遺伝子制御基盤AIとWet実験によるオーダーメイドがん治療
4班 テーマ：オミクス情報からの組織の再現
名前 ・伊東巧
・尾崎勇介
・川越凜
・今野直輝
・丹羽大樹
・水越周良
発表+質疑応答10分
(発表5分以上)
スライド目安：6~8枚
テーマ：オミクス情報からの組織の再現
オミクス情報からの組織の再現がんなどの疾患の治療法を開発するためには、個々の患者に対応したモデル実験系の開発が役立つと考えられる。
多層オミクス情報やシングルセル・空間オミクス情報からいかにして重要な情報を抽出し、さまざまな他分野技術と組み合わせて、個々の患者の疾患組織を培養条件下でどこまでスピーディに再現できるか?
→患者さんの組織由来のオミクス情報を用いてがんのよりよい治療(薬物治療)にどう役立てるか
従来および近年のアプローチ
その課題
①患者さんごとの各変異に対する応答の違いが加味されていない
②患者さん内のがん細胞の不均一さが加味されていない
→がんの薬物治療の奏効率の上昇のボトルネックに
https://answers.ten-navi.com/newsplus/16244/
解決策概要図
scRNA-seq
基盤GRN
複数薬剤スクリーニング
Organ-on-a-chip
患者由来オルガノイド
薬剤スクリーニング
WETとDRYを組み合わせた
ハイスループットな系で
スクリーニングしよりrealな系で実証
(1)
(2)
単一薬剤
(1) Kamimoto et al. 2023 Nature
(2) Donald et al. 2022 Nature
①
②
③
④
解決策ステップ①: ヒト共通の遺伝子制御モデルの構築
現在の遺伝子発現量ベクトル (v)
次の遺伝子発現変化 (dv/dt)
予測
ヒトの遺伝子発現制御モデル
… GRN (+ 細胞間相互作用)を考慮
Qiu et al. 2022 Cell
GRN: Gene regulatory network
シングルセル空間トランスクリプトーム
in silicoで摂動応答を予測できる！
Kamimoto et al. 2023 Nature
… RNA velocity
解決策ステップ② 患者さん由来iPS細胞を使った
オルガノイドの作成、薬剤添加時の遺伝子発現データの取得
患者さん由来iPS細胞を用いて
オルガノイドを作成
384 wellそれぞれに
異なる薬剤を添加
薬剤添加時の
遺伝子発現データ取得
384well plate
抗がん剤ライブラリ
| 薬剤1 | 薬剤2 |
遺伝子a | | |
遺伝子b | | |
bulk or scRNA-Seqデータ
左上図：https://ecatalog.corning.com/life-sciences/b2b/JP/ja/
左下：https://x.com/AxoSim/status/1754540648953151884
中央：https://ecatalog.corning.com/life-sciences/b2b/JP/ja/%E8%A1%A8%E9%9D%A2/%E7%94%9F%E7%89%A9%E5%AD%A6%E7%9A%84%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%88%E6%B8%88%E3%81%BF%E8%A1%A8%E9%9D%A2/%E3%83%9E%E3%83%88%E3%83%AA%E3%82%B2%E3%83%AB%E5%9F%BA%E5%BA%95%E8%86%9C%E3%83%9E%E3%83%88%E3%83%AA%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9/Corning%C2%AE-%E3%83%9E%E3%83%88%E3%83%AA%E3%82%B2%E3%83%AB%E5%9F%BA%E5%BA%95%E8%86%9C%E3%83%9E%E3%83%88%E3%83%AA%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9-3D%E3%83%97%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%88/p/356256
解決策ステップ③: オーダーメイドの薬剤組み合わせ最適化
②の実験結果
(患者さん毎)
薬剤組合わせに対する発現変化予測
細胞死 / 除去誘導できる
薬剤組み合わせを予測
薬剤1 → 遺伝子a↓, b↓, c↑
薬剤2 → 遺伝子a↓, d↑, e↑
薬剤3 → 遺伝子c↓, e↑, f↓
……
貪食細胞に食べられやすい遺伝子発現状態
アポトーシス誘導遺伝子の発現
解決策ステップ④: 患者さん由来がん組織を用いた
抗がん剤投薬効果の事前検証
血管内皮細胞
がん組織
（生検にて採取）
生体内がん組織を
Organ-on-a-Chipで模倣
images adopted from
Nashimoto et al., 2023;
研究ネット
がんの悪性化に関与する異常な血管新生や体液組成を再現
複数の細胞種からなる組織を再現
培地�+抗がん剤
まとめ
Wet × Dryでがん組織とその摂動を再現して
各患者さんに最適な抗がん剤を提案
Wet
Dry
患者さん毎の個別化
最適な薬剤組み合わせの探索
予測の有効性 を検証