukai S, Kitamura T, Sobue T, Kurosawa S, Doki N, Katayama Y, Ozawa Y, Matsuoka KI, Tanaka T, Kako S, Sawa M, Kanda Y, Nakamae H, Nakazawa H, Ueda Y, Kanda J, Fukuda T, Atsuta Y, Ishiyama K. Identifying the optimal conditioning intensity for stem cell transplantation in patients with myelodysplastic syndrome: a machine learning analysis. Bone Marrow Transplant. 2023, 58(2), 186-94. doi: 10.1038/s41409-022-01871-8.
3. Schoettler M, Carreras E, Cho B, Dandoy CE, Ho VT, Jodele S, Moissev I, Sanchez-Ortega I, Srivastava A, Atsuta Y, Carpenter P, Koreth J, Kroger N, Ljungman P, Page K, Popat U, Shaw BE, Sureda A, Soiffer R, Vasu S. Harmonizing Definitions for Diagnostic Criteria and Prognostic Assessment of Transplantation-Associated Thrombotic Microangiopathy: A Report on Behalf of the European Society for Blood and Marrow Transplantation, American Society for Transplantation and Cellular Therapy, Asia-Pacific Blood and Marrow Transplantation Group, and Center for International Blood and Marrow Transplant Research. Transplant Cell Ther. 2023, 29(3), 151-63. doi: 10.1016/j.jtct.2022.11.015.
4. Muhsen IN, Galeano S, Niederwieser D, Koh MBC, Ljungman P, Machado CM, Kharfan-Dabaja MA, de la Camara R, Kodera Y, Szer J, Rasheed W, Cesaro S, Hashmi SK, Seber A, Atsuta Y, Saleh MFM, Srivastava A, Styczynski J, Alrajhi A, Almaghrabi R, Abid MB, Chemaly RF, Gergis U, Brissot E, El Fakih R, Riches M, Mikulska M, Worel N, Weisdorf D, Greinix H, Cordonnier C, Aljurf M. Endemic or regionally limited parasitic and fungal infections in haematopoietic stem-cell transplantation recipients: a Worldwide Network for Blood and Marrow Transplantation (WBMT) Review. Lancet Haematol. 2023, 10(4), e295-305, doi: 10.1016/S2352-3026(23)00031-5.
5. Muhsen IN, Galeano S, Niederwieser D, Koh MBC, Ljungman P, Machado CM, Kharfan-Dabaja MA, de la Camara R, Kodera Y, Szer J, Rasheed W, Cesaro S, Hashmi SK, Seber A, Atsuta Y, Saleh MFM, Srivastava A, Styczynski J, Alrajhi A, Almaghrabi R, Abid MB, Chemaly RF, Gergis U, Brissot E, El Fakih R, Riches M, Mikulska M, Worel N, Weisdorf D, Greinix H, Cordonnier C, Aljurf M. Endemic or regionally limited bacterial and viral infections in haematopoietic stem-cell transplantation recipients: a Worldwide Network for Blood and Marrow Transplantation (WBMT) Review. Lancet Haematol. 2023, 10(4), e284-94. doi: 10.1016/S2352-3026(23)00032-7.
6. Tokunaga M, Nakano N, Fuji S, Wake A, Utsunomiya A, Ito A, Eto T, Kawakita T, Mori Y, Moriuchi Y, Suehiro Y, Miyazaki Y, Uchida N, Sawayama Y, Ishitsuka K, Kanda J, Kimura T, Ichinohe T, Atsuta Y, Fukuda T, Yoshimitsu M, Kato K. Cord blood is a suitable donor source of allogeneic hematopoietic cell transplantation for adult T-cell leukemia-lymphoma: a nationwide retrospective study. Bone Marrow Transplant. 2023, 58(4), 462-4. doi: 10.1038/s41409-023-01919-3.
7. Konuma T, Itonaga H, Ishiyama K, Hamamura A, Uchida N, Ozawa Y, Katayama Y, Sakurai M, Ueda Y, Matsuoka KI, Kawakita T, Eto T, Ara T, Kanda J, Onizuka M, Fukuda T, Atsuta Y. Progress in survival following three decades of allogeneic hematopoietic cell transplantation for myelodysplastic syndrome: A real-world registry study in Japan. Am J Hematol. 2023, 98(4), E68-71. doi: 10.1002/ajh.26839.
8. Matsuda K, Konuma T, Fuse K, Masuko M, Kawamura K, Hirayama M, Uchida N, Ikegame K, Wake A, Eto T, Doki N, Miyakoshi S, Tanaka M, Takahashi S, Onizuka M, Kato K, Kimura T, Ichinohe T, Takayama N, Kobayashi H, Nakamae H, Atsuta Y, Kanda J, Yanada M. Comparison of transplant outcomes between haploidentical transplantation and single cord blood transplantation in non-remission acute myeloid leukaemia: A nationwide retrospective study. Br J Haematol. 2023, 201(1), 106-13. doi: 10.1111/bjh.18530.
9. Shimomura Y, Kitamura T, Nishikubo M, Sobue T, Uchida N, Doki N, Tanaka M, Ito A, Ishikawa J, Ara T, Ota S, Onizuka M, Sawa M, Ozawa Y, Maruyama Y, Ikegame K, Kanda Y, Ichinohe T, Fukuda T, Okamoto S, Teshima T, Atsuta Y. Effect of the COVID-19 pandemic on allogeneic stem cell transplantation in Japan. Int J Hematol. 2023, 117(4), 590-7. doi: 10.1007/s12185-022-03508-4.
10. Tokaz MC, Baldomero H, Cowan AJ, Saber W, Greinix H, Koh MB, Kröger N, Mohty M, Galeano S, Okamoto S, Chaudhri N, Karduss AJ, Ciceri F, Colturato VAR, Corbacioglu S, Elhaddad A, Force LM, Frutos C, León AG, Hamad N, Hamerschlak N, He N, Ho A, Huang XJ, Jacobs B, Kim HJ, Lida M, Lehmann L, de Latour RP, Percival MM, Perdomo M, Rasheed W, Schultz KR, Seber A, Ko BS, Simione AJ, Srivastava A, Szer J, Wood WA, Kodera Y, Nagler A, Snowden JA, Weisdorf D, Passweg J, Pasquini MC, Sureda A, Atsuta Y, Aljurf M, Niederwieser D. An Analysis of the Worldwide Utilization of Hematopoietic Stem Cell Transplantation for Acute Myeloid Leukemia. Transplant Cell Ther. 2023, 29(4), 279.e1-10. doi: 10.1016/j.jtct.2022.12.013.
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. Atsuta Y. HCT Outcome Registry in Japan: Achievements and Future Goals. 27th Congress of Asia-Pacific Blood and Marrow Transplantation Group. October 7, 2022. Kochi, India (Hybrid)
国外 /
2. Atsuta Y. The Japanese Transplant Registry Unified Management Program (TRUMP®): current issues and the future. Tandem Meetings 2023. ASTCT Committee on International Affairs Spotlight Session. Quality as a Development Tool for Stem Cell Transplantation Programs. February 17, 2023 Orlando, FL
不明 /
3. 人工知能と機械学習技術が可能とする大規模メディカルデータからの情報抽出と活用, 山口類, 第45回日本造血・免疫細胞療法学会総会, 2023/02/10, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
4. 臍帯血移植後生着の予測と要因探索に向けた機械学習モデルの構築, 山口類, 免疫・細胞療法検討会2022, 2022/12/16, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
5. Ito Y, Fukui K, Katanoda K, Nakaya T, Higashi T, Sobue T: Monitoring of area-based socioeconomic inequalities in cancer survival using nationwide population-based cancer registry data in Japan. In: The International Conference on Health Policy Statistics: 2023; Scottsdale, AZ; 2023: Poster 007.
国外 / ポスター
6. 伊藤ゆり. 本邦におけるサバイバーシップ研究の現状と課題. シンポジウム10 がん経験者の二次がん、晩期合併症の課題と対応. 第20回日本臨床腫瘍学会学術集会. 2023/3/16. 博多
国内 /
7. 伊藤ゆり. 住民ベースのがん登録を基盤としたMultiple data sourceとのデータ融合の可能性. 第45回日本造血・免疫細胞療法学会 総会. ワークショップ1: AI/Machine Learning.
不明 /
8. 同種移植後のレテルモビル投与:KSGCT による後方視的解析,遠矢嵩,第44回日本造血・免疫細胞治療学会総会,2022/5/13,国内,口頭
国内 / 口頭
9. 予防投与時代の移植後CMVマネージメント,遠矢嵩,第84回日本血液学会学術集会,国内,口演
国内 /