AUCとは?ROC曲線とは?感度(sensitivity)とは?特異度(specificity)とは?

AUCという言葉は医療系あるいは機械学習の世界では頻出で、何の説明もなくAUCはいくらいくらでしたといった使われ方をします。初めてこの世界に来た人にしてみれば、「?」です。AUCとは何かを調べるとROCが出てきて、それ何?と思って調べると、TPFやFPFが出てきて、最初から理解するしかありません。

AUC:ROC曲線のグラフの下の部分の面積(‘Area Under the Curve)の略語

ROC:ROC曲線とは、Receiver Operating Characteristic curveのこと。検査や診断において、陽性か陰性かを判別するカットオフ(選別点)を動かした場合の、偽陽性率(=FPF)を横軸に、真陽性率(=TPF)を縦軸にとって、線で結んだグラフ。

偽陽性率=1-特異度

陽性率=感度

特異度

まだ何のこっちゃ?ですが、ROCを理解するための重要の前提は、「検査や診断は白か黒かにハッキリ分けられることは普通はない」という事実です。つまりあるマーカーの値で病気か病気でないかを判断しましょうと言ったときに、「病気か病気でないかを判別するカットオフ値をどう設定するか」という恣意的な操作が入っているのです。とある「簡易うつ病診断テスト」で質問項目20個に答えてもらった場合に、各項目1点として、15点を超えた人をうつ病と判断するのか、12点を超えた場合にうつ病とみなすのか、というわけです。12点だった人の場合でも実はうつ病の人と、実はうつ病ではない人が混じっているわけです。この場合、うつ病かどうかの診断が別の方法で確定できるという前提で話しています。つまりもともとうつっぽい性格なんだけど全然うつ病ではない人がいたときに、その人は、「擬陽性」(うつでないのにうつと判断されてしまう)になるというわけです。

別の例で説明すると、がん患者の集団とがんでない人の集団があったとして、あるがんマーカーの値を調べたとします。仮にがんマーカーの値が0から100までの値をとれるとします。がん患者の集団はおおよそ80くらいの値に集中していて、がんではない人のマーカーの値は20くらいに集中していたとします。がんマーカーの値が50の場合に、がんの人もいればがんでない人もいて入り混じった状態です。このような状況だと、このがんマーカーでがんかどうかを判別することは、「ある程度」の正確さでしかできず、カットオフの値をどう設定するかで、がん(の疑い)かどうかの判断が変わってくるということになります。そこで、カットオフの値を動かしたときに、偽陽性率(=FPF)を横軸に、真陽性率(=TPF)(感度とも呼ばれる)を縦軸にとってグラフが書けるということになります。このグラフがROC曲線と呼ばれ、その下側の面積がAUCと呼ばれます。

pythonで試してみます。健常者4000人のがんマーカー値の平均が40、標準偏差12、また、がん患者1000人のがんマーカー値の平均値が70、標準偏差12だったとします(pythonで、そうなるように乱数を発生させた)。すると、マーカー値の分布をプロットして、ROC曲線を描いてみると、

となりました。AUCは96%みたいです。今度は試しに、健常者4000人のがんマーカー値の平均が45、標準偏差12、また、がん患者1000人のがんマーカー値の平均値が45、標準偏差12だったとします。すると、描画したら

となり、AUCは50%でした。これはつまり、このがんマーカーは健常者とがん患者とを全く区別できていないという、極端な条件です。

こんどは、健常者40人、がんマーカー値の平均値40、標準偏差20、がん患者の人数を5人、平均値を60、標準編偏差20としてみます。すると、

で、AUCを計算する70.5%になりました。

今度は、健常者400人、平均40、標準偏差20、がん患者50人、平均60、標準偏差10にしてみます。

これのAUDは80.7%。上のヒストグラムから明らかなように、今の場合がん患者の分布はほとんど健常者の分布の内部にあります。するとROC曲線をみてわかるように、偽陰性率を上げないと感度も上がらないわけですね。いいマーカーは直線関係よりもできるだけ上に膨らんで欲しいのですが、今の場合は直線的に上昇しているだけで、あまり良いマーカーでないことがわかります。

最後に、健常者45人、がんマーカー平均値40、標準偏差10、がん患者5人、がんマーカー平均値70、標準偏差10でランダムに分布を得ました。

今の場合、偶然ですが、健常者とがん患者の重なりはゼロです。すると偽陽性率0のカットオフがあるので、感度は100%になります。AUCは100%。例数が少ない場合に実験データからROC曲線やAUCを求めると、こういうことも起こるようです。

参考図書

  1. 森本 剛『医学論文のための 研究デザインと統計解析』(中山書店2017年)146ページ 診断特性 Topic マーカー研究と診断特性pp144-157 この本は臨床研究実践のための教科書としては最強の部類に入ります。

AUCとは

ROC曲線は、診断法がどれぐらい有用なのかを知るときに使われ、曲線下の面積(AUC)によって定量化されます。(医療統計コラム File 2. ROC曲線は、こんなふうに描かれます jmp

ROC曲線とは

  • 与えられた値から,真(TRUE)か偽(FALSE)かを判断したい
  • 与えられた値をどこで切っても,TとFは完全には分離できません
  • 区切る値(閾値,カットオフポイント)をいろいろ変えて,横軸にfalse positiveの割合,縦軸にtrue positiveの割合をとってプロットしたものが,ROC曲線
  • ROCはReceiver Operating Characteristicの略で,第2次大戦のときに米国のレーダーの研究から生まれた概念

ROC曲線 edu.mie-u.ac.jp

  1. ROC curve analysis  MedCalc

血中薬物濃度-時間曲線下面積(AUC)とは?

AUCは体循環血液中に入った薬物量比例します。(薬物血中濃度-時間曲線下面積(AUC) 治験ナビ)

Area Under the Curve One of the most important pharmacokinetic parameters is the area under the drug concentration versus time curve within the dosing interval (AUC) because AUC relates dose to exposure. Because the dosing interval is typically once daily or every 24 h on safety studies, the reported AUC is typically AUC0–24 h. AUC is the quantitative measure of the apparent amount of compound at the site from which samples were collected and concentrations measured, which in most cases is the systemic circulation. When sampling occurs from the systemic circulation, it is often an indication of systemic exposure. The simplest method for calculating AUC is the linear trapezoidal rule (Gibaldi and Perrier 1982). (sciencedirect.com)

参考ウェブサイト

  1. 機械学習の評価指標 – ROC曲線とAUC TECH BLOG by GMO

インクレチン(incretin)とは?GIPとGLP-1の2つのホルモンのこと

2019年度 第108回 看護師国家試験 午後問題77

臓器と産生されるホルモンの組合せで正しいのはどれか。

  1. 膵 臓 ― グルカゴン
  2. 副 腎 ― プロラクチン
  3. 腎 臓 ― アルドステロン
  4. 脳下垂体 ― インクレチン
  5. 視床下部 ― テストステロン

 

インクレチンとは何でしょうか?

インクレチン

2種のインクレチン(GIPおよびGLP-1)に作用するGIP/GLP-1受容体作動薬tirzepatideは新規糖尿病治療薬として開発が進められている週1回皮下注製剤である。(デュアル・インクレチンの作用を臨床で証明 横浜市立大学大学院分子内分泌・糖尿病内科学教授 寺内康夫 2021年07月06日 15:50 MedicalTribune

 

インクレチンとは? インクレチンの概念の定義

インクレチン(incretin)は、インスリン(insulin)の分泌(secretion)を促すホルモンのことです。個々の物質を指すというよりも、「膵臓のランゲルハンス島β細胞からのインスリン分泌を促す、消化菅から出るホルモン」という概念です。

  1. The Origin and Understanding of the Incretin Concept. Front Endocrinol (Lausanne). 2018; 9: 387. Published online 2018 Jul 16. doi: 10.3389/fendo.2018.00387 PMCID: PMC6054964 PMID: 30061863 In gastrointestinal endocrinology, the concept of incretin is today highly topical and generally applied to two distinct gut hormones with technical acronymous names: GIP (originally “gastric inhibitory polypeptide,” later renamed “glucose-dependent insulinotropic polypeptide”) and GLP-1 [“glucagon-like peptide 1,” now in its truncated (7–36) form].  ‥ it was the Belgian physiologist Jean La Barre who coined the word “incrétine” in 1932.
    1. La Barre J. Sur les possibilités d’un traitement du diabète par l’incrétine. Bull Acad Royal Med Belg. (1932) 12:620–34.

この概念に当てはまる物質として、GIPやGLP-1が同定されました。

The two main candidate molecules that fulfill criteria for an incretin are the intestinal peptides glucagon-like peptide-1 (GLP-1) and gastric inhibitory peptide (GIP, also known as: glucose-dependent insulinotropic polypeptide). (incretin Wikipedia)

インクレチン(incretin)は、「膵臓のランゲルハンス島β細胞を刺激して、血糖値依存的インスリン分泌を促進する消化管ホルモン」として定義され、具体的にはグルコース依存性インスリン分泌刺激ポリペプチドglucose-dependent insulinotropic polypeptide:GIP)とグルカゴン様ペプチド-1glucagon-like peptide-1:GLP-1)の2つを指す。GIP は上部消化管に存在する腸内分泌細胞 (enteroendocrine cells)の一種である K 細胞が含有し、GLP-1 は下部消化管の腸内分泌細胞である L 細胞が含有する。(用語集 腸内細菌学会

  1. GLP-1ダイエット、製薬4社が注意喚起 2023年06月02日 MedicalTribune 昨日(6月1日)、製薬会社4社がGLP-1受容体作動薬およびGIP/GLP-1受容体作動薬の適応外使用に対し警告する声明を合同で発表した。昨今、2型糖尿病に対してのみ製造販売が承認されているGLP-1受容体作動薬およびGIP/GLP-1受容体作動薬について、美容やダイエット目的での適応外使用を推奨するかのような広告が散見され、問題となっていた。
  2. Incretin Hormones and Type 2 Diabetes—Mechanistic Insights and Therapeutic Approaches Biology (Basel). 2020 Dec; 9(12): 473. Published online 2020 Dec 16. doi: 10.3390/biology9120473 PMCID: PMC7766765 PMID: 33339298

 

Glucagon like peptide-1 (GLP-1)とグルカゴンとの相同性

名前のとおり結構相同性が高いようです。

  • HAEGTFTSDVSSYLEGQAAKEFIAWLVKGR (GLP-1)
  • HSQGTFTSDYSKYLDSRRAQDFVQWLMNT (Glucagon)
  1. Amino acid sequence alignment of GLP-1 and its family peptides.  https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3500760/

上部消化管と下部消化管

消化菅(腸)といえば、小腸(十二指腸、空腸、回腸)と大腸(盲腸、虫垂、結腸、直腸)という分け方が自分は馴染みですが、上部消化菅(食道、胃、十二指腸)と下部消化菅(空腸、回腸、大腸)という分け方もあるようです。

  1. <連載> 腸のことを理解しよう 大腸と小腸の働きは違う?腸のメカニズムを知ろう 腸のことを理解しよう(2)Reライフ.net 朝日新聞
  2. 健康用語の基礎知識 ヤクルト中央研究所 上部消化管とは、口から肛門まで一本につながっている消化管の中で、口から十二指腸までの部分を指します。

 

消化器の解剖学用語(英語)

上部消化管  upper gastrointestinal tract
食道 esophagus
胃 stomach
十二指腸 duodenum

下部消化管 lower gastrointestinal tract
回腸 ileum
空腸 jejunum
大腸 large intestine

盲腸 cecum
結腸 colon
直腸 rectum

肛門管 anal canal

小腸small intestine

  1. 消化器系の解剖学的MeSH用語
  2. 消化器病学用語集 下部消化管 > 治療

 

Incretin-Related Therapies: Glycemic Control and Beyond 2013/10/23 ClevelandClinicCME

系統樹の作成方法 ベイズ推定を用いたクラスタリング など

http://www2.tba.t-com.ne.jp/nakada/takashi/bayes/idea.html#mrbayes
https://www.jstage.jst.go.jp/article/kagakutoseibutsu1962/44/3/44_3_185/_pdf/-char/ja
https://www.jst.go.jp/nbdc/bird/jinzai/literacy/streaming/h21_4_3b.pdf
https://www.researchgate.net/publication/319965471_A_biologist’s_guide_to_Bayesian_phylogenetic_analysis 

【ベイズ推定】GMR(Gaussian Mixture Regression)入門 -GMMによるクラスタリングから回帰分析まで-


https://www.sciencemag.org/site/feature/data/1050262.pdf
https://www.pnas.org/content/116/11/5027 
http://cse.naro.affrc.go.jp/minaka/cladist/tamagawa2011-3.pdf 
ttps://www.unisys.co.jp/tec_info/tr115/11503.pdf
https://learning-with-machine.hatenablog.com/entry/2020/03/09/083000 
https://qiita.com/isuya/items/59ab13854326e2451492

https://docs.microsoft.com/ja-jp/archive/msdn-magazine/2013/march/data-clustering-data-clustering-using-naive-bayes-inference
http://www.jfssa.jp/taikai/2013/table/pdf_01/251-300/10277.pdf 
https://ultrabem-branch3.com/informatics/bioinformatics/tree_basic 
https://togotv.dbcls.jp/20191207.html 
https://www.youtube.com/watch?v=thy1fdwQCNQ 

人を対象とする生命科学・医学系研究に関する倫理指針が2021年6月30日から施行 医学系指針とゲノム指針を統合

臨床研究が関係する倫理指針としては、「人を対象とする医学系研究に関する倫理指針」(平成二十六年告示)(医学系指針)が長らく存在していましたが、ゲノム指針と統廃合されて、新たに「人を対象とする生命科学・医学系研究に関する倫理指針」として生まれ変わりました。

人を対象とする生命科学・医学系研究に関する倫理指針を次のように定める。なお、ヒトゲノム・遺伝子解析研究に関する倫理指針及び人を対象とする医学系研究に関する倫理指針令和三年六月三十日限り廃止する。

https://www.lifescience.mext.go.jp/files/pdf/n2262_01.pdf

科研費申請書には「人権の保護及び法令等の遵守への対応」を書く欄がありますが、遵守すべき倫理指針を書くときにはその名称を正しく書く必要があります。

参考

  1. 人を対象とする生命科学・医学系研究に関する倫理指針 ガイダンス 令和3年4月 16 日
  2. 人を対象とする生命科学・医学系研究に関する倫理指針(PDF)
  3. 「人を対象とする生命科学・医学系研究に関する倫理指針」の制定について 令和3年3月23日 文部科学省 医学系指針及びゲノム指針と比較した主な変更点
  4. 人を対象とする生命科学・医学系研究 文部科学省 ライフサイエンスの広場

抗菌薬関連下痢症とは

抗菌薬関連下痢症とは

  • 抗菌薬投与に伴う下痢症の多くは腸管内常在細菌叢の急激な減少に伴う下痢(浸透圧性,水分吸収障害)と考えられており、これらは抗菌薬の中止によって速やかに改善するので問題となりません
  • 発熱を伴う腸炎へと進展し特別な治療を必要とする例があります。特に、C.difficile(以下ディフィシル菌)が関与している症例では重篤化し易い

I.C.T.Monthly)

 

抗菌薬関連下痢症を発症させやすい抗菌薬

抗菌薬関連下痢症はセファロスポリン系(特に第,世代), クリンダマイシン, 広域ペニシリン系, テトラサイクリン系などの抗菌薬投与によって菌交代症として発症します。 その代表的な起炎菌にはClostridium difficile (C. difficile), MRSA, Klebsiella oxytocaなどが挙げられます。(鹿児島市医報 第51巻第2号 (通巻600号)2012(平成24年))

  1. 薬剤別にみた抗菌薬関連下痢症の発症リスク 環境感染誌Vol.23no.3,2008 ペニシリン系 ampicillin(ABPC), ampicillin/cloxacillin(ABPC/MCIPC), piperacillin(PIPC), ampicillin/sulbactam(ABPC/SBT),セフェム系第1世代 cefazolin(CEZ),セフェム系第2世代 cefmetazole(CMZ), cefotiam(CTM), flomoxef(FMOX),セフェム系第3世代 cefo-perazone/sulbactam(CPZ/SBT), ceftazidime(CAZ), ceftriaxone(CTRX),セフェム系第4世代 cefozopran(CZOP), cefpirome(CPR),モノバクタム系 aztreonam(AZT),アミノグリコシド系 streptomycin(SM), gen-tamicin(GM), amikacin(AMK), isepamicin(ISP), dibekacin(DKB),カルバペネム系 panipenem/beta-mipron(PAPM/BP), meropenem(MEPM),ホスホマイシン系 fosfomycin(FOM),テトラサイクリン系 minocycline(MINO),リンコマイシン系 clindamycin(CLDM),マクロライド系 erythromycin(EM),ニューキノロン系 ciprofloxacin(CPFX), pazufloxacin(PZFX),抗MRSA薬arbekacin(ABK), vancomycin(VCM)

クロストリジウム・ディフィシル( Clostridium difficile )腸炎

多くの抗菌薬は腸内に存在する細菌の種類と量のバランスを変化させます。こうして、クロストリジウム・ディフィシル Clostridium difficileなどの病気を引き起こす特定の細菌が異常に増殖し、普段から腸内に生息している無害な細菌を閉め出してしまいます。クロストリジウム・ディフィシル Clostridium difficileは、抗菌薬の使用後に発生する腸炎の最も一般的な原因です。(クロストリジウム・ディフィシル( CLOSTRIDIUM DIFFICILE )腸炎 MSDマニュアル家庭版)

発熱や感染症で抗菌薬を処方される事がありますが、長期にわたり飲み続けると消化管に住んでいる「賢い菌」の住む環境が悪くなり、代わりに毒素を出す「悪い菌」(クロストリジウムディフィシレ)が増え、腸炎や下痢を起こし、その下痢便から排出された病原菌が病院などで拡がる事が問題になっております。(注目の抗菌薬関連下痢症(クロストリジウムディフィシル)について Infection control nurseの部屋)

 

Clostridioides(Clostridium)difficile感染症の診療

  1. 非重症の抗菌薬関連下痢症にはメトロニダゾール 2018/11/29 日経メディカル 2018年10月、日本で初めてとなる『Clostridioides(Clostridium)difficile感染症診療ガイドライン』が発行された。
  2. Clostridium difficile((クロストリジウム・ディフィシルクロストリジウム・ディフィシル))関連下痢症関連下痢症・腸炎・腸炎の概要と治療 スライド

新型コロナウイルスの検出方法 抗原検査、PCR、等温核酸増幅法

DNA 等温増幅 (Isothermal Amplification)

  1. 代表的な DNA 等温増幅法 NEB
  2. 遺伝子検査(核酸増幅法)のなかま

NEAR法

  1. ID NOW™ 新型コロナウイルス2019テストでは、13分以内に結果が得られ、初診時にすぐに診断をすることが容易になります。 簡便に使用できるID NOW™ システムは、様々な医療現場において、患者に近い場所での検査(ポイントオブケアテスト)として使用できるように設計されています。Abbot
  2. 等温核酸増幅法(NEAR法)による検査について 阿部内科医院 アボット社のID NOW™️を導入しました。 等温核酸増幅法(NEAR法)による検査で、陽性の場合最短5分、陰性の場合でも13分で結果が分かるようになります。
  3. 新型コロナウイルス検査が13分ほどでできるようになりました。 東戸塚メディカルクリニック 厚生労働省保健局の審査で令和2年10月20日から保険適用の承認が得られており、保険診療での利用が可能です。
  4. 新型コロナウイルス感染症診断薬の承認について(アボット ダイアグノスティクス メディカル株式会社申請品目)令和2年10 月 20 日医薬・生活衛生局医療機器審査管理課 【申 請 日】:令和2年9月10 日(製造販売承認申請)【承 認 日】:令和2年10 月 20 日  本品は、等温核酸増幅検査法を測定原理とし、生体試料中の SARS-CoV-2 RNAを検出するキットである。対応する検査装置「ID NOWインスツルメント」を用いて検査を行う。 ‥ 本品の分析性能に関して、SARS-CoV-2について、臨床検体を使用した検討はきわめて限定的である。 ‥ 現時点で本邦においてSARS-CoV-2に対する体外診断用医薬品は限られており、医療機関等での検査能力の迅速な拡充が求められていることを踏まえると、製造販売後に実臨床での臨床性能の検証を求める承認条件を付すこと等を前提に承認は可能と判断した。

SmartAmp法

  1. 新型コロナウイルスの迅速核酸検出法の開発 2020年2月27日 神奈川県衛生研究所 理化学研究所 理化学研究所はSmartAmp法、Eprimer法を用いたウイルス検出のためのプロトコルを作成しました。

新規等温核酸増幅法TRIAmp

  1. 新規等温核酸増幅法TRIAmp Tandem Repeat mediated Isothermal Amplification

Verigene Multiplex PCRシステム

Verigene Multiplex PCR

The VERIGENE® System

  1. Luminex The VERIGENE® System

The VERIGENE® Systemの論文

  1. Multiplex PCR for Detection and Identification of Microbial Pathogens Mark A. PoritzEmail authorBeth Lingenfelter 1. 2. Chapter First Online: 10 November 2018 Advanced Techniques in Diagnostic Microbiology pp 475-493|
  2. Multicenter evaluation of Verigene Enteric Pathogens Nucleic Acid Test for detection of gastrointestinal pathogens. 04 February 2021
  3. Impact of Verigene Multiplex PCR for Positive Blood Cultures and Gram-negative Bacteremia. Open Forum Infect Dis. 2017 Fall; 4(Suppl 1): S625. Published online 2017 Oct 4. doi: 10.1093/ofid/ofx163.1654 PMCID: PMC5630765
  4. Impact of VerigeneMultiplex PCR for Positive Blood Cultures and Gram Negative Bacteremia
  5. Development of Nanosphere’s Verigene EP FlexTest (IUO) for Rapid Detection of a Broad Range of Gastrointestinal Parasites Directly from Cary-Blair and Non-Formalin Based Fixatives.

BioFire社のFilmArrayとは 新型コロナウイルスSARS-Cov-2検出でも活躍

BioFire社のFilmArrayは、感染症の病原体を迅速に同定するための装置です。その特徴は、数十種類ものウイルスパネルが用意されていて、多数の病原体を調べることが可能で、なおかつ「迅速」であること。操作に必要な時間は数分。あとは装置任せで1時間後には結果が出るそうです。

今の時代は昔のように病原体を培養して数日かかって検出するわけではないようです。マルチプレックスPCRの原理に基づく装置、その他、非常に進展が早い分野です。

微生物検査方法の変遷

一般細菌であれば概ね1日程度で培地上に発育し,発育してきた菌株を純培養するのに1日同定検査・薬剤感受性検査に1日かかるため,結果を得るためには最短でも3日程度の時間が必要となる(Fig. 2)。培養検査は細菌が生物であることをうまく利用した検査であるが,増殖を待たなくてはならず,急性期の治療方針が経過を左右する感染症診療では,より早期の情報入手が常に求められる。(遺伝子検査の導入による新しい感染症診療 理日:2018年6月11日 日本化学療法学会雑誌 Vol. 66 No.6

  1. 感染症診療における検査法 日内会誌 107:2230~2239,2018 従来から行われている分離培養法及び生化学的同定法と比較し,より早く微生物を検出し,有用な情報を提供することができる.代表的なものとして,質量分析装置(matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry:MALDI-TOF MS)と全自動且つ迅速な遺伝子検査(機器)が挙げられる
  2. 臨床応用される注目の検査法 2)フィルムアレイ(1995)Vol.33,No.10,2017 3.感染症の診断において従来から行われている塗抹・培養同定検査は重要な検査法である。しかし,これらの検査法では検出できない原因微生物も多く,迅速性に欠けるため,臨床症状や患者背景等を考慮して治療方針を決定している。その結果,不必要な抗菌薬の投与が行われ,薬剤耐性菌の出現にもつながっている。近年,感染症診断技術において迅速性に優れたさまざまな方法が開発され,臨床応用されている。その中でも質量分析遺伝子検査の発展は目覚ましい
  3. 感染症検査の最前線-迅速な薬剤感受性検査の最新動向を含めて- 東京医科大学 微生物学分野 教授 大楠 清文 2015年12月
  4. 技術革新がもたらす今後の微生物検査の展開と課題 ダンメディア 61巻12号2015[座談会]話題になっているはマルチプレックスのPCRです。 同時に多項目を検出する検査法で、アメリカではFDAの承認も取得しています。 特に話題になっているのはバイオファイアというビオメリュー社が買収した会社の検査法です。
  5. 遺伝子解析技術の新たな潮流と感染制御への適応 日本化学療法学会雑誌SEPT. 2011

BioFire社のFilmArrayおよび他社製品の比較など

Commercially available FDA-cleared multiplex nucleic acid-based tests for infectious agents include systems from Luminex, GenMark, and BioFire (now a subsidiary of bioMérieux) (Table 1). At present, all such systems combine the sequential steps of:

  1. Nucleic acid purification from the appropriate human sample matrix (e.g., nasal swab, blood or blood culture, stool)
  2. cDNA synthesis (reverse transcription) to convert viral RNA to DNA, if necessary
  3. Multiplex PCR to amplify molecules of the pathogen nucleic acid
  4. Specific detection of the expected amplicons to confirm that the correct target nucleic acids have been identified

(Multiplex PCR for Detection and Identification of Microbial Pathogens 10 November 2018 Advanced Techniques in Diagnostic Microbiology pp 475-493)

  1. Multiplex PCR system for the rapid diagnosis of respiratory virus infection: systematic review and meta-analysis. Clinical Microbiology and Infection Volume 24, Issue 10, October 2018, Pages 1055-1063 diagnostic accuracies of three multiplex PCR systems (mPCRs)—BioFire FilmArray RP (FilmArray), Nanosphere Verigene RV+ test (Verigene RV+) and Hologic Gen-Probe Prodesse assays—on the detection of viral respiratory infections.
  2. Multiplex PCR for Detection and Identification of Microbial Pathogens 10 November 2018 Advanced Techniques in Diagnostic Microbiology pp 475-493
  3. 感染症検査の最前線-迅速な薬剤感受性検査の最新動向を含めて- 東京医科大学 微生物学分野 教授 大楠 清文 迅速な薬剤感受性検査の新たな知見を含めて、全自動遺伝子検査による臨床検体から直接の病原体検出、遺伝子解析技術や質量分析法による菌株同定、シークエンス解析による分子疫学的なタイピングに関する最新の動向を概説 FilmArray®システム(米国Bio Fire社) フィルム製のパウチに凍結乾燥した試薬が装填されており、検体の破砕、核酸の精製、multiplex PCRによるDNAの増幅、そして各病原体のDNAがアレイ上で自動的に検出される(図1-C)。欧米では呼吸器病原体パネル(20項目)や血液培養陽性用パネル(24病原体の同定と薬剤耐性遺伝子検出;mecA, vanA/B, KPC)などの網羅的検出試薬2)が既に販売されている。検体と試薬溶解用のシリンジを挿入するだけのわずか1、2分の操作(hands-on time)のみで、かつ1時間で測定が完了することから、point-of-care testing (POCT)として外来診療やベッドサイドでの実施が期待される。なお、現在(2015年12月)、わが国でのFilmArray®システムの販売は未定である。

BioFire社のFilmArrayとは

FilmArray® システム、FilmArray® Torch システム

マルチプレックスPCR法を採用し、専用の試薬を用いてグラム陽性菌、グラム陰性菌、酵母様真菌、ウイルスや薬剤耐性遺伝子などの核酸同定を同時に行い、結果報告を行う検査システムです。(biomerieux-jp.net)

The FILMARRAY is an FDA-cleared multiplex PCR system that integrates sample preparation, amplification, detection and analysis. It requires just a few minutes of hands-on-time and its turnaround time is just about an hour, giving you faster results which may lead to better patient care. (biomerieux-usa.com)

BioFire社のFilmArrayの評判

下の動画は、医師がFilmArrayを絶賛する声をまとめたもの。何しろ1時間で病原菌やウイルスが特定できるわけですから、診断におけるこの製品の有用性は、ゲームチェンジャーだ、パラダイムシフトだといった声があります。

The Clinical Impact of the BioFire® FilmArray® System 2020/01/17 BioFire Diagnostics

Stop waiting. Start living. The BioFire® FilmArray® System. 2013/10/30 BioFire Diagnostics

BioFire® FilmArray® System Demo 2013/04/06 BioFire Diagnostics

診療科に合わせて検出したい病原体のパネルが用意されているようです。

バイオファイアのフィルムアレイ特許

SALT LAKE CITY, Utah,(March13, 2013) –BioFire Diagnostics,Inc.,today announced that the United States Patent and Trademark Office has issued U.S.Patent No. 8,394,608 covering the company’s FilmArray system. FilmArray’s proprietary technology represents a significant advancement in user-friendliness and multiplex infectious disease testing capability for hospital clinical labs. This is the first U.S. patent issued to cover the FilmArray system, and BioFire has exclusive rights to the patented technology. Specifically, the patent covers methods for sample preparation and two-step multiplex polymerase chain reaction (PCR) in a sealed container. (BioFire Diagnostics)

 

COVID-19とFilmArray 呼吸器パネル2.1

  1. FilmArray製品概要 -呼吸器パネル2.1 ターゲット遺伝子:S gene & M gene

中医協総会(会長:小塩隆士・一橋大学経済研究所教授)は7月22日、新たにマイクロアレイ法を用いる新型コロナウイルス(SARS-CoV-2)の臨床検査試薬を承認した。8月から保険適用される予定。… 「FilmArray呼吸器パネル2.1」の、SARS-CoV-2陽性の鼻咽頭検体との陽性一致率は98%、同陰性検体との陰性一致率は100%(各50検体での比較)。(新型コロナ・インフル、同時検査が可能に レポート 2020年7月22日 (水) 小川洋輔(m3.com編集部))

FilmArray呼吸器パネル2.1 承認取得のご案内 このたび、全自動遺伝子解析装置FilmArray® シリーズの専用試薬として、FilmArray® 呼吸器パネル2.1を発売する運びとなりましたので、ご案内申し上げます。 FilmArray® 呼吸器パネル2.1は、鑑別の難しい呼吸器感染症の18 種のウイルス(SARS-CoV-2 を含む)3種の細菌を同時測定する遺伝子検査です。これら計21種の呼吸器病原体の核酸を同時に45 分 で検出することが可能で、迅速な治療方針の決定などに貢献します。 1. 承認取得日: 2020年 6 月 2 日( 火 ) 2. 製品情報 販売名 : FilmArray呼吸器パネル2.1 製造販売承認番号 : 30200EZX00032000 検体種 : 鼻咽頭ぬぐい液 (biomerieux.co.jp

BIOFIRE® COVID-19試薬は、鼻腔咽頭拭い液中のSARS-CoV-2 (新型コロナウイルス)を検出する試薬として開発され、FilmArray®2.0システム※1およびFilmArray®TORCHシステム※2を使用し、約45分で結果が得られます。本試薬は、米国国防総省からの支援を受けて開発されました。 また並行して、ビオメリュー社ではFilmArray ®呼吸器パネル※3を改良した新しいパネルを鋭意開発中で、新項目としてSARS-CoV-2が加えられる予定です。(BIOFIRE® COVID-19 試薬に対するアメリカ食品医薬品局(FDA) 緊急使用許可について 01 April, 2020 bioMérieux ビオメリュー社

 

テレビで紹介

  1. FilmArray 呼吸器パネル2.1 情報ライブ ミヤネ屋 2020年7月27日(月)日本テレビ 価格.com

 

FilmArray Blood Culture Identification (BCID) panel

The FilmArray Blood Culture Identification (BCID) panel, which is able to identify 24 different microorganisms and the resistance genes Klebsiella pneumoniae carbapenemase (KPC), mecA and vanA/B, has the potential to facilitate point-of-care testing and provides results in 1 hour. (Application of BioFire FilmArray Blood Culture Identification panel for rapid identification of the causative agents of ventilator-associated pneumonia. Clinical Microbiology and Infection Volume 24, Issue 11, November 2018, Pages 1213.e1-1213.e4)

 

BioFire FilmArray Meningitis/Encephalitis panel

The BioFire FA ME addresses such diagnostic underutilization by providing a comprehensive panel testing for 15 CNS pathogens simultaneously using a minimal amount of CSF with rapid turn-around time (1 h). Shown to be an effective alternative for other infections such as gastroenteritis [3], and bacteremia [5–8] BioFire’s FA ME was approved by the Federal Drug Administration on October 8, 2015 with promising results both in the US [9] and internationally [10, 11]. (Enhancing pathogen identification in patients with meningitis and a negative Gram stain using the BioFire FilmArray® Meningitis/Encephalitis panel. Annals of Clinical Microbiology and Antimicrobials volume 15, Article number: 26 (2016))

BioFire FilmArray Pneumonia Panel

The BioFire FilmArray pneumonia panel (BFPP) was recently FDA cleared (November 2018) for detection and identification of multiple respiratory viral and bacterial pathogens in addition to selected antimicrobial resistance genes from sputum or bronchial alveolar lavage (BAL)-like specimens from individuals with suspected lower respiratory tract (LRT) infections. This assay includes targets for 18 bacteria and 8 viruses that commonly cause pneumonia as well as 7 antibiotic resistance genes. (Evaluation of the BioFire FilmArray Pneumonia Panel for Detection of Viral and Bacterial Pathogens in Lower Respiratory Tract Specimens in the Setting of a Tertiary Care Academic Medical Center. Journal of Clinical Microbiology)

The BioFire FilmArray Pneumonia Panel (FA-Pneumo; BioFire Diagnostics, Salt Lake City, UT, USA) was recently cleared by the US Food and Drug Administration (US FDA, Washington, DC, USA). FA-Pneumo is a fully automated multiplex PCR assay for identifying a number of typical and atypical bacterial pathogens, respiratory viruses, and several classes of antimicrobial susceptibility-associated genes directly from sputum, endotracheal aspirate (ETA), and bronchoalveolar lavage-like specimens in approximately 1 h (Table 1). The assay provides semi-quantitative results for 15 typical respiratory bacterial pathogens.

Table 1. FilmArray Pneumonia Panel plus targets.

Typical bacteria

  1. Acinetobacter calcoaceticus–baumannii complex
  2. Enterobacter cloacae complex
  3. Escherichia coli
  4. Haemophilus influenzae
  5. Klebsiella aerogenes
  6. Klebsiella oxytoca
  7. Klebsiella pneumoniae group
  8. Moraxella catarrhalis
  9. Proteus spp
  10. Pseudomonas aeruginosa
  11. Serratia marcescens
  12. Staphylococcus aureus
  13. Streptococcus agalactiae
  14. Streptococcus pneumoniae
  15. Streptococcus pyogenes

Atypical bacteria

  1. Chlamydia pneumoniae
  2. Legionella pneumophila
  3. Mycoplasma pneumoniae

Viruses

  1. Adenovirus
  2. Human metapneumovirus
  3. Human rhinovirus/enterovirus
  4. Influenza A
  5. Influenza B
  6. Parainfluenza virus
  7. Respiratory syncytial virus

Antimicrobial resistance genes

  1. Methicillin resistance
  2. mecA/C and MREJ
  3. Extended-spectrum β-lactamase
  4. CTX-M
  5. Carbapenemases
  6. NDM, IMP, OXA-48-like, KPC, and VIM

(Evaluation of the BioFire FilmArray Pneumonia Panel for rapid detection of respiratory bacterial pathogens and antibiotic resistance genes in sputum and endotracheal aspirate specimens. International Journal of Infectious Diseases Volume 95, June 2020, Pages 326-331)

 

BioFire FilmArray Gastrointestinal (GI) Panel 消化管パネル

  1. PMDA 承認・認証年月等 令和3年3月
  2. The BioFire® FilmArray® Gastrointestinal (GI) Panel The FDA-cleared BioFire GI Panel tests for 22 of the most common pathogens associated with gastroenteritis—all from one patient sample and one easy to use reagent, with results available in about one hour.
  3. The BioFire® FilmArray® Gastrointestinal (GI) Panel (PDF)

BioFire FilmArray Gastrointestinal (GI) Panelの有用性を検証した論文

  1. Impact of the BioFire FilmArray gastrointestinal panel on patient care and infection control. February 6, 2020 PLOS ONE Routine PCR detected one or more pathogens in 52 (28.6%) patients compared to 72 (39.6%) using the FilmArray. Turnaround time (including transport) decreased from median 53 hours for the routine PCR to 16 hours for the FilmArray.
  2. Evaluation of the BioFire FilmArray Gastrointestinal Panel and Real-Time Polymerase Chain Reaction Assays for the Detection of Major Diarrheagenic Pathogens by a Multicenter Diarrheal Disease Surveillance Program in China Foodborne Pathogens and Disease Vol. 16, No. 11
  3. Contribution of the FilmArray® Gastrointestinal Panel in the laboratory diagnosis of gastroenteritis in a cohort of children: a two-year prospective study International Journal of Medical Microbiology Volume 308, Issue 5, July 2018, Pages 514-521
  4. FilmArray™ GI panel performance for the diagnosis of acute gastroenteritis or hemorragic diarrhea 12 May 2017 BMC Microbiology volume 17, Article number: 111 (2017)
  5. Multicenter Evaluation of the BioFire FilmArray Gastrointestinal Panel for Etiologic Diagnosis of Infectious Gastroenteritis. 19 February 2015 Journal of Clinical Microbiology Vol. 53, No. 3

バイオファイア社フィルムアレイシステム

VERIGENE®とは

VERIGENEの使用例

感染症の患者さんを呼吸器科で診療する際に、起因菌を同定するための検査装置としてVERIGENEというものがあるそうです。

Flex Testing with the VERIGENE® System: Respiratory Pathogens and Beyond (Webinar) 2018/01/08 Luminex Corporation

科研費申請書作成の疑問:「着想に至った経緯」や「国内外の研究動向と本研究の位置づけ」は、「本研究の学術的背景」とどう書き分ければよいのか?

科研費の申請書を書いている研究者の方々の多くが悩んでいることの一つが、「着想に至った経緯」や「国内外の研究動向と本研究の位置づけ」は、「本研究の学術的背景」とどう書き分ければよいのか?という点です。背景も経緯も似たようなものですし、背景と動向も似たようなものです。内容がそもそも被っているからといって同じことを繰り返し書いてもいいのでしょうか。全く同じことを書くのは、芸が無さすぎです。審査委員だって、同じような記述が2回も3回も繰り返されていたら、面白くないでしょう。

さて、経緯や動向と背景とをどう書き分ければいいのかという疑問を抱くのは当然のことです。というのもこの悩みは2018年度科研費の様式の変更に伴って必然的に発生したものだからです。変更前の2017年度の科研費の申請書を見てみると、セクションの割り振りが今とは大きく違っていて、最初の2ページは「研究目的」を書くページです。指示としては3つのことを書くようになっていて、①研究の学術的背景(本研究に関連する国内・国外の研究動向及び位置づけ、応募者のこれまでの研究成果を踏まえ着想に至った経緯、これまでの研究を発展させる場合にはその内容等) と明確な指示がありました。つまり、様式を作った側も、動向や位置づけ、着想を学術的な背景の中身として考えていたのです。もともと同じ場所に書く内容だったのですから、同じに感じるのは当たり前。

このような科研費申請書の様式の変遷を考えれば、多少の内容のオーバーラップは当然だと思います。しかし、同じことを3回繰り返し記述するのはばかげていますので、やはり書き分けたいところです。書き分けるヒントですが、同じことでも違う角度で見れば、違うものように見えます。同じこと内容を書くにしても、書く目的が異なればおのずと力点を置く場所が変わってきます。

書き分けるべきは、「内容」ではないのです。内容は同じでいい、いやむしろ同じでないとおかしいのです。変えるべきは、何をそこでアピールしたいのかということです。

「背景」でアピールしたいことは、自分が立てた「学術的問い」の妥当性です。

「動向」でアピールしたいことは、自分がその問い答えるべきベストの人間だということです。

「着想」は動向・位置づけの中に混ぜ込んで書いてもいいし、分けて書いてもいいと思います。ただし、着想というくらいですので主観的な書き方が許されますし、主観的に書かれていることゆえ客観的な評価の対象とはなりにくいのではないかと思います。なんでこんな面白いこと考え着いたんだろう?という読み手の疑問に答えてあげる程度でいいんじゃないでしょうか。