医学のあゆみ 276巻9号 (2021年2月発行)

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特集　新型データ駆動型サイエンスの起動

はじめに宮野　悟 276巻9号 , 2021年2月 , pp.831-831

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　多くの研究者や学生の方々には “データ駆動型サイエンス” という言葉が古色然と感じられると思う．また，人工知能（AI）という言葉も現在は人口に膾炙しているが，日本では潜伏状態の時期もあった．AIの看板が降ろされて “知識工学” といった言葉に塗り替えられた．一方で，医学・生命科学研究は，その歴史においてとてもユニークな状態に入ろうとしている．その第1の要因は大規模・高精度データの出現である．仮説を立てその実証のためにデータをとって証明するという古来からの方法論に加えて，データ駆動型の科学が相対的に重要になってきたことである．これは医学・生命科学の領域に限ったことではない．第2の要因はデータ科学，とくにAI技術応用の登場である．データ科学は，急速増大化・複雑化するデータの “闇” から知識や探索の見通しを照らし出し，アクションへとナビゲートする技術や方法論を研究する学際領域である．人海戦術では不可能なデータ解析を，高精度・高速に実現できるようにしている．そして，ますます重要となっていることが，ELSI（倫理的・法的・社会的課題）という学問を成熟させることである．本特集ではこのメッセージを “新型データ駆動型サイエンス” とよぶ．

HPCと感染症数理モデル斎藤　正也 276巻9号 , 2021年2月 , pp.832-836

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　HPC（high performance computing）に訴えると通常では困難なほどに複雑なモデルを分析に採用したり，解析的でない尤度関数を用いた統計学的推定が可能になる場合がある．感染症数理モデルにおけるそのような例として，個人ベースモデル（IBM）によるシナリオ分析と粒子MCMCによる推定を紹介する．目下，とくに前者については新型コロナウイルス感染症（COVID-19）が流行中であることから，応用例のひとつを詳しく取り上げる．

「富岳」で飛躍するコンピュータ創薬奥野　恭史 276巻9号 , 2021年2月 , pp.837-841

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　近年，製薬業界では新薬の研究開発費が増え続けていることに加えて，開発が容易なターゲット疾患のほとんどは開発し尽されており，新薬創出が難しい状況となっている．したがって，薬のつくり方を革新し，薬効が高く副作用の少ない新薬を効率的に創出するために，シミュレーションや人工知能（AI）などのIT技術に大きな期待が寄せられている．しかし，これまでの創薬計算技術は予測精度が低く，予測できる化合物・標的タンパク質の数にも限界があることから，実験に置き換わるほどの革新的技術に至っていなかった．タンパク質などの生体内分子の働きを精密に予測するには，分子構造の経時変化をシミュレートする分子動力学（MD）法が用いられている．しかし，この手法は計算コストが比較的高く，スーパーコンピュータ「京」を用いても，酵素反応などの生体反応の時間スケール（ミリ秒～秒）よりもはるかに短いシミュレーションしかできなかった．一方，「富岳」は「京」の約100倍の計算性能を有するため，これまでよりもはるかに長時間のシミュレーションが実現し，創薬計算技術の予測精度が大幅に向上すると期待されている．本稿では，新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の治療薬探索やプレシジョンメディシンのための変異タンパク質シミュレーションを中心に，創薬計算における「富岳」のインパクトを述べる．

保健医療のための空間データサイエンス髙橋　邦彦 276巻9号 , 2021年2月 , pp.843-848

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　空間データサイエンスでは，個々の観測データに付加されている位置情報を効果的に活用した分析や視覚化が行われる．とくに保健医療の分野では，疾病発生リスクの地域比較や感染症などの症候サーベイランスを目的とし，空間疫学（spatial epidemiology）とよばれる領域として重要な役割を担っている．一般的なデータ分析と同様，データの可視化から解析，結果の提示までの流れはあるが，各手順において，位置情報を持つ空間データならではの取り扱いも必要となる．本稿では難病の地域比較を事例とした空間疫学的分析を通して，保健医療分野における空間データサイエンスの一例を紹介する．

説明可能なAIによるパーソナルゲノム医療・予防の実現 Heewon　Park , 丸橋　弘治 , 山口　類 , 宮野　悟 276巻9号 , 2021年2月 , pp.849-853

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　がんなどの複雑メカニズムを持つ疾患を理解するために，多様・大規模データ解析からシステム異常を解明することは必須である．最近，高度情報処理と計測技術の発展により多様・大量データを読み取り，これらを効率的に解析・活用するための計算機パワーと数理モデルを基盤とした解析技術の重要性が強く認識されている．本稿では，人工知能（AI）による個別化医療に向けた大規模・大量遺伝子ネットワーク解析を紹介する．とくに，結果に関する説明ができないブラックボックスであった従来AI技術の限界を超える，富士通研究所人工知能研究所との共同研究で開発した，説明可能なAI（XAI）に基づく “数理的な高精度・高解釈性” ネットワーク解析研究を紹介する．

腫瘍特異的ネオ抗原の数理的解析とがんの免疫病態解明への応用長谷川　嵩矩 276巻9号 , 2021年2月 , pp.855-859

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　次世代シークエンサーの発展により，シークエンス解析は，がん研究において標準的な解析手法となった．さらに近年では研究を超えて，実際の臨床現場において，腫瘍が有する体細胞変異を同定することで，治療における指針のひとつとして用いられるようにもなっている．本稿では，近年注目を集めているがんの免疫療法に関する基本的な話題を紹介したうえで，筆者らの研究テーマのひとつである，シークエンスの結果を数理的に解析することでがんの免疫病態解明をめざす研究を紹介する．ここでは，ネオ抗原（NeoAg）といわれる，近年活発に研究が行われている腫瘍特異的抗原に焦点を当て，NeoAgのがん免疫システムにおける役割と，同定された体細胞変異の情報からNeoAgを予測するための具体的な解析手順を説明したうえで，筆者らの考案したがんの免疫病態の評価指標であるImmuno-editing Inde（IEI）の概念を解説し，IEIを用いた実際の解析結果に関して紹介する．

マテリアルズインフォマティクスによる新物質探索 -――高分子材料の設計を中心に吉田　亮 276巻9号 , 2021年2月 , pp.861-865

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　物質・材料研究のパラメータ空間はきわめて広大である．たとえば，有機低分子化合物のケミカルスペースには，およそ10⁶⁰個の候補分子が存在すると推定されている．一方，公共データベースに登録されている低分子化合物の個数はたかだか10⁸のオーダーにすぎない．したがって，ケミカルスペースには依然として広大な未踏領域が残されている．さらに実用的な材料の研究開発では，プロセスや添加剤，溶媒選択などの制御因子が加わり，パラメータ空間の大きさは爆発的に増大する．データサイエンスを駆動力として，このような広大な探索空間から革新的特性を持つ新物質を発掘する．これがマテリアルズインフォマティクス（MI）という学際領域に課されたミッションである．本稿では，高熱伝導性ポリマーの発見に至るプロセスを解説しながら，MIのエッセンスを切り取る．

自然言語処理と説明可能なAIによる新次元サイエンス富士　秀 276巻9号 , 2021年2月 , pp.866-870

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　メディカル領域における人工知能（AI）研究では，人間の言語・思考を対象にした自然言語処理や“説明可能なAI”などの技術が，これから実用化が進むAI技術として期待されている．ゲノム医療は，患者の遺伝子変異に応じて治療を選択することで治療効果を向上させる医療パラダイムとして期待され，昨今ついに実用化フェーズに入ってきた．しかし現状では，振る舞いが不明な遺伝子変異がいまだに多く，治療の対象が限られていることから，未知の遺伝子変異に対する研究が日々行われ，研究成果が医学論文として発信されている．医療の現場ではこのように発信される最新の研究成果のなかから，ゲノム医療の専門家が診療方針策定の参考となる知見を見出す努力がなされているが，このプロセスが労働集約的となっており，AIによる支援が不可欠となっている．筆者らは，人間の言語・思考を対象にしたAI技術を用いることで，新たな知見の発見を支援するための研究開発を行い医療現場での実証を進めている．

ラーニング・ヘルスケア・システムの思想 -――“進化し続ける医療” を支える道徳規範をめぐる議論井上　悠輔 , 松井　健志 , 山本　圭一郎 276巻9号 , 2021年2月 , pp.871-875

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　2000年代後半以降，米国では医療現場や患者の生の情報を体系的に運用することを軸とした “ラーニング・ヘルスケア・システム” モデルが提唱され，注目を集めている．知識生産（learning）を医療本来の活動のひとつとして位置づけ，実臨床で得られる情報の活用と現場への成果の還元をめぐり，医療者および患者などの役割再編を主張する．筆者らは，この指摘には従来の “倫理審査” 批判以上の意味があると考える．診療情報の利活用をめぐる個人と集団の利益の対立をどう乗り越えるか．個人医療情報の保護と活用を支える，次世代の倫理的基盤に向けた議論のヒントがあるかもしれない．

TOPICS　腎臓内科学

小児期発症の非典型溶血性尿毒症症候群（aHUS）に対するエクリズマブの有効性と安全性の検討：市販後調査より伊藤　秀一 276巻9号 , 2021年2月 , pp.877-879

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非典型溶血性尿毒症症候群（aHUS）について

　血栓性微小血管症（thrombotic microangiopathy：TMA）は，微小血管性溶血性貧血，消費性血小板減少，微小血管内血小板血栓による臓器障害を三徴とする臨床病理学的な概念である．主なTMAの原因は，血栓性血小板減少性紫斑病（thrombotic thrombocytopenic purpura：TTP），志賀毒素産生性大腸菌（Shiga toxin-producing Escherichia coli：STEC）の感染による溶血性尿毒症症候群（hemolytic uremic syndrome：HUS），補体制御因子の異常による非典型HUS（atypical HUS：aHUS），その他の原因による二次性TMAの4つに分類される^1）．

TOPICS　神経精神医学

性犯罪者は治療できるのか：SPIRiTSを用いた挑戦安藤　久美子 276巻9号 , 2021年2月 , pp.879-881

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　わが国の犯罪検挙件数は2004年をピークに現在まで一貫して減少している^1）．一方で性犯罪に絞った検挙件数・人員をみると，強姦被害はおおむね横ばいであるが，強制わいせつに関しては増加傾向となっており，その値は30年間で約2倍になっている（図1）．この現象をわれわれはどう分析すべきであろうか．

TOPICS　眼科学

ブルーライトと疾患坪田　一男 , 綾木　雅彦 276巻9号 , 2021年2月 , pp.882-883

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ブルーライトの光毒性

　ブルーライト自体は太陽光や蛍光灯にも含まれる可視光線の一部であるが，紫外線近傍の光成分であり波長が短くエネルギーが大きい（図1）．医学的に重要なのは，デジタル機器では波長分布が太陽光と違って不均一でブルーライト成分が多い点である（図2）．光には毒性があり，代表例は紫外線による皮膚がんである．エネルギーが大きいと曝露量が増えたときに組織破壊，DNA変異の危険があり，可視光線のなかでも警戒すべき成分といえる．皮膚への慢性毒性はないとされているが，ブルーライト成分が多いデジタル機器，照明機器が増加しているので，他の臓器に関しても注意深い観察が必要である．

連載　臨床医が知っておくべき最新の基礎免疫学・第21回

免疫不全症の新展開今井　耕輔 276巻9号 , 2021年2月 , pp.885-892

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SUMMARY

　人類は，もともと病原体に弱い生き物であるが，上下水道，ワクチン，抗菌薬の発達により，若年の感染症による死亡率は激減しており，そのなかで易感染性を呈する患者として，原発性免疫不全症（PID）が記載され，現在では430の原因遺伝子が同定されている．易感染性PIDのなかでは，単一病原体への易感染性を示す自然免疫不全症が次々と報告されているが，新型コロナウイルス感染症の若年重症者のなかにも1型インターフェロン経路の遺伝子異常症が発見された．一方，易感染性を呈さない単一遺伝子異常である免疫制御異常症，自己炎症性疾患も年々発見されており，多くの膠原病，自己免疫疾患や炎症性疾患の疾患モデルとなりうると考えられる．PID遺伝子を見ると，獲得免疫系に関わるものが多く，獲得免疫系の重要さ，自然免疫系の冗長性・バックアップ能力の高さも示している．今後も，PIDの原因遺伝子の同定，病態の解明が，ヒト免疫系の理解に寄与することが期待される．

連載　バイオミメティクス（生体模倣技術）の医療への応用・vol.17

生物に学ぶ低摩擦材料：微細構造による摩擦の制御平井　悠司 276巻9号 , 2021年2月 , pp.893-899

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　摩擦は身近に発生している現象でありながら，原子・分子レベルの凹凸が影響してしまう非常に複雑で理解が難しい現象である．さらに摩擦によってエネルギーが浪費され，摩耗によって部材が損傷してしまう問題もあり，さまざまな分野でどのように摩擦力を下げるかが大きな課題となっている．筆者らは，表面の微細構造が摩擦力にどのように影響するのかを調べるにあたり，狭い空間に潜むように生息しているマダラシミに着目した．電子顕微鏡によって体表面を詳細に観察し，原子間力顕微鏡を用いて摩擦力を測定した結果，マダラシミの体表は微細な溝構造が形成している鱗片で覆われており，鱗片表面の溝構造によって摩擦力を低減していることが示唆された．また加硫ゴムで作製したマイクロスケールの突起構造の摩擦力を測定し，その摩擦力低減効果とあわせて考察することで，いかにして接触面積を減らすのかが摩擦力を下げるうえで重要な要素であるかを明らかにした．

FORUM　特別寄稿

PCR検査の感度と特異度豊田　紘一 , 堤　寛 276巻9号 , 2021年2月 , pp.901-904

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　感染症の検査目的の一つは感染者と非感染者を区別することにある．実際は，検査機器の性能や検査過程上の制約のため，感染者に対しては真陽性者に合わせて偽陰性者，非感染者に対しては真陰性者に合わせて偽陽性者の結果が出る．偽陰性は「本当は陽性なのだが検査で陰性と判定されたもの」，偽陽性は「本当は陰性なのだが検査で陽性と判定されたもの」を指す．

FORUM

PCR検査の実際栗田　泉 276巻9号 , 2021年2月 , pp.905-906

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はじめに

　新型コロナウイルス感染症は，2019年12月12日から29日までに中国湖北省武漢市において，原因不明の肺炎患者が発生した．2020年1月16日には，武漢への渡航歴のある国内初の肺炎患者が発生した．2020年1月23日厚生労働省より，新型コロナウイルスに関する検査対応についての協力依頼が案内され，2020年3月4日には新型コロナウイルス核酸検出検査が保険適用となり，PCR検査を稼働させる医療機関が増加してきている．

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目次 276巻9号 , 2021年2月

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次号の特集予告 276巻9号 , 2021年2月 , pp.908-908

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奥付 276巻9号 , 2021年2月 , pp.908-908

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基本情報

医学のあゆみ
276巻9号
(2021年2月発行)

電子版ISSN：印刷版ISSN：0039-2359 医歯薬出版

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