科学者たちは、一滴の尿、センサー、そしてAIアルゴリズムを用いて前立腺がんを検査する方法を開発したと発表した。小規模な試験の結果によると、検査時間はわずか20分で、精度は99%だという。
男性は加齢とともに前立腺がんを発症するリスクが高まり、50歳以上の人は定期的に前立腺がんのスクリーニング検査を受けることが義務付けられています。血液検査など、より直接的な検査で問題が示唆された場合、患者は生検を受けることがあります。生検では、前立腺から少量の組織を採取し、がん細胞の有無を確認します。しかし、これらのスクリーニング検査は偽陽性が多く、不必要な生検につながる傾向があります。
韓国科学技術研究院（KIST）率いる研究チームは、尿サンプルのみを用いて非侵襲的かつ迅速に前立腺がんを検査できると考えています。PCA3の高値が検出された場合、前立腺がんの可能性が高いと判断されます。
しかし、尿検査は、本当に生検が必要かどうかを予測する上で不正確な場合もあります。研究チームは、PCA3のみを調べるのではなく、デュアルゲート電界効果トランジスタで構成されたバイオセンサーを用いて、尿中のバイオマーカーの存在を検知します。これらのバイオマーカーは、トランジスタの基準電圧をシフトさせます。
バイオセンサーの表面に少量の尿を滴下した後、この変化を測定することで、科学者は尿中のバイオマーカー濃度を測定することができます。訓練されたアルゴリズムはこれらの濃度測定値を取得し、それを用いて患者が病気に罹患しているかどうかを予測することができます。
「基本的にバイオマーカーとは、特定の病状によって濃度が影響を受ける体内の特定の物質のことです」とACS Nanoに掲載されたこの技術に関する論文の共著者であり、KISTの主任研究科学者であるクワンヒ・リー氏は火曜日にザ・レジスター紙に説明した。
私たちの研究では、前立腺がんに関連する4つの異なるバイオマーカーを選択しました。簡単に言えば、がん患者のバイオマーカー濃度は、健康な人と比較して増加または減少していることがわかります。
研究：糖尿病性眼疾患の瞬きを現実世界で検出するように設計されたAIは、医師の作業を増加させる
続きを読む
単一のバイオマーカーに基づく診断であれば、閾値を設定するだけで疾患を診断できます。しかし、バイオマーカーが複数（今回の場合は4つ）ある場合、バイオマーカーデータと疾患状態の関係を理解することは容易ではありません。複数のバイオマーカーに基づく診断の可能性を考えると、複数のバイオマーカーデータを分析する必要があります。そこで、AIアルゴリズムを用いてバイオマーカーデータのパターンを学習し、AIアルゴリズムががんを予測できるようにしました。
アルゴリズムは、前立腺がん患者によく見られるバイオマーカーデータ内の特定のパターンを探すように訓練されました。新鮮な尿サンプルで同じパターンが検出された場合、前立腺がんの可能性が高いと判断されます。研究チームは、健康な患者と前立腺がん患者の男性から計76の尿サンプルを採取し、そのうち70%をアルゴリズムの訓練に、30%を検査に使用しました。
初期結果では、アルゴリズムが前立腺がんの有無を少なくとも99%の精度で正確に予測できることが示されています。ただし、この実験では23人のみが対象となったため、この限定的な実験結果は鵜呑みにすべきではありません。
技術のさらなる発展により、現在の血液検査を置き換えることが可能になると考えています。
リー氏は、アルゴリズムの偽陽性率と偽陰性率はそれぞれ0.024と0.037と低かったものの、チームはより多くの患者を対象に結果を検証する必要があると述べた。
「この技術をさらに開発すれば、現在の血液検査に代わることが可能になると考えています」と彼は述べた。「これを実現するには、克服すべき課題がいくつかあります。まず、はるかに大規模なデータセットを用いて、私たちのアプローチの有効性を確認する必要があります。次に、センサーの小型化が必要です。」
「そして、各分野の医療専門家と緊密に連携し、当社のセンシングプラットフォームの性能をモニタリングし、現在の血液検査に代わるものを決定する必要があります。個人的には、性能を損なうことなく、センシングプラットフォームをより手頃な価格にすることが鍵だと考えています。」
リー氏は、現時点ではこの検査はまだ、さらなる生検検査の必要性を完全になくすには不十分だと考えている。将来的には、様々ながんの複数のバイオマーカーを検出できるバイオセンサーを開発し、AIアルゴリズムで解析して患者を診断できるようになることを期待している。®
