Moffitt、食事解析・空間バイオマーカー・工学でがん研究を前進させる

Moffitt Cancer Centerの研究者らは、がんリスク因子と治療反応予測の理解を前進させる複数の研究結果を発表するとともに、がん研究における工学的イノベーションに関する全国サミットを開催した。

British Journal of Cancerに掲載された新たな研究は、植物性食品中心の食事を実践する人は、日常的に肉を食べる人に比べ、がんを発症する全体リスクがわずかに低い可能性を示唆する。研究者らは、肉食者、ベジタリアン、ヴィーガンを含む異なる食習慣を自己申告した人々のがん診断を追跡した複数の大規模前向きコホート研究のデータを統合した。全体として、本研究は、肉を含む食事と比較してベジタリアン食が全がんリスクの明確な低下と関連することを見いだした。

本研究は、特定のがん種について予想外の関連も同定した。ベジタリアンでは食道扁平上皮がんの報告リスクが高く、ヴィーガンでは大腸がんのリスクが高かった。研究者らは、これらの所見は追加の検討を要し、慎重に解釈すべきだと強調する。

栄養とがんリスクを研究するMoffitt Cancer Centerの研究者は、植物性食品中心の食事には、全体としてのがん予防的傾向を説明し得る複数の特徴が含まれると述べる。植物性食品中心の食事は、炎症を減らし、腸の健康な機能を支え、DNA損傷から細胞を保護するのに役立つ食物繊維、抗酸化物質、ビタミン、ミネラル、ファイトケミカル（植物由来化学物質）が豊富である傾向がある。また、飽和脂肪が少なく栄養密度が高い傾向があり、がん予防の重要因子であるより健康的な体重の維持に役立ち得る。

本研究は観察研究であり、関連を同定できるが因果関係は証明できない。サンプルサイズが非常に大きく追跡期間が長い場合でも、ベジタリアンまたはヴィーガン食を選ぶ人は、喫煙、飲酒、身体活動、検診習慣など、他の健康関連行動において肉食者と異なる可能性がある。所見は植物性食品中心の食事ががんリスクを下げ得るという考えを支持するが、食事を切り替えることが直接リスク低下を引き起こすことを証明するものではない。

食道がんの所見に対する仮説の1つとして、一部のベジタリアンは食道粘膜の健全性維持に関与する亜鉛やセレンなど特定の微量栄養素の摂取量が低い可能性があることが挙げられる。別の可能性として、データで十分に捉えられていない生活習慣または文化的要因が、特定の地域においてベジタリアンと非ベジタリアンで異なることも考えられる。ヴィーガンで報告された大腸がんリスク上昇も、栄養素摂取の違いまたは他の生活習慣要因を反映している可能性がある。ヴィーガン食は集団間および集団内で大きく異なり、カルシウム、ビタミンD、B12が低いものもあり得る。これらは大腸がんの防御に関連する栄養素である。

別の研究としてCancer Researchに掲載された研究では、Moffittの研究者らが、進行非小細胞肺がん患者が免疫療法から利益を得るかどうかを予測する、明確に異なる空間的な腫瘍–免疫エコシステムを同定した。これらの所見は、腫瘍微小環境内で腫瘍細胞と免疫細胞がどのように配置され相互作用しているかを解析することで、PD-L1ステータス単独よりも疾患進行をより正確に予測できる可能性を示す。本論文は同誌の表紙で紹介され、Data Science特集シリーズの一部でもある。

研究者らは、マルチプレックスイメージング、空間統計、機械学習を用いて、HDAC阻害薬vorinostatとPD-1阻害薬pembrolizumabの併用を評価する臨床試験 (clinical trial) に参加した患者から、治療前および治療中の生検ペア検体を解析した。単一マーカーに焦点を当てるのではなく、免疫細胞と腫瘍細胞が互いにどのような位置関係にあるかを検討し、空間的な「近傍（neighborhood）」およびより広い腫瘍–免疫エコロジーを定義した。

疾患が進行した患者の腫瘍は、治療開始前から免疫抑制的な構造に特徴づけられ、腫瘍細胞近傍でFoxP3陽性制御性T細胞およびPD-1を発現する免疫細胞の空間的クラスター形成がより大きかった。対照的に、病勢安定の患者の腫瘍では、腫瘍細胞と相互作用するCD3陽性およびCD8陽性エフェクターT細胞のより強い共局在が示された。これらの所見は、免疫療法への反応が、腫瘍微小環境内に既存する空間的組織化の影響を受ける可能性を示唆する。

研究者らがこれらの空間的エコシステム特徴量を用いて予測モデルを学習させたところ、疾患進行の予測精度は最大87.5%に達した。比較として、PD-L1発現単独では予測精度は約63%であった。結果は、単一マーカー検査を超えて、より精密な免疫療法の意思決定を導く可能性がある空間バイオマーカーへと肺がん診断を拡張することを支持する。

主要な目的は、非小細胞肺がんにおける異なる腫瘍–免疫エコロジーを定義・定量化し、これらの空間パターンが疾患進行と免疫療法反応を予測できるかを判断することであった。治療反応は、特定のマーカーが存在するかどうかだけでなく、細胞が空間的にどのように配置され、機能的に相互作用しているかに依存する。奏効者では治療前からより免疫許容的（immune-permissive）な腫瘍がみられた。非奏効者では、有効な免疫攻撃を制限する抑制的な空間構造をもつ腫瘍がみられた。これらのエコシステムパターンは、治療開始前から概ね存在していた。

本所見は、単一マーカー検査を超えてエコシステムに基づく患者層別化へ移行することを支持する。免疫許容的なエコシステムをもつ患者はチェックポイント阻害薬単独で利益を得る可能性がある一方、抑制的なエコシステムをもつ患者は、より早期に併用療法または臨床試験へ誘導され得る。まだルーチンではないものの、マルチプレックス免疫組織化学およびデジタル病理プラットフォームは普及しつつある。さらなる検証と計算ツールの簡素化により、空間免疫プロファイリングは今後数年で肺がん診断の一部となる可能性がある。

本研究は、National Cancer Institute（U01CA232382, U54CA274507）、Moffitt Center of Excellence for Evolutionary Therapy、およびMoffitt Lung Cancer Center of Excellenceの支援を受けた。

研究者、エンジニア、臨床医、政策リーダーらがタンパに集い、第4回年次Cancer Engineering Summitが開催された。同サミットは3日間のイベントで、工学主導のイノベーションががん研究の未来をどのように再形成しているかに焦点を当てた。今年の会合の中心の1つはNew Approach Methodologies（NAMs）Symposiumであり、発見から患者ケアへの道筋を加速しつつ動物実験への依存を減らすことを目的とした新興技術が紹介された。

数十年にわたり、動物モデルはがん研究の中核をなしてきた。しかし、動物で有望に見える治療の多くが、人では同様の結果を示さない。がん治療がより標的化され生物学的に複雑になるにつれ、研究者らは腫瘍生物学と患者特異的反応をよりよく再現するヒト関連性の高いシステムへと、ますます舵を切っている。

NAMs Symposiumはサミットの先陣を切るイベントとして開催され、政府、学界、産業界のリーダーが集まり、先進的な実験室プラットフォーム、バイオマテリアル、計算モデリング、人工知能が前臨床研究をどのように近代化しているかを検討した。これらのアプローチは、予測精度の向上、開発コストの低減、臨床試験までの期間短縮、そして動物使用の大幅な削減を目指す。

Moffitt Cancer CenterのBioengineering Departmentの部門長は、実験室内でヒトがんの主要特徴を再現する三次元の人工腫瘍システムを開発している。従来の二次元細胞培養や一部の動物モデルと異なり、これらの3Dプラットフォームは、がん細胞が周囲組織や免疫細胞とどのように相互作用するかを研究できる。同チームはまた、ヒト組織の物理的・機械的特性を模倣するバイオマテリアル基盤のプラットフォームを設計し、がん治療のより現実的な試験を可能にしている。これらの工学的システムで薬剤反応と耐性を評価することで、研究者らは有望な治療をより早期に同定でき、費用のかかる後期段階の臨床的失敗を減らせる可能性がある。

NAMs Symposiumは、MoffittのInnovation and Entrepreneurship Officeにおけるポートフォリオ戦略担当副社長が共同主催し、同氏はイベントのより広い戦略的重要性を強調した。Moffittは腫瘍学の観点からこの領域を主導することを期待しており、がんのより良い治癒法をより多く開発しようとするすべての関係者のアジェンダを定める、分野を形作る問いを浮かび上がらせるために人々を結集させる取り組みを進めている。

今後に向けて、登壇者らは、現実的なNAMsプラットフォームを作製し、スケールアップし、製造するためには工学的協働が不可欠だと強調した。NIHのNational Institute of Biomedical Imaging and Bioengineeringのディレクターは、これらの技術を概念実証システムからスケーラブルな研究ツールへ移行させるために学際的専門性が重要であることを強調した。将来の進展には、先進的センサーとイメージング技術を流体工学およびプロセス工学と統合し、腫瘍の挙動をリアルタイムで監視できるフィードバック制御システムを構築することが含まれる可能性がある。