JP6198161B2 - Dynamic network biomarker detection apparatus, detection method, and detection program - Google Patents

Dynamic network biomarker detection apparatus, detection method, and detection program Download PDF

Info

Publication number
JP6198161B2
JP6198161B2 JP2016134775A JP2016134775A JP6198161B2 JP 6198161 B2 JP6198161 B2 JP 6198161B2 JP 2016134775 A JP2016134775 A JP 2016134775A JP 2016134775 A JP2016134775 A JP 2016134775A JP 6198161 B2 JP6198161 B2 JP 6198161B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measurement
detection
factor
living body
item
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016134775A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016201123A (en
Inventor
洛南 陳
洛南 陳
合原 一幸
一幸 合原
鋭 劉
鋭 劉
治平 劉
治平 劉
美儀 李
美儀 李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Science and Technology Agency
Original Assignee
Japan Science and Technology Agency
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Science and Technology Agency filed Critical Japan Science and Technology Agency
Priority to JP2016134775A priority Critical patent/JP6198161B2/en
Publication of JP2016201123A publication Critical patent/JP2016201123A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6198161B2 publication Critical patent/JP6198161B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、生体に関する測定により得られた複数の因子項目の測定データに基づいて、前記生体の症状の指標となるバイオマーカーの候補を検出する検出装置、検出方法及び検出プログラムに関する。   The present invention relates to a detection apparatus, a detection method, and a detection program for detecting a candidate for a biomarker that is an index of a symptom of a living body based on measurement data of a plurality of factor items obtained by measurement related to the living body.

様々な研究結果によると、多くの疾病、特に複雑な疾病の悪化進行のプロセスは、気候システム、生態システム、経済システム等のシステムと同様に、ある臨界閾値を超えた時点、いわゆる分岐点に達すると、状態遷移が突然発生し、健康状態から急激に疾病状態に変化する(例えば、非特許文献1〜5参照)。このような複雑疾病の動的メカニズムに関する研究において、疾病悪化(例えば、喘息発作、癌の発病)の進行プロセスを、時間に依存した非線形動力学システムとしてモデル化し、モデル化したシステムを観測することによって、分岐点での相転移で病気が急激に悪化することが既に判明している(非特許文献1、6参照)。   According to various research results, the process of aggravation of many diseases, especially complex diseases, reaches a so-called bifurcation point when a certain critical threshold is exceeded, as in systems such as the climate system, ecological system, and economic system. Then, a state transition suddenly occurs, and the state changes suddenly from a healthy state to a disease state (see, for example, Non-Patent Documents 1 to 5). In research on the dynamic mechanism of such complex diseases, the progression process of disease deterioration (eg, asthma attack, cancer onset) is modeled as a time-dependent nonlinear dynamic system, and the modeled system is observed It has already been clarified that the disease rapidly deteriorates due to the phase transition at the branch point (see Non-Patent Documents 1 and 6).

図1は、疾病の進行プロセスを概念的に示す説明図である。図1のaは、疾病の進行プロセスを模式的に示している。図1のb、c及びdは、進行プロセスの過程において、前述のモデル化したシステムの安定性をポテンシャル関数として示し、横軸に経過を示す時刻をとり、縦軸にポテンシャル関数の値をとって概念的に示したグラフである。図1のaに示すように、疾病悪化の進行プロセスは、正常状態(健康状態)、疾病前状態、疾病状態として表すことができる。正常状態において、システムは安定して、図1のbに黒丸の位置として示すように、ポテンシャル関数の値が最小値になっている。疾病前状態において、システムは、図1のcに黒丸の位置として示すように、ポテンシャル関数の値が高くなっている。したがって、外乱の影響を受けやすい状態であり、小さな外乱を受けるだけで相転移してしまう分岐点の付近、即ち、正常状態の限界に位置している。但し、当該疾病前状態は、適切な処置によって、容易に正常状態に回復することができる。一方、疾病状態において、システムは安定して、図1のdに黒丸の位置として示すように、ポテンシャル関数の値が大局的最小値になっている。そのため、正常状態から相転移で生じたこの疾病状態が、正常状態へ回復することは困難である。(図中では便宜上、回復不能と表記)   FIG. 1 is an explanatory diagram conceptually showing a disease progression process. FIG. 1a schematically illustrates the disease progression process. In FIG. 1, b, c, and d show the stability of the modeled system described above as a potential function in the course of the progress process, the horizontal axis indicates the time of progress, and the vertical axis indicates the value of the potential function. Is a graph conceptually shown. As shown in FIG. 1a, the progression process of disease deterioration can be expressed as a normal state (health state), a pre-disease state, and a disease state. In the normal state, the system is stable and the value of the potential function is the minimum value as shown by the position of the black circle in FIG. In the pre-disease state, the system has a high potential function value, as shown by the black circle position in FIG. Therefore, it is in a state that is easily affected by disturbance, and is located near the branch point where the phase transition occurs only by receiving a small disturbance, that is, at the limit of the normal state. However, the pre-disease state can be easily restored to a normal state by appropriate treatment. On the other hand, in a disease state, the system is stable, and the value of the potential function is a global minimum as shown by the black circle position in FIG. Therefore, it is difficult for this disease state caused by the phase transition from the normal state to recover to the normal state. (In the figure, for the sake of convenience, it is indicated as unrecoverable)

したがって、もし疾病前状態を検知して、疾病状態に遷移する前に、疾病状態に遷移しつつあることを患者に予告することができれば、適切な措置を取ることによって、患者を疾病前状態から正常状態へ回復させることができる可能性が高い。   Therefore, if a pre-disease state is detected and the patient can be notified of the transition to the disease state prior to the transition to the disease state, the patient can be removed from the pre-disease state by taking appropriate measures. There is a high possibility that it can be restored to a normal state.

即ち、分岐点(臨界閾値)を検出することができれば、臨界遷移の予測が可能であり、病気の早期診断を実現することができる。   That is, if a branch point (critical threshold) can be detected, critical transition can be predicted, and early diagnosis of a disease can be realized.

なお、従来から疾病状態を診断する方法として、バイオマーカーが用いられている。従来から用いられている通常のバイオマーカーは、生体から採取された血清、尿等の体液、更には、組織に含まれる分子レベルのDNA、RNA、蛋白質、代謝物等であり、生体内の生物学的変化を定量的に把握することができる指標である。従来のバイオマーカーによる疾病の診断方法は、ノーマルサンプル(健康状態で採取したサンプル)から抽出したバイオマーカーと異常サンプル(疾病状態で採取したサンプル)から抽出したバイオマーカーとを比較することにより、病気を診断する方法である。   Conventionally, biomarkers have been used as methods for diagnosing disease states. Conventional biomarkers that have been used in the past include body fluids such as serum and urine collected from living bodies, as well as molecular level DNA, RNA, proteins, metabolites, etc. contained in tissues. It is an index that can quantitatively grasp the scientific change. The conventional method for diagnosing diseases using biomarkers is to compare the biomarkers extracted from normal samples (samples collected in a healthy state) with the biomarkers extracted from abnormal samples (samples collected in a disease state). It is a method of diagnosing.

ヴェネガス・ジェイ・ジー(Venegas,J.G.)等著,「破壊変化に対する前奏曲のような喘息の自己組織(Self-organized patchiness in asthma as a prelude to catastrophic shifts.),(英国),ネイチャー(Nature),ネイチャーパブリッシンググループ(Nature Publishing Group ),2005年,434巻,p.777−782Venegas, JG et al., “Self-organized patchiness in asthma as a prelude to catastrophic shifts.” (UK), Nature , Nature Publishing Group, 2005, 434, 777-782. マックシャーリー・ピー・イー(McSharry,P.E. )、スミス・エル・エー(Smith,L.A.)、タラッセンコ・エル(Tarassenko,L)著,「癇癪発作の予測:非線形方法が適切であるか。(Prediction of epileptic seizures:are nonlinear methods relevant.)」,(英国),ネイチャー・メディシン(Nature Medicine ),ネイチャーパブリッシンググループ(Nature Publishing Group ),2003年,9巻,p.241−242McSharry, PE, Smith, LA, Tarassenko, L, “Predicting epileptic seizures: is a non-linear method appropriate? (Prediction of epileptic seizures: are nonlinear methods relevant.) "(UK), Nature Medicine, Nature Publishing Group, 2003, 9, p. 241-242 ロベルト・ピー・ビー(Roberto,P.B.)、エリセオ・ジー(Eliseo, G.)、ジョセフ・エフ・シー(Josef,C.),「物流回帰の変化点推定のための転移モデル(Transition models for change-point estimation in logistic regression. )」,(米国),医学における統計(Statistics in Medicine),ワイリーブラックウェル(Wiley-Blackwell ),2003年,22巻,p.1141−1162Roberto, PB, Eliseo, G., Josef, C., “Transition models for change point estimation of logistics regression (Transition models for change -point estimation in logistic regression.), (USA), Statistics in Medicine, Wiley-Blackwell, 2003, Vol. 22, p. 1141-1116 ペック・エス(Paek,S.)等著,「音響神経腫に対するガンマナイフ手術後、聴覚保存(Hearing preservation after gamma knife stereotactic radiosurgery of vestibular schwannoma.)」,(米国),キャンサー(Cancer),ワイリーブラックウェル(Wiley-Blackwell ),2005年,1040巻,p.580−590Paek, S. et al., “Hearing preservation after gamma knife stereotactic radiosurgery of vestibular schwannoma”, (USA), Cancer, Wiley Black Wiley-Blackwell, 2005, 1040, p. 580-590 リウ・ジェイ・ケイ(Liu,J.K.)、ロビット・アール・エル(Rovit,R.L.)、クッドウェル・ダブリュー・ティー(Couldwell,W.T.),「脳下垂体卒中(Pituitary Apoplexy)」,(米国),セミナーズ・イン・ニューロサージェリー(Seminars in neurosurgery),ティーメ(Thieme)2001年,12巻,p.315−320Liu, JK, Rovit, RL, Cudwell, WT, “Pituitary Apoplexy”, (USA), Seminars Seminars in neurosurgery, Thieme 2001, 12, p. 315-320 タナカ・ジー(Tanaka,G. ),ツモト・ケイ(Tsumoto,K.),ツジ・エス(Tsuji,S.)、アイハラ・ケイ(Aihara,K. )著,「前立腺癌に対する間歇的なホルモン療法のハイブリッドシステムモデルの分岐点分析。(Bifurcation analysis on a hybrid systems model ofintermittent hormonal therapy for prostate cancer.)」,(米国),フィジカル・レビュー(Physical Review ),アメリカ物理学会,2008年,237巻,p.2616−2627Tanaka, G., Tsumoto, K., Tsuji, S., Aihara, K., "Intermittent hormone therapy for prostate cancer (Bifurcation analysis on a hybrid systems model of prostate cancer for prostate cancer.), (USA), Physical Review, American Physical Society, 2008, Vol. 237, p. . 2616-2627

しかしながら、複雑疾病の場合、臨界遷移の予測は極めて困難である。その理由は以下の通りである。   However, in the case of complex diseases, it is very difficult to predict critical transitions. The reason is as follows.

第一に、疾病前状態は、正常状態の境界であり、分岐点に達する前に、著しい変化が生じ難い。そのため、従来のバイオマーカー、スナップショット測定等の手法による診断では、正常状態と疾病前状態とを区別することが難しい。   First, the pre-disease state is the boundary of the normal state, and it is difficult for significant changes to occur before reaching the bifurcation point. Therefore, it is difficult to distinguish between the normal state and the pre-disease state in the diagnosis by the conventional technique such as biomarker and snapshot measurement.

第二に、様々な研究がなされている中で、分岐点を予測するための早期診断用の警告信号を精度高く検出することができる信頼性の高い疾病モデルがまだ開発されていない。特に、同じ疾病でも、個人によって、疾病悪化の進行プロセスが異なるため、モデルベースの診断方法は、成功する確率が低い。   Secondly, among various studies, a reliable disease model capable of accurately detecting a warning signal for early diagnosis for predicting a branch point has not been developed yet. In particular, even in the same disease, since the progression process of disease deterioration varies from individual to individual, the model-based diagnosis method has a low probability of success.

第三に、疾病前状態の検出対象は患者であり、通常、一人の患者から得られるサンプルの数が限られているため、長期間にわたって、予測に必要な十分なサンプルを採取することが困難である。   Third, the target of the pre-disease state is the patient, and usually the number of samples obtained from a single patient is limited, making it difficult to obtain sufficient samples for prediction over a long period of time. It is.

しかも、従来のバイオマーカーによる疾病の診断方法は、正常状態と疾病状態とを比較することによって診断を行う方法であり、診断された時点では、患者はすでに疾病状態に陥り、以前の正常状態に戻ることは難しい。   In addition, a conventional method for diagnosing a disease using a biomarker is a method of making a diagnosis by comparing a normal state and a disease state, and at the time of diagnosis, the patient has already entered a disease state and has returned to the previous normal state. It is difficult to go back.

それに対して、本発明は、疾病状態へ遷移する前の疾病前状態を検出することができる検出装置、検出方法及び検出プログラムを提供し、さらに、疾病モデルが不要で、数少ない生体サンプルだけで診断を補助することが可能な検出装置等を提供することを目的としている。   In contrast, the present invention provides a detection device, a detection method, and a detection program that can detect a pre-disease state before transitioning to a disease state, and further, a disease model is unnecessary and diagnosis is performed with only a few biological samples. An object of the present invention is to provide a detection device or the like that can assist.

上記課題を解決するために、本発明に係る検出装置は、生体に関する測定により得られた複数の因子項目の測定データに基づいて、測定対象である生体の症状の指標となるバイオマーカーの候補を検出する検出装置であって、前記因子項目の測定データの時系列変化及び前記因子項目間の測定データの時系列変化の相関関係に基づいて、前記バイオマーカーの候補を検出する検出手段を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the detection apparatus according to the present invention selects a biomarker candidate serving as an index of a symptom of a living body to be measured based on measurement data of a plurality of factor items obtained by measurement related to a living body. A detection device for detecting, comprising: a detecting means for detecting a candidate for the biomarker based on a correlation between a time series change in measurement data of the factor item and a time series change in measurement data between the factor items. It is characterized by.

また、本発明に係る検出装置において、前記因子項目の測定データが、有意性をもって経時的に変化しているか否かを検定する差次検定手段を更に備え、前記検出手段における因子項目は、前記差次検定手段によって経時的変化に有意性があると検定された因子項目であることを特徴とする。Further, in the detection apparatus according to the present invention, it further comprises a differential test means for testing whether or not the measurement data of the factor item changes with time, the factor item in the detection means is the It is a factor item that has been tested to be significant in the change over time by the differential test means.

また、本発明に係る検出装置において、前記差次検定手段は、因子項目の測定データと予め設定されている参照データとの比較結果に基づいて、有意性の検定を行うことを特徴とする。In the detection apparatus according to the present invention, the differential test means performs a significance test based on a comparison result between the measurement data of the factor items and preset reference data.

また、本発明に係る検出装置において、前記因子項目は、遺伝子に関する測定項目、タンパク質に関する測定項目、代謝物に関する測定項目、及び生体から得られる画像に関する測定項目のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。In the detection apparatus according to the present invention, the factor item includes at least one of a measurement item relating to a gene, a measurement item relating to a protein, a measurement item relating to a metabolite, and a measurement item relating to an image obtained from a living body. And

また、本発明に係る検出装置において、前記検出手段によって検出されたバイオマーカーの候補に基づいて、前記生体に関する異常の有無、前記生体についての正常状態から疾病状態へ遷移する前の疾病前状態の当否、及び前記生体が発症する可能性を有する疾病のうち少なくとも一つに関する判定を支援する情報を出力する手段を備えることを特徴とする。Further, in the detection device according to the present invention, based on the biomarker candidates detected by the detection means, the presence or absence of an abnormality related to the living body, the state of the pre-disease state before the transition from the normal state to the disease state of the living body is detected. The information processing apparatus includes a unit that outputs information for supporting determination regarding at least one of the determinations regarding whether or not the disease is likely to develop in the living body.

上記特徴を有する検出装置は、正常状態から疾病状態へ遷移する前の疾病前状態を示す警告信号となるバイオマーカーの候補を検出することができる。また、バイオマーカーを特定することができれば、検出対象から数少ないサンプルを採取するだけで疾病前状態を判別することができる。The detection device having the above-described characteristics can detect a biomarker candidate serving as a warning signal indicating a pre-disease state before transitioning from a normal state to a disease state. Moreover, if the biomarker can be specified, the pre-disease state can be determined by collecting only a few samples from the detection target.

さらに、本発明に係る検出方法は、生体に関する測定により得られた複数の因子項目の測定データに基づいて、測定対象である生体の症状の指標となるバイオマーカーの候補を検出する検出装置を用いた検出方法であって、前記因子項目の測定データの時系列変化及び前記因子項目間の測定データの時系列変化の相関関係に基づいて、前記バイオマーカーの候補を検出する検出ステップを実行することを特徴とする。Furthermore, the detection method according to the present invention uses a detection device that detects biomarker candidates that are indicators of symptoms of a living body that is a measurement target, based on measurement data of a plurality of factor items obtained by measurement related to the living body. A detection method for detecting a candidate for the biomarker based on a correlation between a time series change in measurement data of the factor item and a time series change in measurement data between the factor items. It is characterized by.

また、本発明に係る検出方法において、前記因子項目の測定データが、有意性をもって経時的に変化しているか否かを検定する差次検定ステップを実行し、前記検出ステップにおける因子項目は、前記差次検定ステップによって経時的変化に有意性があると検定された因子項目であることを特徴とする。Further, in the detection method according to the present invention, a differential test step is performed to test whether the measurement data of the factor item changes with time, and the factor item in the detection step It is characterized by being a factor item that has been tested to be significant in change over time by a differential test step.

また、本発明に係る検出方法において、前記差次検定ステップは、因子項目の測定データと予め設定されている参照データとの比較結果に基づいて、有意性の検定を実行することを特徴とする。Further, in the detection method according to the present invention, the differential test step performs a test of significance based on a comparison result between the measurement data of the factor item and preset reference data. .

また、本発明に係る検出方法において、前記因子項目は、遺伝子に関する測定項目、タンパク質に関する測定項目、代謝物に関する測定項目、及び生体から得られる画像に関する測定項目のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。In the detection method according to the present invention, the factor item includes at least one of a measurement item relating to a gene, a measurement item relating to a protein, a measurement item relating to a metabolite, and a measurement item relating to an image obtained from a living body. And

また、本発明に係る検出方法において、前記検出ステップにて検出されたバイオマーカーの候補に基づいて、前記生体に関する異常の有無、前記生体についての正常状態から疾病状態へ遷移する前の疾病前状態の当否、及び前記生体が発症する可能性を有する疾病のうち少なくとも一つに関する判定を支援する情報を出力するステップを実行することを特徴とする。Further, in the detection method according to the present invention, based on the biomarker candidates detected in the detection step, the presence or absence of an abnormality relating to the living body, the pre-disease state before the transition from the normal state to the disease state for the living body And a step of outputting information for assisting determination regarding at least one of the possibility of the occurrence of the disease and the possibility that the living body develops.

上記特徴を有する検出方法は、正常状態から疾病状態へ遷移する前の疾病前状態を示す警告信号となるバイオマーカーの候補を検出することができる。また、バイオマーカーを特定することができれば、検出対象から数少ないサンプルを採取するだけで疾病前状態を判別することができる。The detection method having the above characteristics can detect a biomarker candidate serving as a warning signal indicating a pre-disease state before a transition from a normal state to a disease state. Moreover, if the biomarker can be specified, the pre-disease state can be determined by collecting only a few samples from the detection target.

さらに、本発明に係る検出プログラムは、コンピュータに、生体に関する測定により得られた複数の因子項目の測定データに基づいて、測定対象である生体の症状の指標となるバイオマーカーの候補を検出する処理を実行させる検出プログラムであって、コンピュータに、前記因子項目の測定データの時系列変化及び前記因子項目間の測定データの時系列変化の相関関係に基づいて、前記バイオマーカーの候補を検出する検出ステップを実行させることを特徴とする。Furthermore, the detection program according to the present invention is a process for detecting a biomarker candidate serving as an index of a symptom of a living body to be measured based on measurement data of a plurality of factor items obtained by measurement related to a living body on a computer. A detection program for detecting a candidate for the biomarker based on a correlation between a time series change in measurement data of the factor item and a time series change in measurement data between the factor items A step is executed.

また、本発明に係る検出プログラムにおいて、コンピュータに、前記因子項目の測定データが、有意性をもって経時的に変化しているか否かを検定する差次検定ステップを実行させ、前記検出ステップにおける因子項目は、前記差次検定ステップによって経時的変化に有意性があると検定された因子項目であることを特徴とする。Further, in the detection program according to the present invention, the computer is caused to execute a differential test step for testing whether or not the measurement data of the factor item has changed with time, and the factor item in the detection step Is a factor item that has been tested to be significant over time by the differential test step.

また、本発明に係る検出プログラムにおいて、前記差次検定ステップとして、因子項目の測定データと予め設定されている参照データとの比較結果に基づいて、有意性の検定を実行させることを特徴とする。In the detection program according to the present invention, as the differential test step, a significance test is executed based on a comparison result between the measurement data of the factor item and preset reference data. .

また、本発明に係る検出プログラムにおいて、前記因子項目は、遺伝子に関する測定項目、タンパク質に関する測定項目、代謝物に関する測定項目、及び生体から得られる画像に関する測定項目のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。In the detection program according to the present invention, the factor item includes at least one of a measurement item relating to a gene, a measurement item relating to a protein, a measurement item relating to a metabolite, and a measurement item relating to an image obtained from a living body. And

また、本発明に係る検出プログラムにおいて、前記検出ステップにて検出されたバイオマーカーの候補に基づいて、前記生体に関する異常の有無、前記生体についての正常状態から疾病状態へ遷移する前の疾病前状態の当否、及び前記生体が発症する可能性を有する疾病のうち少なくとも一つに関する判定を支援する情報を出力するステップを実行させることを特徴とする。Further, in the detection program according to the present invention, based on the biomarker candidates detected in the detection step, the presence or absence of an abnormality relating to the living body, the pre-disease state before the transition from the normal state to the disease state for the living body And a step of outputting information for supporting determination on at least one of diseases that are likely to develop and the possibility of developing the living body.

上記特徴を有する検出プログラムは、コンピュータにて実行することにより、コンピュータが、本発明に係る検出装置として動作する。したがって、正常状態から疾病状態へ遷移する前の疾病前状態を示す警告信号となるバイオマーカーの候補を検出することができる。また、バイオマーカーを特定することができれば、検出対象から数少ないサンプルを採取するだけで疾病前状態を判別することができる。   When the detection program having the above features is executed by a computer, the computer operates as a detection device according to the present invention. Therefore, it is possible to detect a biomarker candidate serving as a warning signal indicating a pre-disease state before transitioning from a normal state to a disease state. Moreover, if the biomarker can be specified, the pre-disease state can be determined by collecting only a few samples from the detection target.

本発明によれば、生体サンプルを診断対象から採取し、採取した生体サンプルにおいて、疾病状態になる直前の疾病前状態を示す警告信号となるバイオマーカーが存在するか否かを調べることにより、診断対象が疾病前状態にあるか否かを診断することができる。そのため、疾病悪化のモデルを構築する必要がなく、疾病悪化の駆動要素を特定する必要もなく、疾病になる前の段階で、疾病の早期診断を実現することができる。   According to the present invention, a diagnosis is performed by collecting a biological sample from a diagnosis target and examining whether the biomarker serving as a warning signal indicating a pre-disease state immediately before a disease state exists in the collected biological sample. Whether or not the subject is in a pre-disease state can be diagnosed. Therefore, it is not necessary to construct a disease deterioration model, and it is not necessary to specify a driving factor for disease deterioration, and early diagnosis of the disease can be realized at a stage before becoming a disease.

図1は、疾病の進行プロセスを説明する模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a disease progression process. 図2は、本発明の検出方法に係るDNBの動的特性を例示する模式図である。FIG. 2 is a schematic view illustrating the dynamic characteristics of DNB according to the detection method of the present invention. 図3は、実施の形態におけるDNBの検出方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the DNB detection method according to the embodiment. 図4は、実施の形態における差次的生体分子の選出処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of differential biomolecule selection processing according to the embodiment. 図5は、実施の形態におけるDNBの候補の選出処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of DNB candidate selection processing according to the embodiment. 図6は、実施の形態におけるDNBの判定処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of DNB determination processing according to the embodiment. 図7は、実施の形態におけるDNBによる疾病の早期診断方法による診断スケジュールの一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a diagnosis schedule according to a disease early diagnosis method using DNB according to the embodiment. 図8は、実施の形態におけるDNBによる疾病の早期診断方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a disease early diagnosis method using DNB in the embodiment. 図9は、総合指数Iに比例した疾病リスクを表示する図形の一例である。FIG. 9 is an example of a graphic displaying a disease risk proportional to the overall index I. 図10は、総合指数Iに比例した疾病リスクを表示する図形の一例である。FIG. 10 is an example of a graphic displaying a disease risk proportional to the overall index I. 図11は、本発明に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a detection device according to the present invention. 図12は、本発明に係る検出装置によるDNBの検出処理の一例を示すフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart showing an example of DNB detection processing by the detection apparatus according to the present invention. 図13は、第1の検証例における診断用のデータを示すテーブルである。FIG. 13 is a table showing diagnostic data in the first verification example. 図14Aは、第1の検証例において、検出されたDNBの候補の標準偏差の平均値の時系列変化の例を示すグラフである。FIG. 14A is a graph illustrating an example of a time-series change in the average value of the standard deviations of the detected DNB candidates in the first verification example. 図14Bは、第1の検証例において、検出されたDNBの候補のクラスターのメンバー間のピアソン相関係数の絶対値の平均値の時系列変化の例を示すグラフである。FIG. 14B is a graph illustrating an example of a time-series change in the average value of the absolute values of the Pearson correlation coefficients between members of the detected candidate cluster of the DNB in the first verification example. 図14Cは、第1の検証例において、検出されたDNBの候補のクラスターのメンバーと他の遺伝子との間のピアソン相関係数の絶対値の平均値の時系列変化の例を示すグラフである。FIG. 14C is a graph showing an example of a time-series change in the average value of the absolute values of the Pearson correlation coefficients between members of the detected DNB candidate cluster and other genes in the first verification example. . 図14Dは、第1の検証例において、検出されたDNBの候補の総合指数の平均値の時系列変化の例を示すグラフである。FIG. 14D is a graph illustrating an example of a time-series change in the average value of the overall indexes of the detected DNB candidates in the first verification example. 図15は、第1の検証例において、ケースグループの遺伝子によって構成されたネットワークにおけるDNBの動的特性の一例を経時的に示すマップである。FIG. 15 is a map showing an example of dynamic characteristics of DNB over time in a network configured by case group genes in the first verification example. 図16は、第2の検証例における診断データのテーブルである。FIG. 16 is a table of diagnostic data in the second verification example. 図17Aは、第2の検証例において、検出されたDNBの候補の標準偏差の平均値の時系列変化の例を示すグラフである。FIG. 17A is a graph illustrating an example of a time-series change in an average value of standard deviations of detected DNB candidates in the second verification example. 図17Bは、第2の検証例において、検出されたDNBの候補のクラスターのメンバー間のピアソン相関係数の絶対値の平均値の時系列変化の例を示すグラフである。FIG. 17B is a graph illustrating an example of a time-series change in the average value of the absolute values of the Pearson correlation coefficients between the members of the detected candidate cluster of the DNB in the second verification example. 図17Cは、第2の検証例において、検出されたDNBの候補のクラスターのメンバーと他の遺伝子との間のピアソン相関係数の絶対値の平均値の時系列変化の例を示すグラフである。FIG. 17C is a graph showing an example of a time-series change in the average absolute value of the Pearson correlation coefficient between a member of a detected candidate cluster of DNB and another gene in the second verification example. . 図17Dは、第2の検証例において、検出されたDNBの候補の総合指数の平均値の時系列変化の例を示すグラフである。FIG. 17D is a graph illustrating an example of a time-series change in the average value of the total indexes of the detected DNB candidates in the second verification example.

本発明の発明者らは、1つのサンプルから数千個の情報、即ち高次元データを得ることが可能なゲノムハイスループットテクノロジーを利用して、分岐プロセス理論に基づいて、複雑疾病の時間発展の数理モデルを構築し、分子ネットワークレベルにおける疾病悪化の進行メカニズムの研究を行った。その結果、疾病前状態において、臨界遷移発生前の直前分岐(突然悪化)状態を検出することができる動的ネットワークバイオマーカー(DNB:Dynamical Network Biomarker )の存在を解明した。当該動的ネットワークバイオマーカーを疾病前状態の警告信号として利用すれば、疾病モデルが不要で、数少ないサンプルだけで複雑疾病の早期診断を実現することができる。以下に、動的ネットワークバイオマーカーに基づく本発明を実施するための形態について説明する。   The inventors of the present invention utilize genomic high-throughput technology capable of obtaining thousands of information, that is, high-dimensional data, from one sample, and based on the bifurcation process theory, A mathematical model was constructed to study the progression mechanism of disease deterioration at the molecular network level. As a result, the existence of a dynamic network biomarker (DNB) capable of detecting the immediately preceding branch (abrupt deterioration) state before the occurrence of the critical transition in the pre-disease state was elucidated. If the dynamic network biomarker is used as a warning signal for a pre-disease state, a disease model is unnecessary, and early diagnosis of complex diseases can be realized with only a few samples. Below, the form for implementing this invention based on a dynamic network biomarker is demonstrated.

<理論根拠>
先ず、本発明の基となる理論根拠について説明する。通常、疾病の進行プロセスに係るシステム(以下、システム(1)という)を次の式(1)で表すことができる。
<Theoretical basis>
First, the theoretical basis on which the present invention is based will be described. In general, a system related to a disease progression process (hereinafter referred to as system (1)) can be expressed by the following equation (1).

Z(k+1)=f(Z(k);P) …式(1)     Z (k + 1) = f (Z (k); P) Formula (1)

ここで、Z(k)=(z1(k)、... 、zn(k))は、時刻k(k=0、1、... )で観測されたシステム(1)の動的状態を表す変数であり、遺伝子発現量、タンパク質
発現量、代謝物発現量等の情報とすることができる。詳細には、遺伝子、タンパク質等の分子に係る濃度、個数等の情報である。Pは、システム(1)の状態遷移を駆動する緩やかに変化するパラメータであり、例えば、SBP,CNV等の遺伝的要因、メチル化、アセチル化等の非遺伝的要因等の情報とすることができる。f=(f1、... 、fn)はZ(k)の非線形関数である。
Here, Z (k) = (z1 (k),..., Zn (k)) is the dynamic state of the system (1) observed at time k (k = 0, 1,...). It can be used as information such as gene expression level, protein expression level, metabolite expression level. Specifically, it is information such as the concentration and the number related to molecules such as genes and proteins. P is a slowly changing parameter that drives the state transition of the system (1), and may be information on genetic factors such as SBP and CNV, and non-genetic factors such as methylation and acetylation, for example. it can. f = (f1,..., fn) is a nonlinear function of Z (k).

正常状態、疾病状態はそれぞれ、状態方程式Z(k+1)=f(Z(k);P)のアトラクタで表すことができる。複雑疾病の進行プロセスは、非常に複雑な動的特性を有するため、関数fは、数千個の変数を有する非線形関数である。しかも、システム(1)を駆動する要素Pは特定しにくいものである。そのため、正常状態及び疾病状態のシステムモデルを構築し解析することは大変困難である。   Each of the normal state and the disease state can be expressed by an attractor of the state equation Z (k + 1) = f (Z (k); P). Since the progression process of complex diseases has very complex dynamic properties, the function f is a nonlinear function with thousands of variables. Moreover, the element P that drives the system (1) is difficult to specify. For this reason, it is very difficult to construct and analyze a system model of a normal state and a disease state.

それに対して、本発明の発明者らが着目したのは、正常状態から疾病状態へ遷移する直前のシステムの臨界遷移状態、即ち疾病前状態である。一般的に、システム(1)には、次の特性を有する平衡点が存在する。   On the other hand, the inventors of the present invention focused on the critical transition state of the system immediately before the transition from the normal state to the disease state, that is, the pre-disease state. Generally, the system (1) has an equilibrium point having the following characteristics.

1. Z* は、システム(1)の固定点とすれば、Z* =f(Z* ;P)、
2. Pcをシステムが分岐する閾値とすれば、P=Pcの時、ヤコビ行列∂f(Z;Pc)/∂Z|Z=Z*の1つの実数固有値又は1対の複素共役の固有値の絶対値が1になる、
3. P≠Pcの時、一般的に、システム(1)の固有値の絶対値が1ではない。
1. If Z * is a fixed point of the system (1), Z * = f (Z * ; P),
2. If Pc is a threshold at which the system branches, when P = Pc, one real eigenvalue of Jacobian matrix ∂f (Z; Pc) / ∂Z | Z = Z * or an absolute value of a pair of complex conjugate eigenvalues Becomes 1,
3. When P ≠ Pc, the absolute value of the eigenvalue of the system (1) is generally not 1.

発明者らは、上記特性から、システム(1)が臨界遷移状態になると、次のような特異な特性が現れることを理論的に解明した。即ち、システム(1)が臨界遷移状態になると、システム(1)の各変数z1,... ,znのそれぞれをノードとして構成したネットワーク(1)において、一部のノードからなる支配グループ(サブネットワーク)が現れる。臨界遷移状態に現れる支配グループは、理想的には、次のような得意な特性を有する。   The inventors theoretically clarified from the above characteristics that when the system (1) enters a critical transition state, the following unique characteristics appear. That is, when the system (1) is in a critical transition state, in the network (1) in which each variable z1,..., Zn of the system (1) is configured as a node, a control group (sub Network) appears. The dominant group appearing in the critical transition state ideally has the following characteristics.

(I) ziとzjは支配グループに属するノードである場合、
PCC(zi ,zj)→±1;
SD(zi)→∞;
SD(zj)→∞.
(II) ziは支配グループに属するノードであるが、zjは支配グループに属するノ
ードではない場合、
PCC(zi ,zj)→0;
SD(zi)→∞;
SD(zj)→境界値.
(III) ziとzjは支配グループに属するノードではない場合
PCC(zi ,zj)→α、α∈(-1,1)\{0};
SD(zi)→境界値;
SD(zj)→境界値.
(I) When zi and zj are nodes belonging to the dominating group,
PCC (zi, zj) → ± 1;
SD (zi) → ∞;
SD (zj) → ∞.
(II) If zi is a node belonging to the dominating group, but zj is not a node belonging to the dominating group,
PCC (zi, zj) → 0;
SD (zi) → ∞;
SD (zj) → boundary value.
(III) When zi and zj are not nodes belonging to the dominating group PCC (zi, zj) → α, αε (−1,1) \ {0};
SD (zi) → boundary value;
SD (zj) → boundary value.

ここで、PCC(zi ,zj)はziとzjとの間のピアソン相関係数であり、SD(zi)、SD(zj)はziとzjとの標準偏差である。   Here, PCC (zi, zj) is a Pearson correlation coefficient between zi and zj, and SD (zi) and SD (zj) are standard deviations between zi and zj.

即ち、ネットワーク(1)において、上記特異な特性(I)〜(III)を有する支配グループの出現は、システム(1)が臨界遷移状態(疾病前状態)に遷移していることの兆候として捉えることができる。したがって、当該支配グループを検出することにより、システム(1)の臨界遷移を検出することができる。即ち、当該支配グループを臨界遷移、即ち、疾病悪化直前の疾病前状態を示す警告信号とすることができる。そうすれば、シ
ステム(1)がいくら複雑であっても、駆動要素が不明であっても、警告信号となる支配グループだけを検出すれば、システム(1)の数理モデルを直接扱うことなく、疾病前状態であることを特定することができる。疾病前状態であることを特定することにより、疾病に対する事前対策及び早期治療を実現することが可能となる。
That is, in the network (1), the appearance of a dominant group having the above-mentioned unique characteristics (I) to (III) is taken as an indication that the system (1) is transitioning to a critical transition state (pre-disease state). be able to. Therefore, the critical transition of the system (1) can be detected by detecting the dominating group. That is, the control group can be a warning signal indicating a critical transition, that is, a pre-disease state immediately before a disease worsening. Then, no matter how complicated the system (1) is, even if the driving element is unknown, if only the dominant group that becomes the warning signal is detected, the mathematical model of the system (1) is not handled directly, It is possible to identify the pre-disease state. By specifying the pre-disease state, it is possible to realize advance measures and early treatment for the disease.

本発明において、疾病前状態を示す警告信号となる当該支配グループを動的ネットワークバイオマーカー(以下、DNBと略称する)と称する。   In the present invention, the dominant group serving as a warning signal indicating a pre-disease state is referred to as a dynamic network biomarker (hereinafter abbreviated as DNB).

<DNBの特性及び判定条件>
上述したように、DNBは、特異な特性(I)〜(III)を有する支配グループであって、複数のノードからなるサブネットワークとして、システム(1)が疾病前状態になるときに、ネットワーク(1)に現れるものである。ネットワーク(1)において、各ノード(z1,... ,zn)を、遺伝子、タンパク質、代謝物等の生体分子について測定の対象となる因子項目とすれば、DNBは、上記特異な特性(I)〜(III)を満たした一部の生体分子に係る因子項目からなるグループ(サブネットワーク)である。
<DNB characteristics and criteria>
As described above, the DNB is a dominating group having unique characteristics (I) to (III), and as a sub-network composed of a plurality of nodes, when the system (1) enters a pre-disease state, Appears in 1). In the network (1), if each node (z1,..., Zn) is a factor item to be measured for a biomolecule such as a gene, protein, metabolite, etc., the DNB has the unique characteristic (I ) To (III) are groups (subnetworks) composed of factor items related to some biomolecules.

さらに、上記特異な特性(I)〜(III)に基づいて、DNBを判定する条件を以下の通り定めることができる。   Furthermore, the conditions for determining DNB can be determined as follows based on the specific characteristics (I) to (III).

・条件(I):ネットワーク(1)に存在する一部の生体分子(遺伝子、タンパク質又は代謝物)からなるグループであって、当該グループ内の生体分子の間のピアソン相関係数PCCの絶対値の平均値が著しく増大する。
・条件(II):当該グループ内の生体分子と他の生体分子との間のピアソン相関係数OPCCの絶対値の平均値が著しく低減する。
・条件(III):当該グループ内の生体分子の標準偏差SDの平均値が著しく増加する。
Condition (I): a group consisting of some biomolecules (genes, proteins or metabolites) existing in the network (1), and the absolute value of the Pearson correlation coefficient PCC between the biomolecules in the group The average value of increases significantly.
Condition (II): The average absolute value of the Pearson correlation coefficient OPCC between the biomolecules in the group and other biomolecules is significantly reduced.
Condition (III): The average value of the standard deviation SD of the biomolecules in the group is significantly increased.

上記条件(I)〜(III)を同時に満たした生体分子からなるグループをDNBと認定する。   A group consisting of biomolecules that simultaneously satisfy the above conditions (I) to (III) is recognized as DNB.

DNBの特性を直観的に説明するために、次に、6つのノードを有するネットワークを例として、当該ネットワークにおけるDNBの動的特性を説明する。図2は、本発明の検出方法に係るDNBの動的特性を例示する模式図である。図2のaは、疾病の進行プロセスとして、正常状態、疾病前状態及び疾病状態を示している。図2のb、c及びdは、進行プロセスの過程につき、正常状態、疾病前状態及び疾病状態において、モデル化したシステム(1)の安定性を、ポテンシャル関数として示し、横軸に経過を示す時刻をとり、縦軸にポテンシャル関数の値をとって概念的に示したグラフである。また、図2のe、f及びgは、正常状態、疾病前状態及び疾病状態のそれぞれに対応したシステム(1)のネットワーク状態の一例を概念的に示している。さらに、図2のhは、疾病前状態におけるDNBの因子項目となる分子濃度の時間変化の一例を示している。   In order to intuitively describe the characteristics of the DNB, the dynamic characteristics of the DNB in the network will be described below by taking a network having six nodes as an example. FIG. 2 is a schematic view illustrating the dynamic characteristics of DNB according to the detection method of the present invention. FIG. 2a shows a normal state, a pre-disease state, and a disease state as disease progression processes. B, c and d in FIG. 2 show the stability of the modeled system (1) as a potential function in the normal state, the pre-disease state and the disease state with respect to the progress process, and the horizontal axis shows the course. It is the graph which took time and took the value of the potential function on the vertical axis, and showed conceptually. Moreover, e, f, and g of FIG. 2 have shown notionally the example of the network state of the system (1) corresponding to each of a normal state, a pre-disease state, and a disease state. Further, h in FIG. 2 shows an example of the temporal change in the molecular concentration that is a factor item of DNB in the pre-disease state.

ノードz1〜z6は、遺伝子、タンパク質、代謝物等の異なる種類の生体分子に係る因子項目を表すものであり、ノードz1〜z6の間の接続ラインは、ノード間の相関を示し、ラインの太さは、ピアソン相関係数PCCの大きさを示し、z1〜z6を囲む丸印の描画方法は、各ノードの標準偏差SDの大きさを示している。接続ラインの描画方法として、丸印内が空白の場合に標準偏差SDは最も小さく、一方向の斜線、二方向の斜線となるにつれて標準偏差SDが大きいことを示している。   Nodes z1 to z6 represent factor items related to different types of biomolecules such as genes, proteins, and metabolites, and a connection line between the nodes z1 to z6 indicates a correlation between the nodes, and The size indicates the size of the Pearson correlation coefficient PCC, and the drawing method of circles surrounding z1 to z6 indicates the size of the standard deviation SD of each node. As a drawing method of the connection line, the standard deviation SD is the smallest when the circle is blank, and the standard deviation SD is larger as the slanted line in one direction and the slanted line in two directions.

正常状態において、図2のeに示すように、各ノードは、相互の相関及びそれぞれの標準偏差がいずれも均等で、中レベルになっている。しかしながら、疾病前状態になると、
他のノードに比べて、著しい特異な特性を示すグループ(z1〜z3)が現れる。当該グループ内のノードz1〜z3は、図2のfに示すように、相互間のピアソン相関係数が著しく増大し、他のノードz4〜z6との間のピアソン相関係数が著しく低下している。また、当該グループ内のノードz1〜z3の標準偏差は大きくなっている。その理由は、当該グループ内のノードz1〜z3は、図2のhに示すように、異なる時刻(t=1、t=2、t=3)における濃度の変化が激しいからである。
In a normal state, as shown in FIG. 2e, each node is at an intermediate level where the mutual correlation and the respective standard deviations are all equal. However, when it comes to pre-illness,
Groups (z1 to z3) that show remarkably unique characteristics appear compared to other nodes. The nodes z1 to z3 in the group have a significantly increased Pearson correlation coefficient between the nodes z1 to z6 and a significant decrease in the Pearson correlation coefficient with the other nodes z4 to z6, as shown in f of FIG. Yes. Further, the standard deviation of the nodes z1 to z3 in the group is large. The reason is that the nodes z1 to z3 in the group have drastic changes in density at different times (t = 1, t = 2, t = 3) as shown in h of FIG.

しかしながら、疾病状態へ遷移した後は、図2のgに示すように、当該グループ内の各ノードz1〜z3の標準偏差はすこし大きくなっているが、各ノード間のピアソン相関係数は均等に中レベルに戻っている。即ち、当該グループ(z1〜z3)の上記の特異な特性が消失している。   However, after transition to the disease state, as shown in FIG. 2g, the standard deviation of each node z1 to z3 in the group is slightly larger, but the Pearson correlation coefficient between the nodes is equal. Returning to the middle level. That is, the unique characteristics of the group (z1 to z3) are lost.

図2に概念的に示すように、疾病前状態において、得意な特性を有する一部のノードを含む支配グループが出現する。本願において、DMBと称するこのような支配グループは、疾病前状態にあることを示し、疾病状態への遷移を予告することができる警告信号として、疾病の早期診断のためのバイオマーカーとして使用することができる。また、DNBは、通常の疾病診断に使われている静的バイオマーカーと異なり、特性が変化しているネットワークにおいて現れるサブネットワークである。そこで、本願においては、当該支配グループをDNB(動的ネットワークバイオマーカー)と呼ぶこととした。   As conceptually shown in FIG. 2, in the pre-illness state, a dominant group including some nodes having good characteristics appears. In this application, such a control group, referred to as DMB, is used as a biomarker for early diagnosis of disease, as a warning signal that indicates that it is in a pre-disease state and can predict the transition to the disease state. Can do. DNB is a subnetwork that appears in a network whose characteristics are different, unlike a static biomarker used for normal disease diagnosis. Therefore, in the present application, the dominant group is referred to as DNB (Dynamic Network Biomarker).

<警告信号>
上述したように、DNBは、疾病前状態を示す警告信号として、疾病の早期診断に使用することができる。当該警告信号の強度を測るものとして、上述したDNB内のノード間のピアソン相関係数PCCの絶対値の平均値、DNB内のノードと他のノードとの間のピアソン相関係数OPCCの絶対値の平均値、及びDNBの標準偏差SDを用いることができる。さらに、DNBの特性を総合的に反映することができる総合指数Iを導入することができる。本発明において、一例として、次の式(2)で表す総合指数Iを導入する。
<Warning signal>
As described above, DNB can be used for early diagnosis of a disease as a warning signal indicating a pre-disease state. For measuring the intensity of the warning signal, the average value of the absolute value of the Pearson correlation coefficient PCC between the nodes in the DNB described above, and the absolute value of the Pearson correlation coefficient OPCC between the node in the DNB and another node are used. And the standard deviation SD of DNB can be used. Furthermore, it is possible to introduce a comprehensive index I that can comprehensively reflect the characteristics of DNB. In the present invention, as an example, an overall index I represented by the following formula (2) is introduced.

I=SDd×PCCd/OPCCd …式(2)   I = SDd × PCCd / OPCCd (2)

式(2)において、PCCdはDNB内のノード間のピアソン相関関数の絶対値の平均値を示し、OPCCdはDNB内のノードと他のノードとのピアソン相関係数の絶対値の平均値を示し、SDdはDNB内のノードの標準偏差の平均値を示す。当該式(2)から分かるように、SDd及びPCCdが増大し、かつ、OPCCdが減少すると、当該総合指数Iは大幅に増大する。そのため、DNBの特性を高い感度で検出することができる。さらに、当該総合指数Iの値から、疾病状態との距離をある程度把握することができる。   In Equation (2), PCCd represents the average value of the absolute value of the Pearson correlation function between the nodes in the DNB, and OPCCd represents the average value of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between the node in the DNB and another node. , SDd represents an average value of standard deviations of nodes in the DNB. As can be seen from the equation (2), when the SDd and the PCCd increase and the OPCCd decreases, the overall index I greatly increases. Therefore, the characteristics of DNB can be detected with high sensitivity. Further, the distance from the disease state can be grasped to some extent from the value of the comprehensive index I.

<DNBの検出方法>
図3は、実施の形態におけるDNBの検出方法の一例を示すフローチャートである。本発明の検出方法においては、先ず、生体に関する測定により測定データを得ることが必要である。DNAチップなどのハイスループット技術を利用すれば、1つの生体サンプルから2万個以上の遺伝子を測定することができる。統計的に分析するために、本発明において、測定対象から複数(6個以上)の生体サンプルを異なる時間点で採取し、採取した生体サンプルを測定して得られた測定データを集計して統計データを取得する。本発明におけるDNBの検出方法は、主に、図3に示すように、ハイスループットデータの取得処理(s1)と、差次的生体分子の選出処理(s2)と、クラスター化処理(s3)と、DNBの候補の選出処理(s4)と、有意性分析によるDNBの判定処理(s5)とを含む。次に、これらの各処理について詳細に説明する。
<DNB detection method>
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of the DNB detection method according to the embodiment. In the detection method of the present invention, first, it is necessary to obtain measurement data by measurement related to a living body. If a high-throughput technique such as a DNA chip is used, 20,000 or more genes can be measured from one biological sample. In order to perform statistical analysis, in the present invention, a plurality (6 or more) of biological samples are collected at different time points from the measurement target, and the measurement data obtained by measuring the collected biological samples are aggregated and statistically collected. Get the data. The DNB detection method according to the present invention mainly includes a high-throughput data acquisition process (s1), a differential biomolecule selection process (s2), a clustering process (s3), as shown in FIG. , DNB candidate selection processing (s4), and DNB determination processing (s5) by significance analysis. Next, each of these processes will be described in detail.

ステップs1のハイスループットデータの取得処理は、検出対象となるサンプルをケー
スサンプルとし、参照用サンプルをコントロールサンプルとし、各サンプルから、それぞれのハイスループット生理学的データ、即ち、生体分子の発現量の測定データ(例えば、マイクロアレイデータ)を取得する処理である。参照用サンプルとは、検査の対象となる患者から事前に採取したサンプル、採取時に最初に採取したサンプル等のサンプルであり、測定装置の校正等の目的を有するコントロールサンプルとして用いられる。コントロールサンプルは、必ずしも必要ではないが、誤差要因を排除し、測定の信頼性を向上させるために有用である。
In the high-throughput data acquisition process in step s1, the sample to be detected is a case sample, the reference sample is a control sample, and the high-throughput physiological data, that is, the expression level of a biomolecule is measured from each sample. This is a process of acquiring data (for example, microarray data). The reference sample is a sample such as a sample collected in advance from a patient to be examined or a sample collected first at the time of collection, and is used as a control sample having a purpose such as calibration of a measuring apparatus. A control sample is not necessary, but is useful for eliminating error factors and improving measurement reliability.

ステップs2の差次的生体分子の選出処理は、発現量に著しい変化を示した生体分子を選択する処理である。図4は、実施の形態における差次的生体分子の選出処理の一例を示すフローチャートである。図4は、図3に示したステップs2の差次的生体分子の生体処理を詳細に示したものである。   The selection process of the differential biomolecule in step s2 is a process of selecting a biomolecule that shows a significant change in the expression level. FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of differential biomolecule selection processing according to the embodiment. FIG. 4 shows in detail the biological treatment of the differential biomolecule in step s2 shown in FIG.

図4に示すように、まず、n個のケースサンプルからそれぞれ測定したハイスループットデータ(生体分子の発現量)に基づく統計データをD1cとし、コントロールサンプルから測定したデータをDrとする(s21)。次に、各ケースサンプル生体分子D1cに対して、スチューデントのt検定を行い、コントロールサンプルのハイスループットデータDrに比べて発現量に著しい変化を示した生体分子D2cを選出する(s22)。ステップs22では、発現量に著しい変化を示した生体分子D2cを選出する方法として、スチューデントのt検定を例示しているが、特に手法を限定するものではない。例えば、マン・ホイットニーのU検定等の他の検定方法を適用することも可能であり、このようなノンパラメトリック手法による検定は、母集団となるD1cが正規分布に従わない場合に、特に有効である。また、スチューデントのt検定をする場合においても、有意水準αの値は、0.05、0.01等の値を適宜設定することができる。   As shown in FIG. 4, first, statistical data based on high throughput data (biomolecule expression level) measured from each of n case samples is set as D1c, and data measured from the control sample is set as Dr (s21). Next, Student's t-test is performed on each case sample biomolecule D1c, and a biomolecule D2c that shows a significant change in expression level compared to the high-throughput data Dr of the control sample is selected (s22). In step s22, Student's t-test is exemplified as a method for selecting the biomolecule D2c showing a significant change in the expression level, but the method is not particularly limited. For example, other test methods such as Mann-Whitney U test can be applied, and such a non-parametric test is particularly effective when the population D1c does not follow a normal distribution. is there. Also, in the case of Student's t-test, the value of the significance level α can be appropriately set to a value such as 0.05 or 0.01.

次に、誤発現率FDRを用いて、各ケースサンプル生体分子D2cに対して、複数の比較(multiple comparisons)又は複数のスチューデントのt検定を補正し、補正後の各ケースサンプル遺伝子又はタンパクデータD3cを選出する(s23)。次に、2倍変更方法(The two-fold change method)を用いて、補正後の各ケースサンプル遺伝子又はタンパクデータD3cから標準偏差SDが比較的著しく変化するDcを差次的生体分子として選出する。ここで選出された差次的生体分子Dcは、コントロールサンプルの生体分子Drに比べて、著しい差異を示すだけではなく、自分の平均値からも大きく逸脱している。ステップs23においても、検定方法はスチューデントのt検定に限るものではない。   Next, using the false expression rate FDR, for each case sample biomolecule D2c, multiple comparisons or multiple student t-tests are corrected, and each case sample gene or protein data D3c after correction is corrected. Is selected (s23). Next, using the two-fold change method, Dc whose standard deviation SD changes relatively remarkably is selected as a differential biomolecule from each corrected case sample gene or protein data D3c. . The differential biomolecule Dc selected here not only shows a significant difference compared to the biomolecule Dr of the control sample, but also deviates greatly from its own average value. Also in step s23, the test method is not limited to the student t test.

次に、クラスター化処理(図3のs3)を行う。ここでいうクラスター化処理とは、複数の生体分子を、互いに相関の高いグループにそれぞれ分類する処理であり、生体分子が分類されたそれぞれのグループをクラスターと称する。即ち、互いに相関の高い生体分子を1つのクラスターにするように、図4に示すステップs24で選択した差次的生体分子Dcを、n個のクラスターに分類する。得られた全てのクラスターは、潜在的な支配グループ、即ち、検出すべきDNBの候補となる。   Next, clustering processing (s3 in FIG. 3) is performed. The clustering process here is a process of classifying a plurality of biomolecules into groups highly correlated with each other, and each group into which biomolecules are classified is referred to as a cluster. That is, the differential biomolecule Dc selected in step s24 shown in FIG. 4 is classified into n clusters so that biomolecules highly correlated with each other are made into one cluster. All the resulting clusters are potential dominating groups, ie, candidates for DNB to be detected.

次に、図3に示すDNBの候補の選出処理(s4)を行う。図5は、実施の形態におけるDNBの候補の選出処理の一例を示すフローチャートである。図5は、図3に示したステップs4のDNBの候補の選出処理を詳細に示したものである。即ち、DNBの候補の選出処理は、図5に示すDNBの候補の選出処理のフローチャートに基づいて処理を行う。図5に示す循環ループで、すべてのクラスター(k)(k=1,... ,n)について、クラスター内のノードの間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCd(k)、クラスター内のノードと他のノードとの間のピアソン相関関数の絶対値の平均値OPCCd(k)、クラスター内のノードの標準偏差の平均値SDd(k)、及び総合指数I(k)を計算する(s41〜s46)。そして、すべてのクラスターから、総合指数Iの値が一番大
きいクラスターをDNBの候補として選出する(s47)。
Next, a DNB candidate selection process (s4) shown in FIG. 3 is performed. FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of DNB candidate selection processing according to the embodiment. FIG. 5 shows details of the DNB candidate selection process in step s4 shown in FIG. That is, the DNB candidate selection process is performed based on the flowchart of the DNB candidate selection process shown in FIG. In the cyclic loop shown in FIG. 5, for all clusters (k) (k = 1,..., N), the average absolute value PCCd (k) of the Pearson correlation coefficient between the nodes in the cluster, the cluster Calculate the mean value OPCCd (k) of the absolute value of the Pearson correlation function between the nodes in the cluster and other nodes, the mean value SDd (k) of the standard deviation of the nodes in the cluster, and the overall index I (k) (S41-s46). Then, the cluster having the largest overall index I value is selected from all the clusters as a DNB candidate (s47).

次に、図3に示す有意性分析によるDNBの判定処理(図3のs5)を行う。図6は、実施の形態におけるDNBの判定処理の一例を示すフローチャートである。図6は、図3に示したステップs5の優位性分析によるDNBの判定処理を詳細に示したものである。即ち、上述したDNBの判定条件(I)〜(III)に基づいて、ステップs47でDNBの候補として選出されたクラスター(m)はDNBであるか否かを判定する。様々な有意性分析によって判定することができるが、一例として、図6に示すDNBの判定処理のフローチャートに基づいて処理を行う。   Next, DNB determination processing (s5 in FIG. 3) is performed by significance analysis shown in FIG. FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of DNB determination processing according to the embodiment. FIG. 6 shows details of the DNB determination processing by the superiority analysis in step s5 shown in FIG. That is, based on the above-described DNB determination conditions (I) to (III), it is determined whether or not the cluster (m) selected as a DNB candidate in step s47 is a DNB. Although it can be determined by various significance analyses, as an example, the processing is performed based on the flowchart of the DNB determination processing shown in FIG.

図6に示すように、まず、コントロールサンプルから取得したデータの各ノード間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCdr、及び各ノードの標準偏差の平均値SDdrをそれぞれ計算する(s51、s52)。そして、コントロールサンプルのピアソン相関係数の平均値PCCdrに比べて、ステップs47で選出したクラスター(m)内の各ノード間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCd(m)が有意に増大したか否かを判断する(s53)。有意に増大していないと判断した場合(NO)、DNBが存在しないとの結果を出力し、処理を終了する(s57)。他方、有意に増大したと判断した場合(YES)、次のステップs54に進む。ステップs54において、コントロールサンプルのピアソン相関係数の平均値PCCdrに比べて、クラスター(m)内の各ノードと他のノードとのピアソン相関係数の平均値OPCCd(m)が有意に低減したか否かを判断する(s54)。有意に低減していないと判断した場合(NO)、DNBが存在しないとの結果を出力し(s57)、処理を終了する。他方、有意に低減したと判断した場合(YES)、次のステップs55に進む。ステップs55において、コントロールサンプルの標準偏差平均値SDrに比べて、クラスター(m)内のノードの標準偏差平均値SDd(m)が有意に増大したか否かを判断する。有意に増大していないと判断した場合(NO)、DNBが存在しないと判断して(s57)、処理を終了させる。他方、有意に増大したと判断した場合、クラスター(m)をDNBと認定して(s56)、処理を終了させる。   As shown in FIG. 6, first, the average value PCCdr of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between the nodes of the data acquired from the control sample and the average value SDdr of the standard deviation of each node are calculated (s51, s52). ). Then, compared with the average value PCCdr of the Pearson correlation coefficient of the control sample, the average value PCCd (m) of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between the nodes in the cluster (m) selected in step s47 is significantly increased. It is determined whether or not (s53). If it is determined that there is no significant increase (NO), a result that there is no DNB is output, and the process is terminated (s57). On the other hand, if it is determined that it has increased significantly (YES), the process proceeds to the next step s54. In step s54, whether the average value OPCCd (m) of the Pearson correlation coefficient between each node in the cluster (m) and another node is significantly reduced as compared to the average value PCCdr of the Pearson correlation coefficient of the control sample It is determined whether or not (s54). If it is determined that there is no significant reduction (NO), a result indicating that there is no DNB is output (s57), and the process is terminated. On the other hand, if it is determined that it has been significantly reduced (YES), the process proceeds to the next step s55. In step s55, it is determined whether or not the standard deviation average value SDd (m) of the nodes in the cluster (m) has significantly increased compared to the standard deviation average value SDr of the control sample. If it is determined that there is no significant increase (NO), it is determined that there is no DNB (s57), and the process is terminated. On the other hand, if it is determined that it has increased significantly, the cluster (m) is recognized as DNB (s56), and the process is terminated.

<DNBによる疾病の早期診断方法>
診断スケジュールとしては、一定な間隔を開けて、複数回診断を行い、毎回の診断で数個のサンプルを取ることが望ましい。図7は、実施の形態におけるDNBを用いた疾病の早期診断の診断スケジュールの一例を示す図である。図7に示すように、複数の段階(段階1、段階2、…、段階T)で、サンプルを採取する。各段階で採取するサンプルの数は、データの精度を確保するために、通常、1つの段階において、6個以上のサンプルを採取することが望ましい。2つの連続した段階の間の間隔は、疾病の状況によって、数日、数週間、数カ月、又は数年と長く設定することができるが、各段階では、短い期間において異なる時間点でサンプルを採取することが望ましい。例えば、6個のサンプルを1日のうちの6つの時間点で採取する。各時間点の間の間隔は、状況に応じて、例えば、数分間、数時間とすることができる。
<Early diagnosis method of disease by DNB>
As a diagnosis schedule, it is desirable to perform a plurality of diagnoses at regular intervals and to take several samples for each diagnosis. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a diagnosis schedule for early diagnosis of a disease using DNB in the embodiment. As shown in FIG. 7, samples are taken at a plurality of stages (stage 1, stage 2,..., Stage T). Regarding the number of samples collected at each stage, it is generally desirable to collect 6 or more samples in one stage in order to ensure data accuracy. The interval between two successive stages can be set as long as days, weeks, months or years depending on the disease situation, but each stage takes samples at different time points in a short period of time. It is desirable to do. For example, 6 samples are taken at 6 time points of the day. The interval between each time point can be, for example, several minutes or several hours depending on the situation.

図8は、実施の形態におけるDNBによる疾病の早期診断方法の一例を示すフローチャートである。図8に示すように、DNBによる疾病の早期診断方法は、主に、サンプル採取処理(s100)と、差次的生体分子の選出(s200)と、DNBの候補の選出処理(s300)と、有意性分析によるDNBの判定処理(s400)と、診断結果の出力処理(s500)とを含む。次に、これらの処理内容について詳細に説明する。   FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a disease early diagnosis method using DNB in the embodiment. As shown in FIG. 8, the disease early diagnosis method using DNB mainly includes a sample collection process (s100), a differential biomolecule selection (s200), a DNB candidate selection process (s300), A DNB determination process based on significance analysis (s400) and a diagnosis result output process (s500) are included. Next, these processing contents will be described in detail.

サンプル採取処理(s100):一般の疾病診断方法と同じように、診断する疾病に応じて、必要な生理データを取るためのサンプルを採取する。例えば、肝臓障害の場合、血液、肝臓の組織などのサンプルを採取する。   Sample collection processing (s100): Similar to a general disease diagnosis method, a sample for collecting necessary physiological data is collected according to the disease to be diagnosed. For example, in the case of liver damage, samples such as blood and liver tissue are collected.

また、診断する際に診断対象から採取したサンプルをケースサンプルとする他に、参照用のサンプルとして、診断対象以外の健康な人から採取したサンプル、又は診断対象から最初に採取したサンプルをコントロールサンプルとすることができる。   In addition to using a sample collected from the diagnosis target when making a diagnosis as a case sample, as a reference sample, a sample collected from a healthy person other than the diagnosis target or the first sample collected from the diagnosis target is a control sample. It can be.

差次的生体分子の選出(s200):図4に示した差次的生体分子の選出処理フローチャートにしたがって、上記ステップs100で採取したサンプルから、差次的生体分子を選出する。   Selection of differential biomolecule (s200): According to the differential biomolecule selection process flowchart shown in FIG. 4, a differential biomolecule is selected from the sample collected in step s100.

DNBの候補の選出処理(s300):図5に示したDNBの候補の選出フローチャートにしたがって、上記ステップs200で選出した差次的生体分子から、DNBの候補となる支配グループを選出する。   DNB candidate selection process (s300): According to the DNB candidate selection flowchart shown in FIG. 5, a dominant group that is a candidate for DNB is selected from the differential biomolecules selected in step s200.

有意性分析によるDNBの判定処理(s400):図6に示した有意性分析によるDNBの判定方法を示すフローチャートにしたがって、上記ステップs300で選出したDNBの候補がDNBであるか否かを判定する。   DNB determination process by significance analysis (s400): According to the flowchart showing the DNB determination method by significance analysis shown in FIG. 6, it is determined whether or not the DNB candidate selected in step s300 is a DNB. .

診断結果の出力(s500):上記ステップs400において、DNBが存在しないと判断した場合、上記ステップs300で選出したDNBの候補のデータを次回の診断の参照データとして記憶装置に保存し、異常が認めない旨の診断結果を出力する。一方、上記ステップs400において、DNBと認定されたクラスターが存在すると判断した場合、認定されたクラスターの生体分子データをDNBのメンバーとして記憶し、疾病前状態にある旨の診断結果を出力する。また、検出したDNBに関連づけた診断結果を出力することもできる。なお、ここでは、診断結果として示しているが、詳細には、例えば、医師による診断の参考となる結果であり、ステップs500にて出力される診断結果は、医師による診断そのものではなく、医師の診断の補助となり、診断を支援すべく診断の参考となる出力データである。   Diagnosis result output (s500): If it is determined in step s400 that there is no DNB, the DNB candidate data selected in step s300 is stored in the storage device as reference data for the next diagnosis, and an abnormality is recognized. Outputs the diagnostic result to the effect. On the other hand, if it is determined in step s400 that there is a cluster certified as a DNB, the biomolecule data of the certified cluster is stored as a member of the DNB, and a diagnosis result indicating that it is in a pre-disease state is output. In addition, a diagnosis result associated with the detected DNB can be output. Here, although shown as a diagnosis result, in detail, for example, it is a result used as a reference for diagnosis by a doctor, and the diagnosis result output in step s500 is not a diagnosis by the doctor itself but a doctor's diagnosis. This is output data that assists diagnosis and serves as a reference for diagnosis to support diagnosis.

例えば、DNBの特性を総合的に反映する総合指数Iを出力することができる。当該総合指数Iが大きければ大きいほど、分岐点に近いので、総合指数Iに比例した疾病リスクを直観的に見ることができる図形又は画像の形で出力すると、ワーンニング効果が高くなる。   For example, a comprehensive index I that comprehensively reflects the characteristics of DNB can be output. The larger the overall index I, the closer to the branch point, the higher the warning effect when the disease risk proportional to the overall index I is output in the form of a graphic or image that can be seen intuitively.

図9及び図10は、総合指数Iに比例した疾病リスクを表示する図形の一例である。図9において、矢印全体は疾病前状態(発病前期)を示し、矢印により示される方向の流れが疾病状態(発病)の経時変化を指しており、矢印内の左側に位置するひし形マークは診断で得られた総合指数Iの値に応じて位置が変化する発病リスクポインターである。総合指数Iの値が大きければ大きいほどひし形マークが矢印の右側に近づくように設定する。   FIG. 9 and FIG. 10 are examples of figures that display disease risk proportional to the overall index I. FIG. In FIG. 9, the entire arrow indicates the pre-disease state (pre-morbidity), the flow in the direction indicated by the arrow indicates the temporal change of the disease state (onset), and the diamond mark located on the left side of the arrow indicates diagnosis. It is a disease risk pointer whose position changes according to the value of the obtained overall index I. The larger the value of the overall index I is, the larger the diamond mark is set to approach the right side of the arrow.

また、以前にもDNBを用いて疾病の早期診断を受けたことがある場合、前回診断で得られた総合指数と一緒に、図10のように、総合指数Iに比例した疾病リスクを表示することができる。図10において、点線のひし形マークが2011年7月1日の診断で得られた総合指数を示し、実線のひし形マークが2011年9月1日の診断で得られた総合指数を示している。ひし形マークの位置変動から、疾病状態に近づいていくことを直観的に判断することができる。   In addition, when an early diagnosis of a disease has been performed using DNB before, a disease risk proportional to the overall index I is displayed together with the overall index obtained in the previous diagnosis as shown in FIG. be able to. In FIG. 10, the dotted rhombus marks indicate the total index obtained by the diagnosis on July 1, 2011, and the solid rhombus marks indicate the total index obtained by the diagnosis on September 1, 2011. It is possible to intuitively determine that the disease state is approached from the positional change of the rhombus mark.

また、DNBに関連づけた情報として、検出したDNBを含んだ全ネットワーク、又は当該DNBを含んだ一部のネットワークのマップ(例えば、後述の図15)を出力することができる。   Further, as information associated with the DNB, a map of all networks including the detected DNB or a part of the network including the DNB (for example, FIG. 15 described later) can be output.

さらに、DNBのメンバーである生体分子のリストを出力することもできる。上述した
ように、DNBは、正常状態から疾病状態へ遷移する疾病前状態に現れるものであるが、DNBとして検出された生体分子、即ち遺伝子、タンパク質又は代謝物自身が、必ずしも疾病を悪化させる要因となる病的遺伝子、タンパク質又は代謝物とは限らない。ただし、DNBメンバーの一部が疾病と関連していることが判明している。
Furthermore, a list of biomolecules that are members of DNB can be output. As described above, DNB appears in a pre-disease state that transitions from a normal state to a disease state, but a biomolecule detected as DNB, that is, a gene, protein, or metabolite itself is not necessarily a factor that exacerbates the disease. It is not necessarily a pathological gene, protein, or metabolite. However, some DNB members have been found to be associated with disease.

そのため、検出したDNBのメンバーに含まれた、特定の疾病と関連性のあるもの(遺伝子、タンパク質又は代謝物)を抽出すると、例えば、医師の診断により、検診者等の診断対象が発症する可能性のある疾病をある程度把握することができる。   Therefore, if a substance (gene, protein or metabolite) related to a specific disease contained in the detected member of DNB is extracted, for example, a diagnosis subject such as a examiner may develop due to a doctor's diagnosis. A certain degree of sexual disease can be grasped.

したがって、上述した「診断結果の出力」(図8のs500)に続いて、遺伝子、タンパク質又は代謝物と疾病との対応関係を記憶したデータベースを利用して、検出したDNBから疾病と関連性のある遺伝子、タンパク質又は代謝物を抽出して、診断の参考となる診断結果として出力することができる。   Therefore, following the above-mentioned “output of diagnostic results” (s500 in FIG. 8), a database storing the correspondence between genes, proteins or metabolites and diseases is used to detect the relationship between the detected DNB and the disease. A gene, protein, or metabolite can be extracted and output as a diagnostic result that serves as a reference for diagnosis.

そうすれば、健康診断を受ける人から例えば血液を採取して、その血液から得た遺伝子、タンパク質又は代謝物のデータからDNBを検出した場合、当該DNBに含まれている遺伝子、タンパク質又は代謝物と関連性がある疾病をある程度特定することができ、検診者が持つ潜在的疾病を早期段階で診断することができる。   Then, for example, when blood is collected from a person undergoing a health check and DNB is detected from the gene, protein or metabolite data obtained from the blood, the gene, protein or metabolite contained in the DNB is detected. Can be identified to some extent, and potential illnesses of the examiner can be diagnosed at an early stage.

<検出装置>
以上詳述したDNBの検出方法は、コンピュータを用いた検出装置として本発明を具現化することができる。図11は、本発明に係る検出装置の構成例を示すブロック図である。図11に示す検出装置1は、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータに接続されるクライアントコンピュータ、その他各種コンピュータを用いて実現される。検出装置1は、制御部10、記録部11、記憶部12、入力部13、出力部14、取得部15等の各種機構を備えている。
<Detection device>
The DNB detection method detailed above can embody the present invention as a detection device using a computer. FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a detection device according to the present invention. The detection apparatus 1 shown in FIG. 11 is realized using a personal computer, a client computer connected to a server computer, and other various computers. The detection apparatus 1 includes various mechanisms such as a control unit 10, a recording unit 11, a storage unit 12, an input unit 13, an output unit 14, and an acquisition unit 15.

制御部10は、CPU(Central Processing Unit )等の回路を用いて構成され、検出装置1全体を制御する機構である。   The control unit 10 is configured using a circuit such as a CPU (Central Processing Unit), and is a mechanism that controls the entire detection apparatus 1.

記録部11は、HDD(Hard Disk Drive)等の磁気記録機構、SSD(Solid State Disk)等の不揮発性半導体記録機構等の不揮発性の補助記録機構である。記録部11には
、本発明に係る検出プログラム11a等の各種プログラム及びデータが記録されている。
The recording unit 11 is a non-volatile auxiliary recording mechanism such as a magnetic recording mechanism such as an HDD (Hard Disk Drive) or a non-volatile semiconductor recording mechanism such as an SSD (Solid State Disk). The recording unit 11 records various programs and data such as the detection program 11a according to the present invention.

記憶部12は、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)、SRAM(Static Random Access Memory)等の揮発性の主記憶機構である。   The storage unit 12 is a volatile main storage mechanism such as an SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) or an SRAM (Static Random Access Memory).

入力部13は、キーボード、マウス等のハードウェア、及びドライバ等のソフトウェアを備える入力機構である。   The input unit 13 is an input mechanism including hardware such as a keyboard and a mouse, and software such as a driver.

出力部14は、モニタ、プリンタ等のハードウェア、及びドライバ等のソフトウェアを備える出力機構である。   The output unit 14 is an output mechanism including hardware such as a monitor and a printer, and software such as a driver.

取得部15は、外部から各種データを取得する機構である。具体的には、通信網を介してデータを取り込むLAN(Local Area Network)ポート、測定機器に接続可能なパラレルケーブル等の専用線に接続するポート等の各種ハードウェア、及びドライバ等のソフトウェアである。   The acquisition unit 15 is a mechanism for acquiring various data from the outside. Specifically, these are various hardware such as a LAN (Local Area Network) port for capturing data via a communication network, a port connected to a dedicated line such as a parallel cable connectable to a measuring device, and software such as a driver. .

そして、記録部11に記録されている検出プログラム11aを、記憶部12に記憶し、制御部10の制御に基づき実行することにより、コンピュータは、検出プログラム11a
に係る各種手順を実行し、本発明の検出装置1として機能する。なお、便宜上、記録部11及び記憶部12として分けているが、両者とも各種情報の記録という同様の機能を有するものであり、装置の仕様、運用形態等に応じていずれの機構に記録させるかは、適宜決定することが可能である。
Then, by storing the detection program 11a recorded in the recording unit 11 in the storage unit 12 and executing it based on the control of the control unit 10, the computer can detect the detection program 11a.
The various procedures which concern on are performed, and it functions as the detection apparatus 1 of this invention. In addition, although it has divided into the recording part 11 and the memory | storage part 12 for convenience, both have the same function of recording various information, and which mechanism is made to record according to a specification, an operation form, etc. of an apparatus? Can be determined as appropriate.

図12は、本発明に係る検出装置1によるDNBの検出処理の一例を示すフローチャートである。本発明に係る検出装置1の処理は、前述のDNBの検出処理を実行するものである。検出装置1の制御部10は、取得部15により、生体に関する測定により得られた複数の因子項目についての測定データを取得する(Sc1)。ステップSc1は、図3のステップs1として示したハイスループットデータの取得処理に対応する。なお、ここではコンピュータ処理の対象として表現するため、因子項目として表現しているが、ここでいう因子項目とは、前述のDNBのノードとなり得る遺伝子に関する測定項目、タンパク質に関する測定項目、代謝物に関する測定項目等の測定項目を示している。なお、CTスキャン等の測定装置にて出力される体内画像から得られる画像に関する測定項目を用いることも可能である。   FIG. 12 is a flowchart showing an example of DNB detection processing by the detection apparatus 1 according to the present invention. The process of the detection apparatus 1 according to the present invention executes the above-described DNB detection process. The control unit 10 of the detection apparatus 1 uses the acquisition unit 15 to acquire measurement data for a plurality of factor items obtained by measurement related to the living body (Sc1). Step Sc1 corresponds to the high-throughput data acquisition process shown as step s1 in FIG. Here, since it is expressed as an object of computer processing, it is expressed as a factor item, but here the factor item is related to a measurement item related to a gene that can be a node of the above-mentioned DNB, a measurement item related to a protein, and a metabolite Measurement items such as measurement items are shown. It is also possible to use measurement items related to images obtained from in-vivo images output by a measurement device such as a CT scan.

制御部10は、取得した因子項目のそれぞれの測定データが、有意性をもって経時的に変化しているか否かを検定し、検定した結果に基づいて差次的生体分子を選出する(Sc2)。ステップSc2は、図3のステップs2として示した差次的生体分子の選出処理に対応する。   The control unit 10 tests whether or not each of the acquired measurement data of the factor items changes with time, and selects a differential biomolecule based on the test result (Sc2). Step Sc2 corresponds to the differential biomolecule selection process shown as step s2 in FIG.

したがって、ステップSc2の処理は、制御部10が、各因子項目の測定データ、並びに因子項目及び時系列毎に予め設定されている参照データとの比較結果に基づいて、有意性に関する検定を行い(Sc21)、経時変化に有意性があると検定された因子項目を選出する処理(Sc22)を含む。即ち、図4に示した各種処理を実行する。なお、検出装置1が参照データとして処理するデータとは、コントロールサンプルであり、例えば、最初に取得したサンプルをコントロールサンプルとする等の設定に基づき、検出装置1は、当該サンプルに対して参照データとしての取り扱いを行う。   Therefore, in the process of step Sc2, the control unit 10 performs a test on significance based on the measurement data of each factor item and the comparison result with the factor item and reference data set in advance for each time series ( Sc21) includes a process (Sc22) for selecting a factor item that has been tested to be significant over time. That is, the various processes shown in FIG. 4 are executed. The data processed as reference data by the detection device 1 is a control sample. For example, the detection device 1 uses the reference data for the sample based on the setting such that the first acquired sample is a control sample. As the handling.

制御部10は、選出した各因子項目のそれぞれの測定データの時系列変化の相関関係に基づいて複数の因子項目を複数のクラスターに分類する(Sc3)。ステップSc3は、図3のステップs3として示したクラスター化処理に対応する。   The control unit 10 classifies the plurality of factor items into a plurality of clusters based on the correlation of the time series changes of the respective measurement data of the selected factor items (Sc3). Step Sc3 corresponds to the clustering process shown as step s3 in FIG.

制御部10は、分類した各クラスターから、各因子項目のそれぞれの測定データの時系列変化及び各因子項目間の測定データの時系列変化の相関関係に基づいて予め設定された選出条件に該当するクラスターを選出する(Sc4)。ステップSc4は、図3のステップs4として示したDNBの候補の選出処理に対応する。   The control unit 10 corresponds to a selection condition set in advance from each classified cluster based on the correlation between the time series change of each measurement data of each factor item and the time series change of the measurement data between each factor item. A cluster is selected (Sc4). Step Sc4 corresponds to the DNB candidate selection process shown as step s4 in FIG.

したがって、ステップSc4の処理は、制御部10が、それぞれのクラスターに対し、クラスター内の各因子項目の測定データの相関を示す値の平均値を第1指数として算出し(Sc41)、クラスター内の因子項目の測定データと当該クラスター外の因子項目の測定データとの間の相関を示す値の平均値を第2指数として算出し(Sc42)、クラスター内の各因子項目について測定データの標準偏差の平均値を第3指数として算出する処理(Sc43)を含む。さらに、ステップSc4の処理は、制御部10が、第1指数と、第2指数と、第3指数の逆数との積に基づく総合指数を算出し(Sc44)、算出した総合指数が最大であるクラスターを選出する処理(Sc45)を含む。即ち、図5に示した各種処理を実行する。なお、第1指数、第2指数、第3指数及び総合指数としては、例えば、クラスター内のノードの間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCd(k)、クラスター内のノードと他のノードとの間のピアソン相関関数の絶対値の平均値OPPCd(k)、クラスター内のノードの標準偏差の平均値SDd(k)、及び総合指数I(k)が
それぞれ用いられる。
Therefore, in the process of step Sc4, the control unit 10 calculates, for each cluster, the average value of the values indicating the correlation of the measurement data of each factor item in the cluster as the first index (Sc41). An average value of values indicating correlation between the measurement data of the factor item and the measurement data of the factor item outside the cluster is calculated as a second index (Sc42), and the standard deviation of the measurement data for each factor item in the cluster is calculated. The process (Sc43) which calculates an average value as a 3rd index | exponent is included. Further, in the process of step Sc4, the control unit 10 calculates a comprehensive index based on the product of the first index, the second index, and the reciprocal of the third index (Sc44), and the calculated total index is the maximum. A process of selecting a cluster (Sc45) is included. That is, various processes shown in FIG. 5 are executed. As the first index, the second index, the third index, and the overall index, for example, the average value PCCd (k) of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between the nodes in the cluster, The average value OPPCd (k) of the absolute value of the Pearson correlation function between the nodes, the average value SDd (k) of the standard deviation of the nodes in the cluster, and the overall index I (k) are used.

制御部10は、選出したクラスターに含まれる因子項目をバイオマーカーの候補として検出する(Sc5)。ステップSc5は、図3のステップs5として示したDNBの判定処理に対応する。   The control unit 10 detects the factor items included in the selected cluster as biomarker candidates (Sc5). Step Sc5 corresponds to the DNB determination process shown as step s5 in FIG.

したがって、ステップSc5の処理は、制御部10が、各因子項目について、対応する参照データの標準偏差の平均値を示す参照標準偏差を算出し(Sc51)、因子項目間の相関を示す値の平均値を示す参照相関値を算出する(Sc52)。そして、第1指数が参照標準偏差に比べて有意性をもって増大し、第2指数が前記参照相関値に比べて有意性をもって減少し、かつ、第3指数が参照標準偏差に比べて有意性をもって増大した場合に、当該クラスターに含まれる項目をバイオマーカーとして検出する処理(Sc53)を含む。即ち、図6に示した各種処理を実行する。なお、参照標準偏差及び参照相関値としては、例えば、各ノード間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCdr及び各ノードの標準偏差の平均値SDdrがそれぞれ用いられる。   Therefore, in the process of step Sc5, the control unit 10 calculates the reference standard deviation indicating the average value of the standard deviation of the corresponding reference data for each factor item (Sc51), and averages the values indicating the correlation between the factor items. A reference correlation value indicating the value is calculated (Sc52). The first index increases with significance compared to the reference standard deviation, the second index decreases with significance compared to the reference correlation value, and the third index has significance compared to the reference standard deviation. When it increases, the process (Sc53) which detects the item contained in the said cluster as a biomarker is included. That is, various processes shown in FIG. 6 are executed. As the reference standard deviation and the reference correlation value, for example, the average value PCCdr of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between the nodes and the average value SDdr of the standard deviation of each node are used.

そして、制御部10は、バイオマーカーの候補として検出した因子項目を出力部14から出力し(Sc6)、処理を終了する。   And the control part 10 outputs the factor item detected as a biomarker candidate from the output part 14 (Sc6), and complete | finishes a process.

<第1の検証例>
本発明のDNBによる疾病の早期診断方法の診断精度を検証するために、肺障害が引き起こされたマウスの実験データを用いて、本発明の診断方法で診断を行い、その診断結果を実際の病状進行状況と比較して、本発明の診断方法の有効性を検証した。次に、当該検証例を詳細に説明する。実験データは、複数の実験用CD-1雄マウスをケースグループ
と、コントロールグループとに分けて、ケースグループを通常の空気環境に、コントロールグループを有毒ガスであるホスゲンが含まれている空気環境に置き、そして、両グループのマウスの健康状況を観察し、ホスゲンの吸入による急性肺損傷の分子レベルのメカニズムを調べるという実験から得られたものである。当該実験データを用いて、本発明の診断方法を用いて、ホスゲン曝露されているケースグループのマウスの健康状況を診断した。通常、マウスは一定量のホスゲンを吸入すると、ホスゲン誘発性肺障害を発症する。
<First verification example>
In order to verify the diagnostic accuracy of the method for early diagnosis of disease by DNB of the present invention, the diagnosis method of the present invention is used for diagnosis using the experimental data of the mouse in which the lung injury is caused, and the diagnosis result is used as the actual medical condition. Compared with the progress, the effectiveness of the diagnostic method of the present invention was verified. Next, the verification example will be described in detail. The experimental data is divided into a group of experiments and a control group of CD-1 male mice. The case group is in a normal air environment, and the control group is in an air environment containing phosgene, a toxic gas. It was obtained from an experiment to observe the health status of both groups of mice and investigate the molecular mechanisms of acute lung injury from phosgene inhalation. Using the experimental data, the health status of mice in case groups exposed to phosgene was diagnosed using the diagnostic method of the present invention. Normally, mice inhal a certain amount of phosgene and develop phosgene-induced lung injury.

図13は、第1の検証例における診断用のデータを示すテーブルである。図13に示すように、診断対象は、ホスゲン誘発性肺障害にかかったマウス(CD-1雄マウス)であ
り、サンプル採取対象は、診断対象となるケースグループ及び参照対象となるコントロールグループのマウスの肺組織であり、サンプリングポイントは、実験開始後の0、0.5、1、4、8、12、24、48、72時間が経過した時間点であり、DNBの検出に用いた遺伝子の数は22690個である。
FIG. 13 is a table showing diagnostic data in the first verification example. As shown in FIG. 13, the diagnosis object is a mouse (CD-1 male mouse) suffering from phosgene-induced lung injury, and the sample collection object is a mouse of a case group to be a diagnosis object and a control group to be a reference object. The sampling point is the time point when 0, 0.5, 1, 4, 8, 12, 24, 48, 72 hours have elapsed since the start of the experiment, and the sampling point of the gene used for the detection of DNB The number is 22690.

本発明の診断方法を用いて、具体的に、次の処理を行った。   Specifically, the following process was performed using the diagnostic method of the present invention.

まず、それぞれのサンプルから測定したハイスループット遺伝子データから差次的発現遺伝子を選択する。各々のサンプリングポイントにおいて、6つのケースサンプルと6つコントロールサンプルが提供されている。最初のサンプリングポイント(0h)において、ケースサンプルのデータはコントロールサンプルのデータと同じである。   First, differentially expressed genes are selected from high-throughput gene data measured from each sample. At each sampling point, six case samples and six control samples are provided. At the first sampling point (0h), the case sample data is the same as the control sample data.

各々のサンプリングポイントにおいて、有意水準p<0.05のスチューデントのt検定を用いて、それぞれ、A=[0、53、184、1325、1327、738、980、1263、915]の差次的遺伝子を選出した。   At each sampling point, a differential gene of A = [0, 53, 184, 1325, 1327, 738, 980, 1263, 915], respectively, using Student's t-test with significance level p <0.05. Was elected.

そして、選出した差次的遺伝子のセットAに対して、誤発現率(FDR)及び2倍変更
スクリーニングを用いることにより、各サンプリングポイントに対して、それぞれ、B=[0、29、72、195、269、163、173、188、176]の遺伝子を選出した。
Then, for each sampling point, B = [0, 29, 72, 195, respectively, by using false expression rate (FDR) and 2-fold modified screening for the selected set A of differential genes. 269, 163, 173, 188, 176] were selected.

選出した遺伝子セットBに対して、各サンプリングポイントにおいて、相関の高いものを1つのクラスターにまとめるクラスター化を行い、それぞれ、40個のクラスターを得た。   The selected gene set B was clustered so that highly correlated ones were collected into one cluster at each sampling point, and 40 clusters were obtained.

さらに、各サンプリングポイントにおいて、得られた40個のクラスター内の全ての遺伝子に対して、データの正規化を行う。そして、各サンプリングポイントにおいて、正規化されたコントロールグループ及びケースグループにおける各クラスターのそれぞれの標準偏差の平均値SDd(第3指数)、クラスターのメンバー間のピアソンの相関係数の絶対値の平均値PCCd(第2指数)、クラスターのメンバーと他の遺伝子との間のピアソン相関係数の絶対値の平均値OPCCd(第1指数)、及び総合指数Iを計算する。   Furthermore, at each sampling point, data normalization is performed for all the genes in the obtained 40 clusters. At each sampling point, the average value SDd (third index) of the standard deviation of each cluster in the normalized control group and case group, the average value of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between the members of the cluster PCCd (second index), mean value OPCCd (first index) of absolute values of Pearson correlation coefficients between cluster members and other genes, and overall index I are calculated.

そして、各サンプリングポイントにおいて、計算したケースグループにおける各クラスターから、総合指数Iが一番大きいクラスターをDNBの候補として選出し、さらに、当該DNBの候補に対して、コントロールグループの標準偏差の平均値SDc、遺伝子間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCcを基準に、有意性分析により、DNBであるか否かを判断する。その結果、各サンプリングポイントにおいて、DNBとなるクラスターの数は、[0、0、0、0、1、0、0、0、0]であった。   At each sampling point, the cluster with the largest overall index I is selected as a DNB candidate from each cluster in the calculated case group, and the average value of the standard deviation of the control group is selected for the DNB candidate. Based on SDc and the average value PCCc of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between genes, whether or not it is DNB is determined by significance analysis. As a result, the number of clusters serving as DNBs at each sampling point was [0, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 0].

即ち、第5のサンプリングポイント(8h)でDNBが検出された、当該DNBは220個の遺伝子を有する第111番目のクラスターである。   That is, DNB was detected at the fifth sampling point (8h), and the DNB is the 111th cluster having 220 genes.

図14Aは、第1の検証例において、検出されたDNBの候補の標準偏差の平均値SDdの時系列変化の例を示すグラフである。図14Bは、第1の検証例において、検出されたDNBの候補のクラスターのメンバー間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCdの時系列変化の例を示すグラフである。図14Cは、第1の検証例において、検出されたDNBの候補のクラスターのメンバーと他の遺伝子との間のピアソン相関係数の絶対値の平均値OPCCdの時系列変化の例を示すグラフである。図14Dは、第1の検証例において、検出されたDNBの候補の総合指数Iの時系列変化の例を示すグラフである。図14A〜図14Dにおいて、横軸は時間段階tを表し、縦軸は、それぞれ、標準偏差の平均値SDd(図14A)、クラスターのメンバー間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCd(図14B)、クラスターのメンバーと他の遺伝子との間のピアソン相関係数の絶対値の平均値OPCCd(図14C)、及び総合指数Iを示している(図14D)。破線は、ケースグループから検出したDNBの候補の各種指数の経時変化を示し、実線は、コントロールグループから選んだ1クラスターの各種指数の経時変化を示している。   FIG. 14A is a graph illustrating an example of a time-series change in the average value SDd of standard deviations of detected DNB candidates in the first verification example. FIG. 14B is a graph illustrating an example of a time-series change in the average value PCCd of the absolute values of the Pearson correlation coefficients between members of the detected candidate cluster of the DNB in the first verification example. FIG. 14C is a graph showing an example of a time-series change in the average value OPCCd of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between a member of the detected candidate cluster of DNB and another gene in the first verification example. is there. FIG. 14D is a graph showing an example of a time-series change of the overall index I of the detected DNB candidates in the first verification example. 14A to 14D, the horizontal axis represents the time stage t, and the vertical axis represents the average value SDd of the standard deviation (FIG. 14A) and the average value PCCd of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between the members of the cluster, respectively. FIG. 14B) shows the average value OPCCd (FIG. 14C) of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between cluster members and other genes, and the overall index I (FIG. 14D). The broken line shows the change with time of various indexes of DNB candidates detected from the case group, and the solid line shows the change with time of various indexes of one cluster selected from the control group.

図14A〜図14Dから分かるように、第4の時間段階 (即ち、4時間経過)から、DNBの候補の第1指数PCCd、第3指数SDd及び総合指数Iは大きく増加し始め、第5の時間段階 (即ち、8時間経過)でピークに達している。一方、DNBの候補の第3
指数OPCCdは第2の時間段階から低減し、同じ第5の時間段階 (即ち、8時間経過
)で極小値を示している。
As can be seen from FIGS. 14A to 14D, from the fourth time stage (ie, after 4 hours), the first index PCCd, the third index SDd, and the overall index I of the DNB candidates start to increase greatly, The peak is reached at the time stage (ie, after 8 hours). Meanwhile, the third candidate for DNB
The index OPCCd decreases from the second time stage and shows a local minimum at the same fifth time stage (ie, after 8 hours).

また、DNBの動的特性を直観的に示すために、DNBを含む全遺伝子ネットワークの動的特性を図15に示す。図15は、第1の検証例において、ケースグループの遺伝子によって構成されたネットワークにおけるDNBの動的特性の一例を経時的に示すマップである。図15には、順に0.5、1、4、8、12、24、48、72hの各サンプリングポイントで、ケースグループの遺伝子ネットワーク(3452個の遺伝子、9238個
のリンク)が表示されており、「〇」で表示しているノードはDNBの候補に属する遺伝子であり、「□」で表示しているノードはDNBの候補のノード付近の他の遺伝子であり、ノードとノードとの間のラインは両ノードの相関性を示している。また、「〇」の色の濃さが遺伝子の標準偏差SDの大きさを示し、両ノードを接続ラインの濃さが両ノードの相関係数PCCの絶対値の大きさを示している。全てのマップはCytoscape (http://www.cytoscape.org/)を用いて構成されたものである。
Moreover, in order to show the dynamic characteristic of DNB intuitively, the dynamic characteristic of the whole gene network containing DNB is shown in FIG. FIG. 15 is a map showing an example of dynamic characteristics of DNB over time in a network configured by case group genes in the first verification example. FIG. 15 shows the gene network of the case group (3452 genes, 9238 links) at each sampling point of 0.5, 1, 4, 8, 12, 24, 48, 72h in order. , A node indicated by “◯” is a gene belonging to a DNB candidate, a node indicated by “□” is another gene in the vicinity of the candidate node for DNB, and a node between nodes The line shows the correlation between both nodes. Further, the color density of “◯” indicates the magnitude of the standard deviation SD of the gene, and the density of the connection line of both nodes indicates the magnitude of the absolute value of the correlation coefficient PCC of both nodes. All maps are constructed using Cytoscape (http://www.cytoscape.org/).

図15に示すように、DNBの候補の特性(SD、PCC)が時間の経過とともに変化し、他の遺伝子と同じ振る舞いをする通常のクラスターから、次第にDNBへと進化していく。図15のeに示す第5の段階(8hが経過した時)で、DNBとしての特徴が最も著しく、疾病前状態 (8h)である警告信号をはっきり示している。しかしながら、疾
病状態へ遷移した後(24h、48h、72h)、DNBのメンバーは、再び他の遺伝子と同じ振る舞いをするようになっている。
As shown in FIG. 15, the DNB candidate characteristics (SD, PCC) change over time, and gradually evolve from a normal cluster that behaves the same as other genes to a DNB. In the fifth stage shown in FIG. 15e (when 8h elapses), the characteristic as the DNB is most remarkable, and the warning signal that is the pre-disease state (8h) is clearly shown. However, after transition to the disease state (24h, 48h, 72h), DNB members again behave the same as other genes.

当該結果から、疾病前状態は第5の時間段階の近くに存在し、第5の時間段階の後、システムは疾病状態へ遷移するということが判明される。 The results show that the pre-disease state exists near the fifth time stage, and after the fifth time stage, the system transitions to the disease state.

したがって、本発明のDNBによる疾病の早期診断方法で診断する場合、第4の時間段階での診断で、疾病になる警告信号が少し見えているため、近いうち疾病が悪化するとの診断結果を出すことができる。そして、第5の時間段階での診断では、疾病になる警告信号をはっきり見えているため、間もなく疾病になるとの診断結果を出すことができる。   Therefore, when diagnosing with the DNB early diagnosis method according to the present invention, since the warning signal for illness is slightly visible in the diagnosis at the fourth time stage, a diagnosis result that the illness is getting worse is obtained soon. be able to. In the diagnosis at the fifth time stage, since the warning signal indicating the illness is clearly seen, a diagnosis result indicating that the illness will soon be obtained can be obtained.

一方、実際のマウス実験の結果では、ケースグループのマウスは、ホスゲンを吸入してから8時間後に、肺水腫が起こし、12時間後に50%〜60%が死亡し、24時間後に、さらに60%〜70% が死亡した。   On the other hand, according to the results of actual mouse experiments, the case group of mice developed pulmonary edema 8 hours after inhalation of phosgene, 50% to 60% died after 12 hours, and another 60% after 24 hours. ~ 70% died.

したがって、本発明のDNBによる早期診断の診断結果は、マウスの実際の病気悪化状況と完全に一致しているということができる。   Therefore, it can be said that the diagnosis result of the early diagnosis by DNB of the present invention completely coincides with the actual disease deterioration situation of mice.

<第2の検証例>
上述した第1の検証例において、動物実験のデータを用いて、本発明のDNBによる疾病の早期診断方法の有効性を検証した。本検証例では、B細胞リンパ腫の臨床データを用いて、さらに、本発明のDNBによる疾病の早期診断方法の診断精度を検証する。
<Second verification example>
In the first verification example described above, the effectiveness of the method for early diagnosis of diseases by DNB of the present invention was verified using data from animal experiments. In this verification example, the diagnostic accuracy of the method for early diagnosis of disease by DNB of the present invention is further verified using clinical data of B cell lymphoma.

図16は、第2の検証例における診断データをリストしたテーブルである。図16に示すように、臨床像、病変及びフローサイトメトリーに基づいて、サンプルは、安静期(P1)、活性期(P2)、限界期(P3)、転移期(P4)、侵攻期(P5)の5つの段階のグループに分けられている。各段階において、サンプルの数は、それぞれ、5、3、6、5、7である。各段階において、脾腫は、それぞれ、「None」、「None」、「+/−」、「+」、「+++」である。各段階において、フローサイトメトリーは、それぞれ、「正常安静」、「正常活性」、「異常」、「ミックスト」、「B−1クローン」である。また、安静期(P1)で採取したサンプルをコントロールサンプルとし、他の段階(P2〜P5)で採取したサンプルをケースサンプルとする。   FIG. 16 is a table listing diagnostic data in the second verification example. As shown in FIG. 16, based on clinical features, lesions and flow cytometry, the samples were resting (P1), active (P2), critical (P3), metastatic (P4), aggressive (P5 ) Is divided into groups of five stages. At each stage, the number of samples is 5, 3, 6, 5, 7 respectively. At each stage, the splenomegaly is “None”, “None”, “+/−”, “+”, “++++”, respectively. At each stage, the flow cytometry is “normal rest”, “normal activity”, “abnormal”, “mixed”, and “B-1 clone”, respectively. Moreover, let the sample extract | collected in the rest period (P1) be a control sample, and let the sample extract | collected in another stage (P2-P5) be a case sample.

上記26個のサンプルから測定した遺伝子発現データから13712個の遺伝子を対象に、上述したDNBによる疾病の早期診断方法で診断を行った。その結果として、図17A〜図17Dに、ケースグループの遺伝子から検出したDNBの候補の各指数を示す。図17Aは、第2の検証例において、検出されたDNBの候補の標準偏差の平均値SDdの時系列変化の例を示すグラフである。図17Bは、第2の検証例において、検出されたDNBの候補のクラスターのメンバー間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCdの時
系列変化の例を示すグラフである。図17Cは、第2の検証例において、検出されたDNBの候補のクラスターのメンバーと他の遺伝子との間のピアソン相関係数の絶対値の平均値OPCCdの時系列変化の例を示すグラフである。図17Dは、第2の検証例において、検出されたDNBの候補の総合指数Iの時系列変化の例を示すグラフである。
From the gene expression data measured from the 26 samples, 13712 genes were targeted and diagnosed by the above-described early diagnosis method of disease by DNB. As a result, FIGS. 17A to 17D show indexes of DNB candidates detected from the genes of the case group. FIG. 17A is a graph showing an example of a time-series change in the average value SDd of the standard deviations of the detected DNB candidates in the second verification example. FIG. 17B is a graph illustrating an example of a time-series change in the average value PCCd of the absolute values of the Pearson correlation coefficients between members of the detected candidate cluster of the DNB in the second verification example. FIG. 17C is a graph showing an example of a time-series change in the average value OPCCd of the absolute value of the Pearson correlation coefficient between the member of the detected candidate cluster of DNB and another gene in the second verification example. is there. FIG. 17D is a graph illustrating an example of a time-series change in the overall index I of the detected DNB candidates in the second verification example.

図17A〜図17Dにおいて、横軸は段階(P1〜P4)の番号を示しており、縦軸は、それぞれ、標準偏差の平均値SDd(図17A)、クラスターのメンバー間のピアソン相関係数の絶対値の平均値PCCd(図17B)、クラスターのメンバーと他の遺伝子との間のピアソン相関係数の絶対値の平均値OPCCd(図17C)、及び総合指数Iを示している(図17D)。   In FIG. 17A to FIG. 17D, the horizontal axis indicates the number of the stage (P1 to P4), and the vertical axis indicates the mean value SDd of the standard deviation (FIG. 17A) and the Pearson correlation coefficient between the cluster members, respectively. Average value PCCd of absolute values (FIG. 17B), average value OPCCd of absolute values of Pearson correlation coefficients between cluster members and other genes (FIG. 17C), and overall index I are shown (FIG. 17D). .

図17A〜図17Dから明らかなように、第2の段階(P2)、即ち活性期において、DNBの候補の総合指数Iがピークに達しており、疾病状態を示す警告信号が最も強くなっている。この診断結果は、実際の病変と完全に一致している。実際の臨床データでも、活性期の直後の限界期から病状が悪化して、脾腫が「+/−」となり、フローサイトメトリーが「異常」になっている。したがって、本検証例におけるDNB特定の解析結果と実際の臨床データと完全に一致している。   As is apparent from FIGS. 17A to 17D, in the second stage (P2), that is, the active period, the overall index I of the DNB candidate has reached its peak, and the warning signal indicating the disease state is the strongest. . This diagnostic result is in complete agreement with the actual lesion. Even in actual clinical data, the condition worsens from the critical period immediately after the active period, splenomegaly becomes “+/−”, and flow cytometry becomes “abnormal”. Therefore, the DNB specific analysis result in the present verification example completely matches the actual clinical data.

また、通常の診断では、図16に示すように、活性期における脾腫が「None」、フローサイトメトリーが「正常活性」となっているため、異常が認めないとの診断結果になる。それに対して、本発明のDNBによる疾病の早期診断方法で診断する場合、活性期において、疾病前状態を示す警告信号(DNB)を検出したため、「異常の兆候が見られる」との診断結果を患者に伝えることができる。そのため、患者は早期段階で治療措置を取ることにより、病状の悪化を止める。   Further, in the normal diagnosis, as shown in FIG. 16, since the splenomegaly in the active period is “None” and the flow cytometry is “normal activity”, the diagnosis result is that no abnormality is observed. On the other hand, when diagnosing with the DNB disease early diagnosis method of the present invention, a warning signal (DNB) indicating a pre-disease state was detected in the active period, so that a diagnosis result that “a sign of abnormality is seen” is obtained. Can tell the patient. Therefore, the patient stops the worsening of the medical condition by taking treatment measures at an early stage.

したがって、本発明のDNBによる疾病の早期診断は、リンパ腫のような複雑疾病の早期診断に大変有効であることが検証されている。   Therefore, it has been verified that the early diagnosis of diseases by DNB of the present invention is very effective for the early diagnosis of complex diseases such as lymphoma.

また、本検証例におけて検出されたDNBの中に、22個の遺伝子とTFsが含まれており、そのうち、13個の遺伝子が明らかにB細胞リンパ腫と関連しており、さらに、当該13個の遺伝子のうちの8個が増殖のマスタレギューレターであることが判明されている。したがって、本発明におけるDNBは、疾病前状態を示す警告信号として、早期段階で異常の兆候を患者に伝えることができるだけではなく、疾病と関連している遺伝子も具体的に特定することができるため、複雑疾病の治療、製薬に非常に役に立つと思われる。   In addition, in the DNB detected in this verification example, 22 genes and TFs are included, of which 13 genes are clearly associated with B-cell lymphoma. Eight of the genes have been found to be master regulators of growth. Therefore, the DNB according to the present invention can not only notify a patient of an abnormality at an early stage as a warning signal indicating a pre-disease state, but also can specifically identify a gene associated with the disease. It seems to be very useful for the treatment of complex diseases and pharmaceuticals.

前記実施の形態は、本発明の無数に存在する実施例の一部を開示したに過ぎず、疾病の種類、検出すべき目的等の様々な要因を加味して適宜設計変更することが可能である。特に、因子項目としては、生体に関する測定により得られた情報であれば、様々な測定データを用いることができる。例えば、前述の遺伝子、タンパク質、代謝物に関する測定データに限らず、CTスキャン等の測定装置にて出力される体内画像に基づいて、各部位の様々な状況を数値化することにより、測定データとして用いることが可能である。更には、画像以外にも、声又は体内から発せられる音を測定し、数値化した上で測定データとして用いることも可能である。   The above embodiment discloses only a part of the myriad examples of the present invention, and the design can be appropriately changed in consideration of various factors such as the type of disease and the purpose to be detected. is there. In particular, as the factor item, various measurement data can be used as long as it is information obtained by measurement related to a living body. For example, the measurement data is not limited to the measurement data related to the genes, proteins, and metabolites described above, but is converted into measurement data by quantifying various situations of each part based on in-vivo images output by a measurement device such as CT scan. It is possible to use. Furthermore, in addition to images, it is also possible to measure voices or sounds emitted from the body, digitize them, and use them as measurement data.

1 検出装置
10 制御部
11 記録部
12 記憶部
13 入力部
14 出力部
15 取得部
11a 検出プログラム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Detection apparatus 10 Control part 11 Recording part 12 Storage part 13 Input part 14 Output part 15 Acquisition part 11a Detection program

Claims (15)

生体に関する測定により得られた複数の因子項目の測定データに基づいて、測定対象である生体の症状の指標となるバイオマーカーの候補を検出する検出装置であって、
前記因子項目の測定データの時系列変化及び前記因子項目間の測定データの時系列変化の相関関係に基づいて、前記バイオマーカーの候補を検出する検出手段を備えることを特徴とする検出装置。
Based on measurement data of a plurality of factor items obtained by measurement related to a living body, a detection device that detects a candidate for a biomarker that is an index of a symptom of a living body that is a measurement target,
A detection apparatus comprising: a detection unit configured to detect a candidate for the biomarker based on a correlation between a time series change in measurement data of the factor item and a time series change in measurement data between the factor items.
前記因子項目の測定データが、有意性をもって経時的に変化しているか否かを検定する差次検定手段を更に備え、
前記検出手段における因子項目は、前記差次検定手段によって経時的変化に有意性があると検定された因子項目であることを特徴とする、
請求項1に記載の検出装置。
It further comprises a differential test means for testing whether the measurement data of the factor item changes with time.
The factor item in the detecting means is a factor item that has been tested to be significant in a change over time by the differential test means.
The detection device according to claim 1.
前記差次検定手段は、因子項目の測定データと予め設定されている参照データとの比較結果に基づいて、有意性の検定を行うことを特徴とする、
請求項2に記載の検出装置。
The differential test means performs a test of significance based on a comparison result between measurement data of factor items and preset reference data,
The detection device according to claim 2.
前記因子項目は、遺伝子に関する測定項目、タンパク質に関する測定項目、代謝物に関する測定項目、及び生体から得られる画像に関する測定項目のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の検出装置。
The factor item includes at least one of a measurement item relating to a gene, a measurement item relating to a protein, a measurement item relating to a metabolite, and a measurement item relating to an image obtained from a living body,
The detection device according to claim 1.
前記検出手段によって検出されたバイオマーカーの候補に基づいて、前記生体に関する異常の有無、前記生体についての正常状態から疾病状態へ遷移する前の疾病前状態の当否、及び前記生体が発症する可能性を有する疾病のうち少なくとも一つに関する判定を支援する情報を出力する手段を備えることを特徴とする、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の検出装置。
Based on the biomarker candidates detected by the detection means, the presence or absence of an abnormality relating to the living body, whether the living body is in a pre-disease state before transitioning from a normal state to a disease state, and the possibility that the living body will develop Characterized in that it comprises means for outputting information that assists in determining at least one of the diseases having
The detection apparatus of any one of Claims 1-4.
生体に関する測定により得られた複数の因子項目の測定データに基づいて、測定対象である生体の症状の指標となるバイオマーカーの候補を検出する検出装置を用いた検出方法であって、
前記因子項目の測定データの時系列変化及び前記因子項目間の測定データの時系列変化の相関関係に基づいて、前記バイオマーカーの候補を検出する検出ステップを実行することを特徴とする検出方法。
Based on measurement data of a plurality of factor items obtained by measurement related to a living body, a detection method using a detection device that detects a candidate for a biomarker that is an indicator of a symptom of a living body that is a measurement target,
A detection method, comprising: detecting a biomarker candidate based on a correlation between a time series change in measurement data of the factor item and a time series change in measurement data between the factor items.
前記因子項目の測定データが、有意性をもって経時的に変化しているか否かを検定する差次検定ステップを実行し、
前記検出ステップにおける因子項目は、前記差次検定ステップによって経時的変化に有意性があると検定された因子項目であることを特徴とする、
請求項6に記載の検出方法。
A differential test step is performed to test whether the measurement data of the factor item has changed with time with significance;
The factor item in the detection step is a factor item that has been tested to be significant in a temporal change by the differential test step.
The detection method according to claim 6.
前記差次検定ステップは、因子項目の測定データと予め設定されている参照データとの比較結果に基づいて、有意性の検定を実行することを特徴とする、
請求項7に記載の検出方法。
In the differential test step, a test of significance is performed based on a comparison result between the measurement data of the factor item and preset reference data.
The detection method according to claim 7.
前記因子項目は、遺伝子に関する測定項目、タンパク質に関する測定項目、代謝物に関する測定項目、及び生体から得られる画像に関する測定項目のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、
請求項6〜8のいずれか1項に記載の検出方法。
The factor item includes at least one of a measurement item relating to a gene, a measurement item relating to a protein, a measurement item relating to a metabolite, and a measurement item relating to an image obtained from a living body,
The detection method of any one of Claims 6-8.
前記検出ステップにて検出されたバイオマーカーの候補に基づいて、前記生体に関する異常の有無、前記生体についての正常状態から疾病状態へ遷移する前の疾病前状態の当否、及び前記生体が発症する可能性を有する疾病のうち少なくとも一つに関する判定を支援する情報を出力するステップを実行することを特徴とする、
請求項6〜9のいずれか1項に記載の検出方法。
Based on the biomarker candidates detected in the detection step, whether there is an abnormality related to the living body, whether the living body is in a pre-disease state before transitioning from a normal state to a disease state, and the living body may develop Performing a step of outputting information for assisting determination regarding at least one of the diseases having sex;
The detection method of any one of Claims 6-9.
コンピュータに、生体に関する測定により得られた複数の因子項目の測定データに基づいて、測定対象である生体の症状の指標となるバイオマーカーの候補を検出する処理を実行させる検出プログラムであって、
コンピュータに、
前記因子項目の測定データの時系列変化及び前記因子項目間の測定データの時系列変化の相関関係に基づいて、前記バイオマーカーの候補を検出する検出ステップを実行させることを特徴とする検出プログラム。
A detection program for causing a computer to execute a process for detecting a candidate for a biomarker that is an index of a symptom of a living body that is a measurement target, based on measurement data of a plurality of factor items obtained by measurement related to a living body,
On the computer,
A detection program for executing a detection step of detecting a candidate for the biomarker based on a correlation between a time series change in measurement data of the factor item and a time series change in measurement data between the factor items.
コンピュータに、
前記因子項目の測定データが、有意性をもって経時的に変化しているか否かを検定する差次検定ステップを実行させ、
前記検出ステップにおける因子項目は、前記差次検定ステップによって経時的変化に有意性があると検定された因子項目であることを特徴とする、
請求項11に記載の検出プログラム。
On the computer,
Performing a differential test step of testing whether the measurement data of the factor item has changed with time with significance,
The factor item in the detection step is a factor item that has been tested to be significant in a temporal change by the differential test step.
The detection program according to claim 11.
前記差次検定ステップとして、因子項目の測定データと予め設定されている参照データとの比較結果に基づいて、有意性の検定を実行させることを特徴とする、
請求項12に記載の検出プログラム。
The differential test step is characterized in that a test of significance is executed based on a comparison result between measurement data of factor items and preset reference data.
The detection program according to claim 12.
前記因子項目は、遺伝子に関する測定項目、タンパク質に関する測定項目、代謝物に関する測定項目、及び生体から得られる画像に関する測定項目のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする、
請求項11〜13のいずれか1項に記載の検出プログラム。
The factor item includes at least one of a measurement item relating to a gene, a measurement item relating to a protein, a measurement item relating to a metabolite, and a measurement item relating to an image obtained from a living body,
The detection program according to any one of claims 11 to 13.
前記検出ステップにて検出されたバイオマーカーの候補に基づいて、前記生体に関する異常の有無、前記生体についての正常状態から疾病状態へ遷移する前の疾病前状態の当否、及び前記生体が発症する可能性を有する疾病のうち少なくとも一つに関する判定を支援する情報を出力するステップを実行させることを特徴とする、
請求項11〜14のいずれか1項に記載の検出プログラム。
Based on the biomarker candidates detected in the detection step, whether there is an abnormality related to the living body, whether the living body is in a pre-disease state before transitioning from a normal state to a disease state, and the living body may develop A step of outputting information for assisting determination regarding at least one of the diseases having sex;
The detection program of any one of Claims 11-14.
JP2016134775A 2016-07-07 2016-07-07 Dynamic network biomarker detection apparatus, detection method, and detection program Active JP6198161B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016134775A JP6198161B2 (en) 2016-07-07 2016-07-07 Dynamic network biomarker detection apparatus, detection method, and detection program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016134775A JP6198161B2 (en) 2016-07-07 2016-07-07 Dynamic network biomarker detection apparatus, detection method, and detection program

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012211921A Division JP5963198B2 (en) 2012-09-26 2012-09-26 Dynamic network biomarker detection apparatus, detection method, and detection program

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017155803A Division JP2018005925A (en) 2017-08-10 2017-08-10 Candidate of biomarker and pharmaceutical for treatment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016201123A JP2016201123A (en) 2016-12-01
JP6198161B2 true JP6198161B2 (en) 2017-09-20

Family

ID=57424391

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016134775A Active JP6198161B2 (en) 2016-07-07 2016-07-07 Dynamic network biomarker detection apparatus, detection method, and detection program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6198161B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112861350B (en) * 2021-02-08 2023-03-07 华侨大学 Temperature overheating defect early warning method for stator winding of water-cooled steam turbine generator

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008102825A1 (en) * 2007-02-20 2008-08-28 Articell Systems Corporation Method of classifying genes based on gene expression pattern
JP2009057337A (en) * 2007-08-31 2009-03-19 Dainippon Sumitomo Pharma Co Ltd Metabolome data analysis method and metabolism-related marker
KR101806432B1 (en) * 2008-03-26 2017-12-07 테라노스, 인코포레이티드 Methods and systems for assessing clinical outcomes
EP2207119A1 (en) * 2009-01-06 2010-07-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Evolutionary clustering algorithm

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016201123A (en) 2016-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20150025808A1 (en) Methods and Systems for Processing Test Results Based on Patient-Specific Data and Reference Data
KR20090024686A (en) Methods and apparatus for identifying disease status using biomarkers
CN101478912A (en) Systems and methods for analyzing and assessing dementia and dementia -type disorders
RU2007124523A (en) METHODS, SYSTEMS AND COMPUTER SOFTWARE PRODUCTS FOR THE DEVELOPMENT AND USE OF FORECASTING MODELS FOR PREDICTING MOST MEDICAL CASES, EVALUATING THE INTERVENTION STRATEGIES AND FOR THE SHARPET OF SHARPOINT
JP5963198B2 (en) Dynamic network biomarker detection apparatus, detection method, and detection program
Aşuroğlu et al. A deep learning approach for sepsis monitoring via severity score estimation
JP6164678B2 (en) Detection apparatus, detection method, and detection program for supporting detection of signs of biological state transition based on network entropy
JP2015043782A (en) Gene and aging determination method
Lambert et al. Diagnostic accuracy of FEV1/forced vital capacity ratio z scores in asthmatic patients
Sotirakis et al. Identification of motor progression in Parkinson’s disease using wearable sensors and machine learning
JP6948722B2 (en) Detection device and detection program
JP5547639B2 (en) Estimating diagnostic markers
JP7124265B2 (en) Biomarker detection method, disease determination method, biomarker detection device, and biomarker detection program
JP6198161B2 (en) Dynamic network biomarker detection apparatus, detection method, and detection program
Shen et al. Cohort research in “Omics” and preventive medicine
JP2018005925A (en) Candidate of biomarker and pharmaceutical for treatment
JP2024501620A (en) Systems and methods for dynamic immunohistochemical profiling of biological disorders
CN110603592B (en) Biomarker detection method, disease judgment method, biomarker detection device, and biomarker detection program
Carvalho et al. The role of cross-sectional and cohort studies in oncology
La Grutta et al. Breathprinting in childhood asthma
JP2023545704A (en) Systems and methods for exposome clinical applications
JP2023172951A (en) Method and device for evaluating quality of pathological slide image
KR20230037339A (en) NGS -based data analysis method and system for predicting cancer recurrence and metastasis
WO2022167267A1 (en) Method and computing apparatus for healthcare quality assessment
JP2021128115A (en) Novel inspection development server and method for developing novel inspection

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170718

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170810

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6198161

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250