AIを用いた血中癌細胞識別による食道癌化学療法効果予測アルゴリズムの確立

利用人工智能识别血液中的癌细胞，建立预测食道癌化疗效果的算法

基本信息

批准号：
21K08729
负责人：
奥村知之
金额：
$ 2.75万
依托单位：
University of Toyama
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

１．食道癌細胞株KYSEを用いたAI画像解析によるCTC検出アルゴリズムの作成: KYSEと単核球PBMCの画像を教師データとして事前学習し、各細胞画像がKYSEかPBMCかを判定させた。AIはKYSE140では99.8%、KYSE1440では100%の精度で識別した。KYSE140を事前学習したAIと4人の研究者に、EpCAMおよびDAPI染色した細胞100画像３セットを識別させたところ、AIとヒトの平均画像認識精度は100%および91.8%であった（p=0.01）。画像100 枚の識別に要した平均時間は、AIが0.7±0.01 秒、ヒトが630.4±49.5 秒であ（p=0.01）、CTC画像解析にAIを使用することでヒトと比較して高い分類精度と短時間での解析できる可能性が示された。２．食道癌患者血液を用いたCTC捕捉とAI解析による癌細胞識別アルゴリズムの確立: 倫理承認とインフォームドコンセントのもと、男性5名、女性5名を対象症例、健常ボランティア5名を陰性対照とした。EpCAM陽性/DAPI陽性細胞は、患者群と対照群の両者で検出されたが、患者群の検出数は平均44.5±20.9個であり、対照群の平均2.4±0.8個に比べて有意に多かった（p=0.02）。これらの結果から細胞株を用いて構築したAIアルゴリズムを用いて患者血液検体からCTCを検出できる可能性が示された。3. ヒト癌細胞を用いたマウスCTCバイオアッセイモデルの確立:ヌードマウスの胃壁内にヒト胃癌細胞株を移植し、6週間後に胃、肝を摘出した。25匹中16匹（64.0%）で胃壁内腫瘍を認め、8匹（32％）で肝転移を認めた。胃壁内腫瘍および肝転移についてはヒト特異的EMAの発現によって移植したヒト癌細胞由来であることを確認した。

1.使用食管癌细胞系KYSE，利用AI图像分析创建CTC检测算法：将KYSE和单核细胞PBMC的图像作为训练数据进行预训练，并判断每个细胞图像是KYSE还是PBMC。 AI 识别 KYSE140 的准确率为 99.8%，KYSE1440 的识别准确率为 100%。当在 KYSE140 上预训练的 AI 和四名研究人员被要求识别三组 EpCAM 和 DAPI 染色细胞的 100 个图像时，AI 和人类的平均图像识别准确率分别为 100% 和 91.8% (p= 0.01 ）。识别 100 张图像所需的平均时间，AI 为 0.7 ± 0.01 秒，人类为 630.4 ± 49.5 秒（p = 0.01），与人类相比，使用 AI 进行 CTC 图像分析带来了更高的分类准确性和分析可能性。并在短时间内得到了证明。 2.使用食管癌患者血液进行 CTC 捕获和 AI 分析建立癌细胞识别算法：经伦理批准和知情同意，将 5 名男性和 5 名女性作为目标病例，并使用 5 名健康志愿者作为阴性对照。患者组和对照组均检测到 EpCAM 阳性/DAPI 阳性细胞，但患者组检测到的平均数量为 44.5 ± 20.9 个，显着高于对照组的平均值 2.4 ± 0.8 个。（p=0.02）。这些结果证明了使用细胞系构建的人工智能算法从患者血液样本中检测 CTC 的可能性。 3.利用人癌细胞建立小鼠CTC生物测定模型：将人胃癌细胞系移植到裸鼠胃壁中，6周后切除胃和肝脏。 25只动物中有16只（64.0%）患有胃壁内肿瘤，8只（32%）有肝转移。通过人特异性EMA的表达，证实胃壁内肿瘤和肝转移来源于移植的人癌细胞。