(57)【要約】本発明は、バイオマーカー、およびがんなどの様々な状態を診断するための新規な生物学的マーカーに関する。特に、本発明は、膵臓がんおよび／または大腸がんなどのがんを検出するためのアッセイにおける診断マーカーおよび予後マーカーとしてのこれらの化合物の使用、ならびに対応する検出方法に関する。本発明はまた、これらの疾患を治療剤で治療する効力を決定する方法、ならびにこのアッセイおよび方法を実施するための装置に関する。アッセイは定性的および／または定量的であり、大規模スクリーニングおよび臨床試験に適応可能である。【選択図】図１
2020533602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膵臓がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するための方法であって、前記方法は、被験者由来の身体サンプルにおける特徴的な化合物の濃度を分析することと、この濃度を膵臓がんに罹患していない個体における特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することと、を含み、ここで、参照と比較して、（ｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大、または（ｉｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少は、被験者が膵臓がんに罹患しているか、または膵臓がんに対する素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供していることを示唆する。
【請求項２】
膵臓がんに罹患している被験者を治療薬または特殊食で治療する効力を決定するための方法であって、前記方法は、被験者由来の身体サンプルにおける特徴的な化合物の濃度を分析することと、この濃度を膵臓がんに罹患していない個体における特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することと、を含み、ここで、（ｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、または（ｉｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大は、前記治療薬または特殊食による治療計画が有効であることを示唆し、または、ここで、（ｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加、または（ｉｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少は、前記治療薬または特殊食による治療計画が無効であることを示唆する。
【請求項３】
前記特徴的な化合物がＣ１−Ｃ３アルデヒドである場合、前記化合物はＣ１アルデヒドである、請求項２または３に記載の方法。
【請求項４】
前記特徴的な化合物がＣ１−Ｃ３アルコールである場合、前記化合物はＣ１アルコールまたはＣ３アルコールである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記特徴的な化合物が第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ２−Ｃ１０アルカンである場合、前記＝Ｏ基で置換された炭素原子は末端炭素原子ではない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記特徴的な化合物が第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ２−Ｃ１０アルカンである場合、前記化合物は、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ３−Ｃ６アルカンまたはＣ４アルカンである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記特徴的な化合物がＣ１−Ｃ２０アルカンである場合、前記化合物はＣ３−Ｃ１５アルカンまたはＣ５−Ｃ１４アルコールである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記特徴的な化合物がＣ１−Ｃ２０アルカンである場合、前記化合物はＣ５アルコール、Ｃ６アルコールまたはＣ１４アルコールである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記特徴的な化合物がＣ４−Ｃ１０アルコールである場合、前記化合物はＣ４−Ｃ７アルコールまたはＣ１４アルコールである、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記特徴的な化合物がＣ１−Ｃ６カルボン酸である場合、前記化合物はＣ２−Ｃ４カルボン酸またはＣ３カルボン酸である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記特徴的な化合物がＣ４−Ｃ２０アルデヒドである場合、前記化合物はＣ５−Ｃ１５アルデヒドまたはＣ７−Ｃ１３アルデヒドである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記特徴的な化合物がＣ４−Ｃ２０アルデヒドであるとき、前記化合物はＣ８アルデヒド、Ｃ９アルデヒド、Ｃ１０アルデヒド、またはＣ１１アルデヒドである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
膵臓がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するための装置であって、前記装置は、
（ｉ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定するための手段と、
（ｉｉ）膵臓がんに罹患していない個体由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度の参照と、を含み、前記装置は、参照と比較して、（ｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大、または（ｉｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、を同定するために使用され、これにより、被験者が膵臓がんに罹患しているか、またはその素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供することを示唆する。
【請求項１４】
治療薬または特殊食を用いて膵臓がんに罹患している被験者を治療する効力を決定するための装置であって、前記装置は、
（ａ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定するための手段と、
（ｂ）膵臓がんに罹患していない個体由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度のための参照と、
を含み、
ここで、前記装置は、以下を同定するために使用される：
（ｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、または参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大、を同定し、これにより、治療薬または特殊食による治療計画が有効であることを示唆すること、または、
（ｉｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加、または参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、を同定し、これにより、治療薬または特殊食による治療計画が無効であることを示唆する。
【請求項１５】
前記特徴的な化合物が、請求項３〜１２のいずれか１項に定義されるものである、請求項１３または１４に記載の装置。
【請求項１６】
膵臓がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するための、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、ならびにＣ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体からなる群より選択される特徴的な化合物の、バイオマーカーとしての使用。
【請求項１７】
前記特徴的な化合物が、請求項３〜１２のいずれか１項に定義されるものである、請求項１６に記載の使用。
【請求項１８】
大腸がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するための方法であって、前記方法は、被験者由来の身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度を分析することと、この濃度を大腸がんに罹患していない個体中の特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することと、を含み、ここで、参照と比較して、被験者由来の身体サンプル中のＣ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大は、被験者が大腸がんに罹患しているか、またはそれに対する素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供することを示唆する。
【請求項１９】
大腸がんに罹患している被験者を治療薬または特殊食で治療する効力を決定するための方法であって、前記方法は、被験者からの身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度を分析することと、この濃度を大腸がんに罹患していない個体中の特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することと、を含み、ここで、（ｉ）参照と比較して、被験者からの身体サンプル中のＣ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少は、治療薬または特殊食による治療計画が効果的であることを示唆し、または（ｉｉ）参照と比較して、被験者からの身体サンプル中のＣ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加は、治療薬または特殊食による治療計画が効果的でないことを示唆する。
【請求項２０】
前記特徴的な化合物がＣ２アルデヒドである、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記特徴的な化合物がＣ３アルデヒドである、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２２】
大腸がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するための装置であって、前記装置は、
（ｉ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定するための手段と、
（ｉｉ）大腸がんに罹患していない個体由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度の参照と、
を含み、ここで、前記装置は、被験者由来の身体サンプル中のＣ２またはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択された特徴的化合物の濃度の増加を特定するために使用され、それにより、被験者が大腸がんに罹患しているか、またはその素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供することを示唆する。
【請求項２３】
大腸がんに罹患している被験者を治療薬または特殊食で治療する効力を決定するための装置であって、前記装置は、
（ａ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定するための手段と、
（ｂ）大腸がんに罹患していない個体由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度のための参照と、
を含み、前記装置は、以下を同定するために使用される：
（ｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、を同定し、これにより、治療薬または特殊食による治療計画が有効であることを示唆すること、または、
（ｉｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加、を同定し、これにより、治療薬または特殊食による治療計画が無効であることを示唆する。
【請求項２４】
前記特徴的な化合物が、請求項２０または請求項２１に定義されるものである、請求項２２または請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
大腸がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するための、Ｃ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の、バイオマーカーとしての使用。
【請求項２６】
前記特徴的な化合物が、請求項２０または請求項２１に定義されるものである、請求項２５に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
バイオマーカー
本発明はバイオマーカーに関し、特に、がんなどの様々な状態を診断するための新規な生物学的マーカーに関するが、これに限定されるものではない。特に、本発明は、膵臓がんおよび／または大腸がんなどのがんを検出するためのアッセイにおける診断マーカーおよび予後マーカーとしてのこれらの化合物の使用、ならびに対応する検出方法に関する。本発明はまた、これらの疾患を治療剤で治療する効力を決定する方法、ならびにこのアッセイおよび方法を実施するための装置に関する。アッセイは定性的および／または定量的であり、大規模スクリーニングおよび臨床試験に適応可能である。
【背景技術】
【０００２】
膵臓がんは、米国において毎年４万人を超える死を引き起こすと推定され、２０１７年には全がん死亡の４番目に大きい寄与因子であると推定された［１］。診断時に治癒の可能性がある疾患を有する患者はわずか１５〜２０％である［２，３］。プライマリケアから膵臓がんが疑われる場合の検査への紹介は、症状の認識に依存する。大規模なプライマリケアデータベース研究および患者調査により、膵臓がん患者は診断前の数カ月および数年のうちに頻繁に一般開業医を受診することが示されている［４］。しかし、英国では依然として患者のほぼ半数が病院への緊急受診の結果として診断されている［５］。膵臓がんを評価するための最新の健康とケアの卓越性のための国立研究所（ＮＡＴＩＯＮＡＬ  ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ  ＦＯＲ  ＨＥＡＬＴＨ  ＡＮＤ  ＣＡＲＥ  ＥＸＣＥＬＬＥＮＣＥ（ＮＩＣＥ））の紹介ガイドラインには、体重減少をはじめとする症状のある６０歳以上の人が含まれている［６］。初期症状は間欠的であり、他の一般的な良性疾患と重複する。症状認識の難しさは、一般的な診療の範囲内で使用することができる有効な客観的診断方法の欠如によって悪化する。バイオマーカー研究の大多数は、遺伝性膵炎、家族性膵臓がんおよび膵管内乳頭粘液性腫瘍などの高リスク群を対象としている。これまでのバイオマーカーの臨床使用への転換は、慢性膵炎などの適切なコントロールが含まれていないことや、胆道閉塞や糖尿病などの交絡因子を考慮していないことなど、さまざまな理由で失敗に終わっている［７，８］。
【０００３】
大腸がん（ＣＲＣａ）が最も早期に診断された場合、ＣＲＣａ患者の１０人に９人以上が５年以上生存するのに対し、最後の病期で診断された場合は１０人に１人未満である［１］。ＣＲＣａの主要診断根拠としての腸症状の利用は、陽性予測値が非常に不良であることが示されている［２］。症候性患者におけるＣＲＣａのリスクは、異なる調査によって評価することができる。軟性Ｓ状結腸鏡検査はゴールドスタンダードの調査であるが、その適用の大規模さは資源的意味を持ち、その費用対効果は異なる症状の予測値に依存する。グアイアック（Ｇｕａｉａｃ）便潜血検査はＣＲＣａ検出において８７〜９８％と良好な感度を有するが、ばらつきが大きく、しばしば不満足な特異度（１３〜７９％）を示すため、複数の便検体について検査を繰り返す必要がある。現在までのところ、糞便潜血検査は、中間検査としての使用は推奨されておらず、利用も可能ではない［３−６］。糞便の免疫化学検査では、１回の便検体採取が必要である。４つのシステムは完全に自動化され、ヘモグロビンの定量的測定を提供し、特定の状況に適合する陽性の閾値の選択を可能にする。その結果、ＣＲＣａの感度および特異度に関する利用可能な研究データは、少数のがんに基づいている。このデータは選択された陽性の閾値に応じて、ＣＲＣａに対する感度は３５％〜８６％であり、特異度は８５％〜９５％であることを示唆している［５，６］。しかし、早期がんに対するより新しい定量的検査の感度に関するデータはない。多標的便ＤＮＡ検査は、大規模多施設試験で糞便免疫化学検査と比較した場合、検査の特異度は良好であったが（９２ｖｓ７３％）、感度は低かった（９０ｖｓ９６％）［７］。
【０００４】
糞便に基づく検査の代替アプローチは、検査の性質および異なるＶＯＣ識別サインを有する複数の疾患を検査する可能性があるため、高いコンプライアンスの可能性を有する呼気検査である［８，９］。ガスクロマトグラフィー質量分析（ＧＣ−ＭＳ）を用いた研究者たちは、ＣＲＣａ［１０］に固有の通気揮発性有機化合物（ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ＶＯＣｓ）プロファイルの存在を示唆した。ＧＣ−ＭＳはＶＯＣ同定のための良好な技術であるが、本質的に半定量的であり、したがって、異なる研究グループによって再現される研究所見の能力が制限される。さらに、各サンプルについてかなりの分析時間があり、これは、当然、高スループット分析に向いていない。選択イオンフローチューブ質量分析法（ＳＩＦＴ−ＭＳ）は定量性があり、リアルタイム解析が可能であるという利点がある［１１，１２］。大腸がんの治癒的外科的切除後の患者の呼気プロファイルを評価した研究はこれまでに１件しかない［１３］。この試験はＧＣ−ＭＳを用いており、ＣＲＣａの除去後に呼気中ＶＯＣプロファイルに変化があることを示唆しており、腫瘍代謝とＶＯＣ産生との関連の可能性がさらに強調されている。著者らはまた、これらの結果は、手術後の患者の経過観察および無病生存期間のモニタリングにおいて、呼気分析を用いる根拠となる可能性があると仮定した［１３］。しかしながら、その研究ではＣＲＣａ再発の証拠がある患者は検討されなかった。これまでの研究で、最初の発見所見を外部から検証したものはない。
【０００５】
必要とされるものは、膵臓がんおよび／または大腸がんのようながんに罹患している患者を同定するための信頼性の高い非侵襲的マーカーである。膵臓がんおよび／または大腸がん患者を同定するための診断法は患者に計り知れない利益をもたらし、早期治療および予後改善の可能性を高めるのであろう。
【発明の概要】
【０００６】
本発明者らは、ここで、いくつかのバイオマーカーまたはいわゆる特徴的な化合物を、膵臓がんおよび／または大腸がんを示すものとして決定した。
【０００７】
本発明者らは、まず、膵臓がんの診断に注目した。実施例１に記載されているように、患者を２つの別々のコホート、すなわち初期開発試験および第２検証コホートに対して募集した。がん群には限局性および転移性がんの患者が含まれ、対照群には良性膵疾患または正常膵臓の患者が含まれた。比較のための対照試験は、適宜、組織病理学的検査で確認された腹部コンピュータ断層撮影、超音波スキャンまたは超音波内視鏡検査による放射線学的画像検査とした。開発コホートからの呼気をアルミニウムバッグで収集し、検証コホートからは実施例に記載し図１に示すＲｅＣＩＶＡシステムを用いる。ガスクロマトグラフィー質量分析を用いて分析を行った。６８例が開発コホート（がん２５例、非がん４３例）に、６４例が検証コホート（がん３２例、非がん３２例）に登録された。同定された６６の特徴的な揮発性有機化合物（ＶＯＣ）のうち、１３個は、開発コホート内の単変量解析で群間で有意に異なっていた。有意な揮発性物質および検証コホートを用いた受信者動作特性分析は、がん対非がんを鑑別する０．７６７（感度８１．３％、特異度７１．９％）および腺がんと非がんを鑑別する０．８２８（感度７７．８％、特異度７５％）の曲線下面積を生じた。
【０００８】
従って、第１の観点において、膵臓がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するための方法を提供し、前記方法は、被験者由来の特徴的な化合物の濃度を分析すること、およびこの濃度を、膵臓がんに罹患していない個体における特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することを含み、ここで、参照と比較して、（ｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大、または（ｉｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少は、被験者が膵臓がんに罹患しているか、または膵臓がんに対する素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供していることを示唆する。
【０００９】
第２の観点において、膵臓がんに罹患している被験者を治療薬または特殊食で治療する効力を決定するための方法を提供し、前記方法は、被験者由来の特徴的な化合物の濃度を分析することと、この濃度を、膵臓がんに罹患していない個体における特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することを含み、ここで、（ｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、または（ｉｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大は、治療薬または特殊食による治療計画が有効であることを示唆し、または、ここで、（ｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加、または（ｉｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少は、治療薬または特殊食による治療計画が無効であることを示唆する。
【００１０】
第３の観点において、膵臓がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するための装置を提供し、前記装置は、
（ｉ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定するための手段と、
（ｉｉ）膵臓がんに罹患していない個体由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度の参照と、を含み、前記装置は、参照と比較して、（ｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大、または（ｉｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、を同定するために使用される。これにより、被験者が膵臓がんに罹患しているか、またはその素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供することを示唆する。
【００１１】
第４の観点において、本発明は治療薬または特殊食を用いて膵臓がんに罹患している被験者を治療する効力を決定するための装置を提供し、前記装置は、
（ａ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定するための手段と、
（ｂ）膵臓がんに罹患していない個体由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度のための参照と、
を含み、ここで、前記装置は、以下を同定するために使用される：
（ｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、または参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大、を同定する。これにより、治療薬または特殊食による治療計画が有効であることを示唆する。または、
（ｉｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加、または参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、を同定する。これにより、治療薬または特殊食による治療計画が無効であることを示唆する。
【００１２】
第１および第２の観点の方法は、治療薬を被験者に投与することもしくは投与したこと、または被験者に特殊食を与えることを含んでもよく、ここで、前記治療薬または特殊食は膵臓がんの進行を予防、減少または遅延させる。
【００１３】
本発明の第５の観点によれば、膵臓がんに罹患している個体を治療する方法が提供される。前記方法は以下のステップを含み、
（ｉ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定すること。ここで、参照と比較して、（ｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加、または（ｉｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸、およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、は被験者が膵臓がんに罹患しているか、またはその素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供することを示唆し、ならびに、
（ｉｉ）治療薬を被験者に投与することもしくは投与したこと、または被験者に特殊食を与えることにより、前記治療剤または特殊食が膵臓がんの進行を予防、低減または遅延させること。
【００１４】
第６の観点において、第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１−Ｃ３アルデヒド、Ｃ１−Ｃ３アルコールおよびＣ２−Ｃ１０アルカン、ならびにＣ１−Ｃ２０アルカン、Ｃ４−Ｃ１０アルコール、Ｃ１−Ｃ６カルボン酸およびＣ４−Ｃ２０アルデヒド、またはそれらの類似体もしくは誘導体からなる群より選択される特徴的な化合物の、膵臓がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するためのバイオマーカーとしての使用が提供される。
【００１５】
実施例１に記載されるように、本発明者らは、ホルムアルデヒド、メタノール、イソプロピルアルコールもしくはアセトインの濃度の増加、またはペンタン、ｎ−ヘキサン、１−ブタノール、プロパン酸、オクタナール、ノナナール、デカナール、ウンデカナール、テトラデカンの濃度の減少が膵臓がんを示すことを示した。本明細書に記載される方法、装置および使用はまた、本明細書に記載される特徴的な化合物の類似体または誘導体の濃度を分析することを含んでもよい。アッセイすることができる化学基の好適な類似体または誘導体の例には、アルコール、ケトン、芳香族化合物、有機酸および気体（ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２、Ｈ２Ｓ、ＳＯ２、ＣＨ４など）が含まれる。
【００１６】
一実施形態では、前記特徴的な化合物がＣ１−Ｃ３アルデヒドであり、好ましくは、前記化合物がＣ１、Ｃ２またはＣ３アルデヒド、最も好ましくはＣ１アルデヒド、すなわちホルムアルデヒドである。
【００１７】
一実施形態では、前記特徴的な化合物がＣ１−Ｃ３アルコールであり、好ましくは、前記化合物がＣ１、Ｃ２またはＣ３アルコール、最も好ましくはＣ１アルコール（すなわち、メタノール）またはＣ３アルコール（すなわち、イソプロピルアルコール）である。
【００１８】
一実施形態では、前記特徴的な化合物が第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ２−Ｃ１０アルカンであり、好ましくは、前記化合物が第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基で置換されているＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ９またはＣ１０である。好ましくは、＝Ｏ基で置換された炭素原子は末端炭素原子ではない。より好ましくは、前記化合物がＣ３−Ｃ６アルカンであり、最も好ましくは、前記化合物が第１の炭素原子が＝Ｏ基で置換され、第２の炭素原子が−ＯＨ基すなわちアセトインで置換されたＣ４アルカンである。
【００１９】
一実施形態では、前記特徴的な化合物がＣ１−Ｃ２０アルカンであり、好ましくは前記化合物がＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６、Ｃ１７、Ｃ１８、Ｃ１９またはＣ２０アルカンであり、より好ましくはＣ３−Ｃ１５アルカンである。前記化合物はＣ５−Ｃ１４アルコールであることが望ましい。例えば、好ましくは、前記化合物はＣ５アルコール、すなわちペンタンである。好ましくは、前記化合物はＣ６アルコール、すなわちヘキサンである。好ましくは、前記化合物はＣ１４アルコール、すなわちテトラデカンである。
【００２０】
一実施形態では、前記特徴的な化合物がＣ４−Ｃ１０アルコールであり、好ましくは、前記化合物がＣ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０アルコールである。好ましくは前記化合物がＣ４−Ｃ７アルコールであり、最も好ましくはＣ４アルコール、すなわちブタノールである。
【００２１】
一実施形態では、前記特徴的な化合物がＣ１−Ｃ６カルボン酸であり、好ましくは前記化合物がＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｃ６カルボン酸である。好ましくは前記化合物がＣ２−Ｃ４カルボン酸、より好ましくはＣ３カルボン酸、すなわちプロパン酸である。
【００２２】
一実施形態では、前記特徴的な化合物がＣ４−Ｃ２０アルデヒドであり、好ましくは前記化合物がＣ４、Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６、Ｃ１７、Ｃ１８、Ｃ１９またはＣ２０アルデヒドである。好ましくは、前記化合物がＣ５−Ｃ１５アルデヒド、より好ましくはＣ７−Ｃ１３アルデヒドである。好ましくは、前記化合物がＣ８アルデヒド、すなわちオクタナールである。好ましくは、前記化合物がＣ９アルデヒド、すなわちノナナールである。好ましくは、前記化合物がＣ１０アルデヒド、すなわちデタナールである。好ましくは、前記化合物がＣ１１アルデヒド、すなわちウンデカナールである。
【００２３】
従って、最も好ましい実施形態において、第１の観点は膵臓がんに罹患している被験者を診断するための方法、または被験者の状態の予後を提供するための方法を包含し、前記方法は被験者由来の特徴的な化合物の濃度を、膵臓がんに罹患していない個体における特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することを包含し、ここで、参照と比較して、（ｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、ホルムアルデヒド、メタノール、イソプロピルアルコールおよびアセトイン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加、または（ｉｉ）被験者由来の身体サンプルにおいて、ペンタン、ヘキサン、ブタノール、プロパン酸、オクタナール、ノナナール、デカナール、ウンデカナール、テトラデカン、またはそれらの類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少、は被験者が膵臓がんに罹患しているか、またはその素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供することを示唆する。
【００２４】
それらの最も好ましい実施形態では、第２から第６の観点が前の段落と同じ特徴的な化合物を検出することも含むことが理解されるのであろう。
【００２５】
次に、本発明者らは、大腸がんの診断に注目した。実施例２に記載されるように、呼気サンプルを、２−リットル二重層ナロファンバッグを使用して収集し、そして選択イオンフローチューブ質量分析を使用して分析した。比較のためのゴールドスタンダードテストは、管腔テストのための内視鏡テストとがん再発を確認するためのＣＴであった。３件の研究が実施された：（ｉ）プロファイリング研究：患者１５０例；ＣＲＣａ５０例および対照１００例；（ｉｉ）診断的検証：患者７９例；ＣＲＣａ２５例および対照５４例；ならびに（ｉｉｉ）腫瘍再発を伴う臨床的検証：患者４０例；術後（再発なし）１９例およびＣＲＣａ再発２１例。多変量解析では、単一のＶＯＣ、プロパナールは対照患者と比較してがんコホートで有意に上昇した。２８ｐｐｂｖの閾値を用いて、これは、ＣＲＣａ診断について９６％の感度および７６％の特異度を与えた。プロパナールはＣＲＣａでも同様に上昇し、２８ｐｐｂｖの閾値を用いると、８３．３％の感度と８４．７％の特異度が得られた。手術後、プロパナールは対照患者で期待されるレベルまで減少し、再発すると、レベルは大幅に増加した。２８ｐｐｂｖの閾値を用いると、ＣＲＣａ再発の同定に対する感度は７１．４％、特異度は９０．９％であった。
【００２６】
従って、第７の観点において、大腸がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための方法、または被験者の状態の予後を提供するための方法を提供し、前記方法は、被験者由来の身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度を分析すること、およびこの濃度を、大腸がんに罹患していない個体中の特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することを含み、ここで、参照と比較して、被験者由来の身体サンプル中のＣ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増大は、被験者が大腸がんに罹患しているか、またはそれに対する素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供していることを示唆する。
【００２７】
第８の観点において、治療薬または特殊食で大腸がんに罹患している被験者を治療する効力を決定するための方法が提供され、この方法は、被験者由来の身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度を分析することと、この濃度を、大腸がんに罹患していない個体中の特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することを含み、（ｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプル中のＣ２またはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少は、治療薬または特殊食での治療計画が有効であることを示唆し、または（ｉｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプル中のＣ２またはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加は、治療薬または特殊食での治療計画が無効であることを示唆する。
【００２８】
第９の観点において、大腸がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するための装置を提供し、前記装置は、
（ｉ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定するための手段と、
（ｉｉ）大腸がんに罹患していない個体由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度の参照と、
を含み、ここで、前記装置は、被験者由来の身体サンプル中のＣ２またはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択された特徴的化合物の濃度の増加を特定するために使用され、それにより、被験者が大腸がんに罹患しているか、またはその素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供することを示唆する。
【００２９】
第１０の観点において、本発明は治療薬または特殊食で大腸がんに罹患している被験者を治療する効力を決定するための装置を提供し、前記装置は、
（ａ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定するための手段と、
（ｂ）大腸がんに罹患していない個体由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度のための参照と、
を含み、前記装置は、以下を同定するために使用される：
（ｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の減少を同定する。これにより、治療薬または特殊食による治療計画が有効であることを示唆する。または、
（ｉｉ）参照と比較して、被験者由来の身体サンプルにおいて、Ｃ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加、を同定する。これにより、治療薬または特殊食による治療計画が無効であることを示唆する。
【００３０】
第７および第８の観点の方法は、治療薬を被験者に投与することもしくは投与したこと、または被験者に特殊食を与えることを含んでもよく、ここで、治療薬または特殊食は大腸がんの進行を予防、減少、または遅延させる。
【００３１】
本発明の第１１の観点によれば、大腸がんに罹患している個体を治療する方法が提供され、前記方法は、以下のステップを含む：
（ｉ）被験者由来のサンプル中の特徴的な化合物の濃度を決定すること。ここで、参照と比較して、Ｃ２またはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加は、被験者が大腸がんに罹患しているか、またはその素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供することを示唆し、および、
（ｉｉ）治療薬を被験者に投与することもしくは投与したこと、または被験者に特殊食を与えることにより、前記治療剤または特殊食が大腸がんの進行を予防、低減または遅延させること。
【００３２】
第１２の観点において、Ｃ２もしくはＣ３アルデヒド、またはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の、大腸がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための、または被験者の状態の予後を提供するためのバイオマーカーとしての使用が提供される。
【００３３】
前記特徴的な化合物は、Ｃ２アルデヒド、すなわちエタノールを含んでもよく、またはそれであってもよい。
【００３４】
好ましくは、特徴的な化合物がＣ３アルデヒド、すなわちプロパナールを含んでもよく、またはそれであってもよい。
【００３５】
従って、最も好ましい実施形態において、第７の観点の方法は、大腸がんに罹患している被験者、またはその素因を診断するための方法、または被験者の状態の予後を提供するための方法であって、被験者由来の身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度を分析すること、およびこの濃度を、大腸がんに罹患していない個体における特徴的な化合物の濃度についての参照と比較することを含み、ここで、参照と比較して、被験者由来の身体サンプル中のプロパナールまたはその類似体もしくは誘導体から選択される特徴的な化合物の濃度の増加は、被験者が大腸がんに罹患しているか、またはそれに対する素因を有するか、または被験者の状態の否定的な予後を提供していることを示唆する、方法を提供する。
【００３６】
最も好ましい実施形態では、第８〜第１２の観点がプロパナールを検出することも含むことが理解されるのであろう。
【００３７】
実施例２に記載されるように、本発明者らは、プロパナールの増加が大腸がんを示すことを示した。本明細書に記載される方法、装置および使用はまた、本明細書に記載される特徴的な化合物の類似体または誘導体の濃度を分析することを含んでもよい。アッセイすることができる化学基の好適な類似体または誘導体の例には、アルコール、ケトン、芳香族化合物、有機酸および気体（ＣＯ、ＣＯ２、ＮＯ、ＮＯ２、Ｈ２Ｓ、ＳＯ２、ＣＨ４など）が含まれる。
【００３８】
疾患の診断および予後において使用される有用なバイオマーカーの重要な特徴は、所定の疾患に対して高い感度および特異度を示すことである。実施例で説明したように、本発明者らは驚くべきことに、被験者由来の呼気中に見出される多数の特徴的な化合物が膵臓がんおよび大腸がんなどの疾患のための強力なバイオマーカーとして働き、したがって、これらの疾患の検出および疾患予後のために使用することができることを実証した。さらに、本発明者らはこのような特徴的な化合物を疾患のバイオマーカーとして使用することは、単純で再現性があり、非侵襲的で安価なアッセイを使用し、患者への不便は最小限であることを示した。
【００３９】
有利には、本発明の方法および装置が種々のがんを診断するための非侵襲的手段を提供する。第１および第７の観点に係る方法は、臨床医が膵臓がんまたは大腸がんにそれぞれ罹患しているかまたは罹患している可能性のある被験者に対して、最良の治療経過に関して決定を下すことを可能にするために有用である。前記第１および第７の観点の方法は、現在がんに罹患している被験者をどのように治療するかを臨床医が決定することを可能にするために有用であることが好ましい。さらに、第１および第２、ならびに第７および第８の観点の方法は、関連するがんに対する推定処置の有効性をモニターするために有用である。例えば、がんが膵臓がんである場合、処置は、化学療法、外科手術を伴うまたは伴わない化学放射線療法の投与を含み得る。例えば、がんが大腸がんである場合、処置は、化学療法、外科手術を伴うもしくは伴わない化学放射線療法、または内視鏡的切除の投与を含み得る。
【００４０】
したがって、第３、第４、第９および第１０の観点による装置は、臨床医が第５または第１１の観点による治療を実行することができるように、被験者の状態の予後を提供するのに有用である。第３または第９の観点の装置は、がんに対する推定治療の有効性を監視するために使用されてもよい。したがって、本方法および装置は臨床医のための治療計画を誘導し、そのような治療計画の有効性を監視するのに非常に有用である。臨床医は診断の精度を向上させるために、既存の診断検査と共に本発明の装置を使用することができる。
【００４１】
被験者は、獣医学的に関心のある任意の動物、例えばネコ、イヌ、ウマなどであってもよい。しかし、前記被験者は、男性または女性のいずれかの、ヒトなどの哺乳動物であることが好ましい。
【００４２】
好ましくは、被験者からサンプルを採取し、次いで、身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度を測定する。
【００４３】
検出される特徴的な化合物は発酵プロフィールをもたらす揮発性有機化合物（ＶＯＣ）として知られており、様々な技術によって身体サンプル中で検出することができる。一実施形態では、これらの化合物は、それらが溶解している液体または半固体サンプル内で検出されてもよい。しかしながら、好ましい実施形態では、化合物は気体または蒸気から検出される。例えば、特徴的な化合物はＶＯＣであるので、それらはサンプルから発するか、またはサンプルの一部を形成することができ、したがって、気体または蒸気の形態で検出することができる。
【００４４】
第３、第４、第９または第１０の観点の装置は、被検体からサンプルを得るためのサンプル採取手段を備えてもよい。サンプル採取手段は、ニードルまたは注射器等を含むことができる。前記装置は抽出されたサンプルを受け取るためのサンプル収集容器を備え得、前記サンプルは液体、気体、または半固体であり得る。
【００４５】
好ましくは、前記サンプルは特徴的な化合物が存在または分泌される任意の身体サンプルである。例えば、前記サンプルは、尿、糞、毛髪、汗、唾液、血液または涙を含み得る。本発明者らは、ＶＯＣが血液中に見出される他の化合物の分解産物であると考える。一実施形態において、血液サンプルは、特徴的な化合物のレベルについて直ちにアッセイされ得る。あるいは、血液が低温で、例えば、冷蔵庫に貯蔵されてもよく、または特徴的な化合物の濃度が決定される前に凍結されてもよい。身体サンプル中の特徴的な化合物の測定は、全血または処理された血液に対して行われ得る。
【００４６】
他の実施形態では、前記サンプルは尿サンプルであってもよい。身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度は、被験者から採取された尿サンプルからインビトロで測定されることが好ましい。前記化合物は、尿サンプルから発する気体または蒸気から検出することができる。尿から放出される気相中の化合物の検出が好ましいことが理解されるのであろう。
【００４７】
また、「新鮮である」身体サンプルは、被験者から採取された直後に分析されてもよいことも理解されるのであろう。あるいは、前記サンプルは凍結され、保存されてもよい。次いで、前記サンプルを解凍し、後日分析することができる。
【００４８】
しかしながら、最も好ましくは、身体サンプルが被験者由来の呼気サンプルであってもよい。前記サンプルは好ましくは経鼻吸入後に、被験者が口を通して呼気を行うことによって収集されてもよい。好ましくは、サンプルが被験者の肺胞空気を含む。好ましくは、前記肺胞空気が呼気終末呼吸を捕捉することによって死腔空気上に収集された。次に、呼気バッグからのＶＯＣを、好ましくは、チューブを横切って呼気を移動させることによって、熱脱着チューブ上に予め濃縮した。
【００４９】
第２または第８の観点の方法、または第４または第１０の観点の装置における特徴的な化合物の濃度の差は、参照と比較して増加または減少であってもよい。実施例に記載されるように、本発明者らは膵臓がんまたは大腸がんのいずれかに罹患した多数の患者における特徴的な化合物の濃度をモニターし、それらを、疾患に罹患していない個体（すなわち、参照または対照（コントロール））におけるこれらの同じ化合物の濃度と比較した。本発明者らは、この疾患に罹患している患者において、これらの化合物の濃度に統計学的に有意な増加または減少があることを実証した。
【００５０】
疾患に罹患している患者における特徴的な化合物の濃度は多くの因子、例えば、疾患がどれだけ進行したか、ならびに被験者の年齢および性別に高度に依存することが理解される。疾患に罹患していない個体における特徴的な化合物の参照濃度はある程度変動し得るが、平均して、所与の期間にわたって、濃度は実質的に一定である傾向があることもまた理解される。さらに、疾患に罹患している個体の１つの群における特徴的な化合物の濃度は、疾患に罹患していない個体の別の群におけるその化合物の濃度と異なり得ることが理解されるべきである。しかしながら、がんに罹患していない個体における特徴的な化合物の平均濃度を決定することが可能であり、これは特徴的な化合物の参照または「正常」濃度と呼ばれる。正常濃度は、上述の参照値に対応する。
【００５１】
一実施形態では、本発明の方法は好ましくは呼吸中の化学物質の比率を決定すること（すなわち、その中の他の成分を参照として使用すること）を含み、次いで、これらのマーカーを疾患と比較して、それらが上昇しているかまたは低下しているかを示す。
【００５２】
前記特徴的な化合物は、好ましくは発酵プロファイルをもたらす揮発性有機化合物（ＶＯＣ）であり、様々な技術によって身体サンプル中または身体サンプルから検出することができる。したがって、これらの化合物は、ガス分析器を使用して検出することができる。前記特徴的な化合物を検出するための適切な検出器の例は、好ましくは電気化学センサ、半導体金属酸化物センサ、水晶微量天秤センサ、光学色素センサ、蛍光センサ、導電性ポリマーセンサ、複合ポリマーセンサ、または光学分光法を含む。
【００５３】
本発明者らは、前記特徴的な化合物がガスクロマトグラフィー、質量分析、ＧＣＭＳまたはＴＯＦを使用して確実に検出され得ることを実証した。検出ステップのために専用のセンサを使用することができる。
【００５４】
前記参照値は統計的に有意な数のコントロールサンプル（すなわち、疾患に罹患していない被験者由来のサンプル）をアッセイすることによって得られ得る。したがって、本発明の第３、第４、第９または第１０の観点の装置による参照（ｉｉ）は、（アッセイのための）対照サンプルであってもよい。
【００５５】
前記装置は、好ましくは特徴的な化合物に対応する陽性対照（最も好ましくは容器中に提供される）を含む。前記装置は、好ましくは陰性対照（好ましくは容器中に提供される）を含む。好ましい実施形態では、前記装置が参照、陽性対照、および陰性対照を含んでもよい。前記装置はまた、必要に応じて、さらなるコントロール（例えば、濃度についての参照を提供するための「スパイクイン（ｓｐｉｋｅ−ｉｎ）」コントロール）、および特徴的な化合物の各々についてのさらなる陽性コントロール、またはその類似体もしくは誘導体を含み得る。
【００５６】
従って、本発明者らは参照正常（すなわち、コントロール）と増加／減少したレベルとの間の特徴的な化合物の濃度の差が、被験者における疾患の存在を示唆する生理学的マーカーとして使用され得ることを理解した。被験者が参照、対照値におけるその化合物の「正常」濃度よりもかなり高い／低い、１つ以上の特徴的な化合物の増加／減少濃度を有する場合、それらは、その化合物の濃度が「正常」濃度よりもわずかに高い／低い場合よりも、疾患を有するより高いリスク、またはより進行した状態にあることが理解される。
【００５７】
本発明者らは、試験個体において本明細書中で言及される特徴的な化合物の濃度が（実施例に記載される方法を使用して計算されるように）参照濃度よりも統計的に高かったことに注目した。これは、本明細書では特徴的な化合物の「増加した」濃度と呼ぶことができる。
【００５８】
当業者は統計的に有意な数の対照個体中の特徴的な化合物の濃度、および被験者中の化合物の濃度をどのように測定するかを理解し、次いで、これらのそれぞれの数値を使用して、被験者が化合物の濃度において統計的に有意な増加／減少を有するかどうかを決定し、したがって、その被験者がスクリーニングされた疾患に罹患しているかどうかを推測する。
【００５９】
第２または第８の観点の方法、および第４または第１０の観点の装置において、参照における対応する濃度と比較して身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度の差は、治療剤を用いた被験者の疾患の治療、および外科的切除の有効性を示す。前記差は、参照値と比較して、身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度の増加または減少であり得る。身体サンプル中の化合物の濃度が参照中の対応する濃度よりも低い実施形態では、治療剤または特殊食が被験者における障害の治療に成功したことを示す。逆に、身体サンプル中の特徴的な化合物の濃度が参照中の対応する濃度よりも高い場合、治療剤または特殊食が障害の治療に成功していないことを示す。
【００６０】
本明細書で説明されるすべての特徴（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、および図面を含む）、および／またはそのように開示される任意の方法またはプロセスのステップのすべては、そのような特徴および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組合せを除いて、任意の組合せで上記の観点のいずれかと組み合わせることができる。
【００６１】
本発明をより良く理解し、本発明の実施形態をどのように実施することができるかを示すために、ここで例として、添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、鋼製呼気バッグから熱脱着管上にＶＯＣを濃縮するために使用される装置および方法の実施形態を示す；
【図２Ａ−１】図２は、開発コホート（バッグ）のデータを用いた、Ａ）がん：非がんおよびＢ）すべての腺がんに対して生成された１−特異性に対する感度のＲＯＣプロットを示す。以下の表は、曲線下面積（ＡＵＣ）を含むＲＯＣ分析データをまとめたものである。
【図２Ａ−２】図２は、開発コホート（バッグ）のデータを用いた、Ａ）がん：非がんおよびＢ）すべての腺がんに対して生成された１−特異性に対する感度のＲＯＣプロットを示す。以下の表は、曲線下面積（ＡＵＣ）を含むＲＯＣ分析データをまとめたものである。
【図２Ａ−３】図２は、開発コホート（バッグ）のデータを用いた、Ａ）がん：非がんおよびＢ）すべての腺がんに対して生成された１−特異性に対する感度のＲＯＣプロットを示す。以下の表は、曲線下面積（ＡＵＣ）を含むＲＯＣ分析データをまとめたものである。
【図２Ｂ】図２は、開発コホート（バッグ）のデータを用いた、Ａ）がん：非がんおよびＢ）すべての腺がんに対して生成された１−特異性に対する感度のＲＯＣプロットを示す。以下の表は、曲線下面積（ＡＵＣ）を含むＲＯＣ分析データをまとめたものである。
【図３Ａ】図３は、検証コホート（ＲｅＣＩＶＡ）のデータを用いた、Ａ）がん：非がんおよびＢ）すべての腺がんに対して生成された１−特異性に対する感度のＲＯＣプロットを示す。以下の表は、曲線下面積（ＡＵＣ）を含むＲＯＣ分析データをまとめたものである。
【図３Ｂ】図３は、検証コホート（ＲｅＣＩＶＡ）のデータを用いた、Ａ）がん：非がんおよびＢ）すべての腺がんに対して生成された１−特異性に対する感度のＲＯＣプロットを示す。以下の表は、曲線下面積（ＡＵＣ）を含むＲＯＣ分析データをまとめたものである。
【図４】図４は、研究（ｉ）−プロファイリング診断調査；陰性対照患者と比較した大腸がんの診断マーカーとしてのプロパナールのＲＯＣ分析の結果を示す（ＡＵＣ＝０．９０±０．０３，９５％  ＣＩ  ０．８３−０．９６）。
【図５】図５は、研究（ｉｉ）−独立した診断的妥当性確認；大腸がん診断のためのプロパナールの独立検証試験のＲＯＣ分析の結果を示す（ＡＵＣ＝０．７９±０．０６，９５％  ＣＩ  ０．６６−０．９１）。
【図６】図６は、研究（ｉｉｉ）−腫瘍再発を伴う臨床的検証；初回ＣＲＣａ外科的切除後のＣＲＣａ再発の存在に関連する肛門前方アップレギュレーションの結果を示す（ＡＵＣ  ＝  ０．８１±０．０７、９５％ＣＩ  ０．６８−０．９４）。
【図７】図７は、検討した３つの研究および４つの疾患状態にわたって観察された平均プロパナール濃度の変化を示す。
【実施例】
【００６３】
実施例
本発明者らは、膵臓がんおよび大腸がんを含む様々ながんを検出するためのＶＯＣの使用を調査した。
【００６４】
実施例１−膵臓がん
膵臓がんは、治癒的治療が不可能な進行期に診断される患者がほとんどであるため、予後は非常に不良である。呼気揮発性有機化合物は、他のがん型を検出するための新規なバイオマーカーとしての可能性を示している。本研究では、膵臓がんの存在と関連する独特の呼気揮発性有機化合物プロファイルを同定し、検証したことから、膵臓がん診断経路に組み入れるための呼気分析の可能性が示唆された。
【００６５】
本研究の主要目的は、原発性膵臓がん、陽性対照疾患および正常膵臓の患者に対する熱脱離ガスクロマトグラフィー質量分析（ＴＤ−ＧＣ−ＭＳ）を用いて呼気ＶＯＣで観察された変化をプロファイリングすることであった。副次的目的は、膵新生物および特に腺がんの同定のための診断モデルを開発することであり、独立して収集した患者の第２コホートにおいてさらに検証を行った。第３の目的は、非がんコホートと比較した膵臓がんの呼気中の揮発性有機化合物の差を定量化し、がん診断モデルを生成することであった。
【００６６】
材料及び方法
２件の研究が実施された。最初のプロファイリング研究では、呼気を収集して分析し、がん患者と対照患者の間で濃度の異なるＶＯＣを同定した。これらの化合物を用いて、膵臓がんの診断モデルを開発した。次に、別の独立に収集した患者コホートを用いて、このモデルの妥当性を検証した。
【００６７】
被験者集団
登録患者はすべて、２０１６年３月から２０１６年１２月まで、インペリアルカレッジＮＨＳトラストから採用された。地域倫理承認が付与された（ＲＥＣ  ｒｅｆ：  １４／ＬＯ／１１３６）。研究の詳細は適格患者全員に説明し、登録前に十分なインフォームドコンセントと文書による同意を取得した。人口統計学的および臨床的情報を収集した。
【００６８】
プロファイリングおよび検証研究の両方で、膵臓がん患者を、良性膵臓疾患を含む対照群と比較した。膵臓がん群については、超音波内視鏡検査を受ける前に、術前に手術病棟または内視鏡ユニットから限局性膵臓がん患者をサンプリングした。転移性膵疾患患者を腫瘍科クリニックから募集した。対照群については、膵管内乳頭粘液性腫瘍（ＩＰＭＮ）、嚢胞、偽嚢胞および慢性膵炎を含む他の膵疾患の診断で患者を募集した。画像上正常に見える膵臓を有する待機的上腹部超音波（ＵＳ）を予定している患者をこの群に募集した。
【００６９】
参照試験
全ての症例を標準参照試験で確認した。膵臓がんは腹部ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）または超音波内視鏡検査で確認し、組織学的には穿刺吸引生検で確認した。腹部ＣＴまたは超音波は、対照群内の患者の膵臓を検査した。
【００７０】
呼気収集
呼気収集は、ＶＯＣ測定に対する呼気操作および病院環境の影響についての本発明者らの調査によって通知された、以前に検証された方法論［１１］を使用して実施した［１７、１８］。全ての患者は口腔汚染または交絡因子として作用する食事摂取のリスクを最小限にするために、呼吸サンプリング前に最低４時間絶食させた。サンプル収集室および実験室からの大気もまた、収集された呼気サンプルに対するバックグラウンドＶＯＣの影響を調査するために分析された。呼吸サンプリングの方法は、最初のプロファイリング研究では不活性アルミニウムバッグ（Ｂｅｄｆｏｎｔ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｌｔｄ．、英国メードストン）から検証研究ではＲｅＣＩＶＡ呼吸サンプルシステム（Ｏｗｌｓｔｏｎｅ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｎｃ．、英国ケンブリッジ）に変更した。
【００７１】
図１を参照すると、本発明による呼気サンプリングに使用されるＲｅＣＩＶＡ装置が示されている。前記ＲｅＣＩＶＡ装置は熱脱着管内に収集された直接呼吸を可能にする再現可能なシステムであり、これは、将来の多施設研究において使用されるべきシステムである。
【００７２】
サンプリング前に合成空気で洗浄した５００ｍｌの不活性アルミニウムバッグを用いて呼気を収集した。患者に深鼻吸入を行い、その後、口から完全に呼気するよう依頼した。肺胞空気は、呼気終末呼吸を捕捉することによって、死腔空気よりも優先的に収集された。次に、呼気バッグからのＶＯＣを、直径１０ｍｍのチューブおよび手持ち式空気ポンプ（２１０−１００２ＭＴＸ，  ＳＫＣ  ｌｔｄ．、ドーセット、ＵＫ）を有するチューブを横切って５０ｍｌ／秒で２５０ｍｌの呼気を移すことによって、熱脱着チューブ上に予備濃縮した（図１参照）。
【００７３】
前記ＲｅＣＩＶＡシステムでは、呼気サンプリングは完全に非侵襲的なままであり、患者の鼻と口の周りにディスポーザブルフェイスマスクを設置し、通常の呼気を行うよう指示する。Ｃａｐｓｅｒシステム（Ｏｗｌｓｔｏｎｅ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｉｎｃ．、ケンブリッジ、英国）によって患者のマスクに一定の量の空気が送風され、患者がきれいな空気のみを吸入するようにする。前記ＲｅＣＩＶＡ装置は内部ＣＯ２モニターおよび圧力センサを使用して、肺胞呼気を優先的に捕捉し、それを熱脱着管上に直接移送する。バッグ収集と同様に、合計２５０ｍｌの肺胞呼気を熱脱着管に移した。
【００７４】
質量分析
全ての空気サンプルを収集の４８時間以内に分析した。分解研究からのデータは、揮発性物質が４８時間、呼気バッグ内で安定なままであることを示した［１９］。ＴＤ−ＧＣ−ＭＳは、揮発性および半揮発性化合物の同定および定量に使用される分析方法である。装置に入ったＶＯＣはクロマトグラフィーカラム（７８９０Ｂ  ＧＣ、  Ａｇｉｌｅｎｔ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、チーダル、英国）を通って移動し、固定相とのそれらの親和性に従って分離され、特定の保持時間でカラムを出る。次いで、ＶＯＣは質量分析計（５９７７Ａ  ＭＳＤ、  Ａｇｉｌｅｎｔ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、英国）に入り、そこでイオン化され、加速され、偏向され、それらの質量／電荷（ｍ／ｚ）比に基づいて検出される。ガスクロマトグラフィーと質量分析の両方の組み合わせは、いずれかの成分を個別に使用するよりも改善された化合物同定を可能にする。
【００７５】
熱脱着チューブを用いて、チューブの内側を裏打ちするＴｅｎａｘ吸着剤に固定して、ＧＣ−ＭＳ分析前に揮発性物質を濃縮した。全てのＴｅｎａｘ  ＴＡチューブ（Ｍａｒｋｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、英国）を３００℃で１時間１０分間コンディショニングした（ＴＣ−２０、Ｍａｒｋｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、英国）。チューブをカルーセル上に装填し、チューブの漏れをチェックしてから、３分間ドライパージして過剰な水分を除去し、加熱時にＶＯＣが酸化されないようにした。次いで、チューブを、１０℃のコールドトラップ上で１０分間、２８０℃で脱着（ＴＤ−１００、Ｍａｒｋｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、英国）した（窒素流５０ｍｌ／分）。次いで、コールドトラップを急速に２９０℃に加熱し、ＶＯＣをクロマトグラフィーカラムに移した。チューブに固定されたバックグラウンドＶＯＣを最小限にする試みにおいて、チューブコンディショニングから予備濃縮までの時間は、決して１時間を超えなかった。
【００７６】
ＧＣ−ＭＳ法
最初のオーブン温度を４０℃で４分間保持し、次に１分間保持で１００℃に５℃／分で上昇させ、１分間保持で１１０℃に５℃／分で上昇させ、２００℃に５℃／分で上昇させ、最後に４分間保持で２４０℃に１０℃／分で上昇させた。総ＧＣ分析時間は４７分であった。質量分析計は、電子衝突イオン化モード、走査質量イオン２０〜２５０ｍ／ｚ、５．９走査／秒で操作した。質量分析計四重極および線源の温度はそれぞれ２３０℃および１５０℃であった。水からの干渉を最小限にするために、実験の開始時に３分間の溶媒遅延を使用した。
【００７７】
データ抽出
クロマトグラムおよび質量スペクトルデータを定性分析ソフトウェア（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｍａｓｓｈｕｎｔｅｒ  Ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ、英国）で抽出した。次いで、３〜４７分の間の保持時間を有するすべてのピークの化学的同一性を、ＮＩＳＴデータベースで確認した。同定されたＶＯＣからの保持時間および特徴的なｍ／ｚイオンを、全てのクロマトグラムにわたるそれらの存在量（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｍａｓｓｈｕｎｔｅｒ  Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ、英国）の定量に使用した。定量化には±０．１分の保持時間範囲を使用し、０．２分の範囲からの特徴的なイオンのみを定量化することを確実にした。
【００７８】
統計解析
すべての統計学的分析は、ＩＢＭ  ＳＰＳＳ  ２４（ＩＢＭ  ｃｏｒｐ．，Ａｒｍｏｎｋ，ＮＹ）を用いて行った。０．０５未満のＰ数値を有意とみなし、すべての統計学的検定は両側性であった。がん疾患の状態および交絡因子は独立変数と考えられ、ＶＯＣ量は従属変数と考えられた。Ｓｈａｐｉｒｏ−Ｗｉｌｋ統計検定を行った。
【００７９】
開発コホートにおけるがん群と非がん群の揮発性物質の存在量の有意差は、単変量Ｍａｎｎ−ＷｈｉｔｎｅｙのＵ統計検定を用いて評価した（データは非正規分布であったため）。単変量解析で有意であることが判明したＶＯＣをロジスティック回帰分析に含め、検証コホートに用いる診断モデルの基礎を形成した。受信者動作特性（ＲＯＣ）プロットは、偽陽性率（１−特異性）に対して真陽性率（感度）をプロットすることによって作成した。がん：非がんおよび腺がん：非がんの比較のために２つのＲＯＣプロットを作製した。Ａｒｅａ  Ｕｎｄｅｒ  Ｔｈｅ  Ｃｕｒｖｅ（ＡＵＣ）を用いて、モデルの予測力とがんと非がんを区別する能力を評価した。感度および特異性値をＲＯＣプロットの座標から抽出した。がん群は膵臓がんの全サブグループを含み、非がん群は陽性対照群と正常膵臓群の両方を含んだ。腺がん群は、限局性腺がんと転移性腺がんの両方のサブグループから構成されていた。
【００８０】
統計解析も行い、年齢、民族、性別、胃食道逆流症（ＧＥＲＤ）、膵炎、肝疾患、肝炎、糖尿病、喫煙状態およびアルコール摂取における群間の有意差を同定した。Ｋｒｕｓｋａｌ−Ｗａｌｌｉｓを連続年齢データに使用し、他の全ての名目上の潜在的交絡因子データを、予想されるカウント数および試験された変数の数に依存して、カイ二乗／フィッシャー正確検定／尤度比を使用して評価した。その後、全ての交絡因子を、線形回帰を用いてＶＯＣ存在量に対して試験した。
【００８１】
結果
患者
計６８例（表１参照）をモデル開発コホートに募集した。限局性腺がん（ｎ＝７）、限局性神経内分泌腫瘍（ＮＥＴ）（ｎ＝４）、転移性腺がん（ｎ＝１０）、転移性ＮＥＴ（ｎ＝４）、陽性対照（ｎ＝２０）、正常膵臓（ｎ＝２３）を含むがん（ｎ＝２５）群と非がん（ｎ＝４３）群に患者を割り付けた。
【００８２】
【表１】
2020533602.tif 000003
【００８３】
さらに６４名の患者を検証コホートに募集した。患者を再びがん（ｎ＝３２）群と非がん（ｎ＝３２）群に分け、局所腺がん（ｎ＝１４）、局所ＮＥＴ（２）、転移性腺がん（１４）、転移性ＮＥＴ（３）、陽性対照（２４）、正常膵（８）を含めた。がん群と対照群との間で、患者の人口統計学的特性または併存疾患に有意差は認められなかった（表１参照）。
【００８４】
ＶＯＣ分析
クロマトグラムの定性分析により、ＮＩＳＴデータベースから同定可能な６６のＶＯＣが得られた。これらのＶＯＣのうちの２２は、バックグラウンド空気中で高濃度であることが判明したか、または内因的に産生される可能性が低いと考えられたかのいずれかであるため、以降の分析から除外した。残りの４４のＶＯＣの識別、ならびにそれらの保持時間および特徴的なｍ／ｚ比を、その後、ＶＯＣ存在量の定量化に使用した。
【００８５】
Ｓｈａｐｉｒｏ−Ｗｉｌｋ試験は、全てのＶＯＣの存在量データが正規分布ではないことを明らかにした。単変量マンホイットニーＵテストは、開発コホート（ホルムアルデヒド、メタノール、ペンタン、イソプロピルアルコール、ｎ−ヘキサン、アセトイン、オクタナール、ウンデカナール、テトラデカン）内のがんの存在量が有意に変化した９つのＶＯＣ（表２）を明らかにした。
【００８６】
【表２】
2020533602.tif 000004
【００８７】
さらなる分析はまた、腺がん：非がん比較において有意に変化した存在量を有する１１のＶＯＣ（表２）（ホルムアルデヒド、メタノール、ペンタン、イソプロピルアルコール、ｎ−ヘキサン、１−ブタノール、アセトイン、プロパン酸、オクタナール、ノナナール、デカナール）を明らかにした。
【００８８】
これらの有意なＶＯＣのうち、４の存在量ががんにおいて増加することが見出され（ホルムアルデヒド、メタノール、イソプロピルアルコール、アセトイン）、残りの９ががん呼吸において減少することが見出された（ペンタン、ｎ−ヘキサン、１−ブタノール、プロパン酸、オクタナール、ノナナール、デカナール、ウンデカナール、テトラデカン）（表２）。この変化の方向は、開発コホートおよび検証コホートの両方からのデータにおいて、すべての有意なＶＯＣについて同じであることが見出された。
【００８９】
線形回帰分析（表３）により、すい臓がんの病状がすべての重要なＶＯＣ存在量の最も強力な予測因子であることが明らかになった。有意なＶＯＣの存在量の独立した予測因子である交絡因子は見つからなかった。
【００９０】
受信者動作特性（ＲＯＣ）分析
ＲＯＣプロット（図２および３参照）は、開発コホートのがん患者の呼吸に有意な変化が認められたＶＯＣのみを用いて、両コホートについて構築した。
【００９１】
モデル開発研究では、ＲＯＣプロットががん対非がんを区別するために、０．８９２（９５％  ＣＩ、０．８０６−０．９７８）のＡＵＣ、感度８４％、および特異度８８．４％を生成した。腺がん対非がんＲＯＣから生成されたＡＵＣは０．９４３（９５％  ＣＩ、０．８８６−０．９９９）で、感度は８８．２％、特異度は９０．７％であった。モデル検証研究では、がん対非がんを区別するためのＡＵＣは０．７６８（９５％  ＣＩ、０．６５−０．８８５）で、感度は７８．８％、特異度は７５．０％であった。腺がんと非がんを区別するためのＡＵＣは０．８５１（９５％  ＣＩ、０．７５３−０．９４８）で、感度は８５．２％、特異度は７０．０％であった。
【００９２】
議論
呼気中のＶＯＣのガスクロマトグラフィー質量分析定量は、膵臓がんの存在によって有意に変化した合計１３の化合物を同定した。有意なＶＯＣは、３つの主要な化学基、すなわちアルデヒド、脂肪酸およびアルコールからのものであった。すべてのＲＯＣモデルは、０．７を超えるＡＵＣとの良好な識別を示した。また、腺がんと非がんを区別するモデルでは識別がより強かった。これらの結果は、膵臓がんの診断ツールとしての呼気ＶＯＣ試験の可能性をさらに確立することができる、より大きな多施設試験の基礎を提供する。
【００９３】
膵臓がんにおいて有意に調節不全の呼吸ＶＯＣ数が最も多い化学基はアルデヒド基であった。現在、糖鎖抗原１９−９（ＣＡ１９−９）は膵臓がんに対して最も多く用いられている腫瘍マーカーである。しかし、それは非特異的であることが多く、膵炎、肝硬変、急性胆管炎、大腸がんなどを含む多くの良性および悪性の両方の病態で上昇している［３］。また、ルイスａ−／ｂ−遺伝子型［２４］のため、白人集団の５〜１０％では表されない。全体として、外科的に切除可能な膵臓がん患者でＣＡ１９−９の上昇を認めるのは６５％に過ぎない［３］。本試験の発見および早期検証段階を考慮すると、呼気中ＶＯＣとＣＡ１９−９試験との間で確固たる比較を行うことは望ましくない。
【００９４】
この研究の強みは、その新規性とデザインにある。この研究は、長期生存率が不良な後期段階で発症するアンメットニーズの疾患である膵臓がんを診断するための非侵襲的呼気検査の可能性を提供する。本研究のデザインの利点は、陽性対照群を含めること、患者ごとの参照検査を含めること、異なる呼気採取法を用いて揮発性バイオマーカーを検証するための独立した患者コホートを組み入れることである。ＲｅＣＩＶＡは再現性のある呼気収集法を提供し、一方、熱脱着管は揮発性化合物を約４週間安定に保つ堅牢な輸送システムを提供するので、検証研究で採用された方法は、多施設臨床研究に役立つ。
【００９５】
発症時のがん病期のパターンを変化させ、疾患の生存に影響を及ぼす可能性がある呼気検査の最終目標として、早期膵臓がんにおいて検査の性能を検討すべきである。今回の研究では、このグループが臨床診療における膵臓がん患者の大半を占めており、診断モデルによって見逃してはならないことから、局所進行性および転移性病変を有する患者を対象とした。
【００９６】
呼気ＶＯＣサンプリングは完全に非侵襲的な検査であり、現在の研究や私たちのチームが実施した他の研究で観察されたように、患者や臨床医による非常に高い許容性がある［１１、１７、１８、１９］。本発明者らは、ＣＴ画像診断のための紹介の指針となる非特異的症状を呈する患者における膵臓がんのリスクを確立するためのトリアージ調査として、呼気検査を使用することを想定している。別の検査場所は、遺伝性膵炎、家族性膵臓がん、最近発症した糖尿病および膵管内乳頭粘液性腫瘍などの高リスク群に対するスクリーニングである。患者ケア経路における呼気検査の最終的な位置は、大規模多施設臨床試験における検査感度および特異度、ならびに早期膵臓がん段階および高リスク群におけるその性能に依存する。
【００９７】
結論
呼気揮発性物質は、膵臓がん患者と非がん患者を区別する明確な潜在能力を有する。
【００９８】
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１６．Ｍａｒｋａｒ  ＳＲ，  Ｃｈｉｎ  ＳＴ，  Ｒｏｍａｎｏ  Ａ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｂｒｅａｔｈ  ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ  ｏｆ  ｃｏｌｏｒｅｃｔａｌ  ｃａｎｃｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｓｅｌｅｃｔｅｄ  ｉｏｎ  ｆｌｏｗ−ｔｕｂｅ  ｍａｓｓ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ．  Ｕｎｄｅｒ  ｒｅｖｉｅｗ  ｗｉｔｈ  Ｇａｓｔｒｏｅｎｔｅｒｏｌｏｇｙ．  
１７．Ｂｏｓｈｉｅｒ  ＰＲ，  Ｐｒｉｅｓｔ  ＯＨ，  Ｈａｎｎａ  ＧＢ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ  ｖａｒｉａｂｌｅｓ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｏｎ−ｌｉｎｅ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｅｘｈａｌｅｄ  ｔｒａｃｅ  ｇａｓｅｓ  ｂｙ  ＰＴＲ−ＭＳ］．  Ｔｈｏｒａｘ  ２０１１；  ６６：  ９１９−２０．
１８．Ｂｏｓｈｉｅｒ  ＰＲ，  Ｃｕｓｈｎｉｒ  ＪＲ，  Ｐｒｉｅｓｔ  ＯＨ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｌｅｖｅｌｓ  ｏｆ  ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｔｒａｃｅ  ｇａｓｅｓ  ｗｉｔｈｉｎ  ｔｈｒｅｅ  ｈｏｓｐｉｔａｌ  ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ：  ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ｂｒｅａｔｈ  ｔｅｓｔｉｎｇ．  Ｊ  Ｂｒｅａｔｈ  Ｒｅｓ  ２０１０；  ４：  ０３１００１．  
１９．Ｍａｒｋａｒ  ＳＲ．  Ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ  ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｆｒｏｍ  Ｅｘｈａｌｅｄ  Ｂｒｅａｔｈ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｏｅｓｏｐｈａｇｏ−ｇａｓｔｒｉｃ  ｃａｎｃｅｒ．  ＰｈＤ  ｔｈｅｓｉｓ，  Ｉｍｐｅｒｉａｌ  Ｃｏｌｌｅｇｅ  Ｌｏｎｄｏｎ  ２０１７．  
２０．Ｐｏｌｉ  Ｄ，  Ｇｏｌｄｏｎｉ  Ｍ，  Ｃｏｒｒａｄｉ  Ｍ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｌｄｅｈｙｄｅｓ  ｉｎ  ｅｘｈａｌｅｄ  ｂｒｅａｔｈ  ｏｆ  ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｌｕｎｇ  ｃａｎｃｅｒ  ｂｙ  ｍｅａｎｓ  ｏｆ  ｏｎ−ｆｉｂｅｒ−ｄｅｒｉｖａｔｉｓａｔｉｏｎ  ＳＰＭＥ−ＧＣ／ＭＳ．  Ｊ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ  Ｂ  Ａｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌ  Ｂｉｏｍｅｄ  Ｌｉｆｅ  Ｓｃｉ  ２０１０；  ８７８：  ２６４３−５１．  
２１．Ｍｏｃｈａｌｓｋｉ  Ｐ，  Ｓｐｏｎｒｉｎｇ  Ａ，  Ｋｉｎｇ  Ｊ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｒｅｌｅａｓｅ  ａｎｄ  ｕｐｔａｋｅ  ｏｆ  ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ  ｂｙ  ｈｕｍａｎ  ｈｅｐａｔｏｃｅｌｌｕｌａｒ  ｃａｒｃｉｎｏｍａ  ｃｅｌｌｓ  （ＨｅｐＧ２）  ｉｎ  ｖｉｔｒｏ．  Ｃａｎｃｅｒ  Ｃｅｌｌ  Ｉｎｔ  ２０１３；  １３：  ７２．  
２２．Ｍａ  Ｉ，  Ａｌｌａｎ  ＡＬ．  Ｔｈｅ  ｒｏｌｅ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ａｌｄｅｈｙｄｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｉｎ  ｎｏｒｍａｌ  ａｎｄ  ｃａｎｃｅｒ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌｓ．  Ｓｔｅｍ  Ｃｅｌｌ  Ｒｅｖ  Ｒｅｐｏｒｔｓ．  ２０１１；  ７：  ２９２−３０６．
２３．Ｄｅｎｇ  Ｓ，  Ｙａｎｇ  Ｘ，  Ｌａｓｓｕｓ  Ｈ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｄｉｓｔｉｎｃｔ  ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｌｅｖｅｌｓ  ａｎｄ  ｐａｔｔｅｒｎｓ  ｏｆ  ｓｔｅｍ  ｃｅｌｌ  ｍａｒｋｅｒ，  ａｌｄｅｈｙｄｅ  ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ  ｉｓｏｆｏｒｍ  １  （ＡＬＤＨ１），  ｉｎ  ｈｕｍａｎ  ｅｐｉｔｈｅｌｉａｌ  ｃａｎｃｅｒｓ．  ＰＬｏｓ  Ｏｎｅ  ２０１０；  ５：  ｅ１０２７７．  
２４．Ｒｏｓｅｎ  Ａ  Ｖｏｎ，  Ｌｉｎｄｅｒ  Ｓ，  Ｈａｒｍｅｎｂｅｒｇ  Ｕ，  ｅｔ  ａｌ．  Ｓｅｒｕｍ  ＣＡ  １９−９  ａｎｄ  ＣＡ  ５０  ｉｎ  ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｌｅｗｉｓ  ｂｌｏｏｄ  ｃｅｌｌ  ｓｔａｔｕｓ  ｉｎ  ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  ｍａｌｉｇｎａｎｔ  ａｎｄ  ｂｅｎｉｇｎ  ｐａｎｃｒｅａｔｉｃ  ｄｉｓｅａｓｅ．  Ｐａｎｃｒｅａｓ  １９９３；  ８：  １６０−５．
例２−大腸がん
大腸がん（ＣＲＣａ）が最も早期に診断された場合、ＣＲＣａ患者の１０人に９人以上が５年以上生存するのに対し、最後の病期で診断された場合は１０人に１人未満である［１］。しかし、ＣＲＣａの主要診断根拠としての腸症状の利用は、陽性的中率が非常に不良であることが示されている［２］。本研究では、大腸がんの存在と関連する独特の呼気揮発性有機化合物プロファイルを同定し、検証したことから、大腸がん診断経路に組み入れるための呼気分析の可能性が示唆された。
【００９９】
本研究の目的は、（ｉ）前向きコホート研究から、他の大腸疾患または正常な下部消化管（対照）を有する患者と比較して、ＣＲＣａ患者の呼気中のＶＯＣ濃度の変化を同定すること、（ｉｉ）結腸直腸症状または疾患を有する患者のさらなる前向きに収集したコホートでこれらの所見を検証すること、および（ｉｉｉ）ＣＲＣａ外科的切除後の再発の存在で観察された呼気からのＶＯＣの変化を同定すること、であった。
【０１００】
材料及び方法
サンプルサイズ：
研究（ｉ）−１５０例におけるプロファイリング診断調査（大腸がん５０例；炎症性腸疾患、ポリープおよび憩室疾患を含む陽性対照５０例および正常下部消化管（ＬＧＩ）内視鏡検査を受けた陰性対照５０例）。
【０１０１】
研究（ｉｉ）−７９例における独立診断的妥当性の検証；ＣＲＣａ患者２５例、および対照患者５４例、これは陽性対照患者と陰性対照患者の混合であった。
【０１０２】
研究（ｉｉｉ）−４０例における腫瘍再発を伴う臨床的検証；再発の証拠が認められなかった術後患者１９例および肝または腹膜再発が確認された患者２１例。全患者は、最初の大腸手術後少なくとも６か月であった。
【０１０３】
サイト：セントメアリーズ病院
倫理承認：ＮＨＳ保健研究所（ＮＲＥＳ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  Ｌｏｎｄｏｎ−Ｃａｍｄｅｎ  ａｎｄ  Ｉｓｌｉｎｇｔｏｎ）２０１４年７月１６日に取得された承認（ＲＥＣ参照１４／ＬＯ／１１３６）。治験登録番号：ＵＫＣＲＮ１８０６３。
【０１０４】
選択基準：下部消化管内視鏡検査または大腸がんの手術またはＬＧＩ症状の調査のために、セントメアリー病院に通院している患者（研究（ｉ）および（ｉｉ））。フォローアップのために腫瘍クリニックに通う患者を研究（ｉｉｉ）のために募集した。
【０１０５】
除外基準：活動性感染または肝疾患が証明されている患者。
【０１０６】
呼気サンプリング方法：全患者に本研究に組み入れる同意書に署名するよう依頼した。本発明者らは以前の臨床研究［９］において使用されたサンプリングプロトコルに従い、このプロトコルは、ＶＯＣ測定に対する呼吸操作および病院環境の影響についての研究によって報告された［１４，１５］。患者は呼気サンプル採取前に最低４時間絶食した。患者は呼気サンプリングの少なくとも２０分前に同じ領域で安静にし、全ての呼気サンプルを内視鏡または手術の前に回収した。患者は１回の深鼻吸入を行ってから、１ｍＬのルアーロックシリンジ（Ｔｅｒｕｍｏ  Ｅｕｒｏｐｅ、ルーベン、ベルギー）を介して、確実な二重厚さ（２×２５μｍ）のナロファン（Ｋａｌｌｅ  ＵＫ  Ｌｔｄ．，ウィザム、英国）バッグへの口からの完全な呼気を行うように求められた。
【０１０７】
サンプル分析：各ＶＯＣ測定のために、１ｍｌのルアーロックシリンジからシリンジプラグを取り外し、ナロファンバッグをシリンジバレルを介してＳＩＦＴ−ＭＳ機器のサンプル注入口アームに直接接続した。マルチイオンモニタリングモードについては、呼気からの選択的ＶＯＣを合計６０秒間分析し、測定濃度を各ＶＯＣについてこの時間をわたって平均した。これは単一のセンター研究であったので、各呼気サンプルは患者から採取されたサンプルの１時間以内に分析され、したがって、ナロファン呼気バッグは本発明者らのグループによって行われた以前の研究と同様に使用された［９］。方法論的研究は、患者のサンプリング時から２時間までの微量ＶＯＣの安定性を実証した［１６］。
【０１０８】
選択イオンフローチューブ質量分析（ＳＩＦＴ−ＭＳ）：ＳＩＦＴ−ＭＳはオンラインでリアルタイムのＶＯＣ定量化を可能にする［１１，１２］。ＳＩＦＴ−ＭＳの原理は、空気中または蒸気サンプル中のＶＯＣの化学イオン化による直接質量分析に基づいている。選択された前駆体イオン（Ｈ３Ｏ＋、ＮＯ＋およびＯ２＋）がヘリウムキャリアガスに注入され、４重極質量分析計によって下流で検出される特徴的な積イオンの生成により、呼気サンプル内のＶＯＣがイオン化される。下流の検出システムで前駆体イオンおよび特徴的な生成物イオンの両方の計数率を測定することによって、リアルタイムの定量化が達成され、１０億分の１体積部または１００万分の１体積部での微量化合物および揮発性化合物の絶対濃度が実現される。ＳＩＦＴ−ＭＳは、嚢胞性線維症や膀胱がんなどの病態を有する患者の呼気や尿中のＶＯＣの研究に利用されている［１７，１８］。前記ＳＩＦＴ−ＭＳ技術は、サンプル調製なしで吸気口などの生物標本中のＶＯＣをリアルタイムで検出・定量化することを可能にする［１９］。本発明者らは、ＳＩＦＴ−ＭＳ［２０］を用いてＶＯＣ測定の再現性をすでに確認している。
【０１０９】
臨床データ：同意を得た医師または研究者が、患者から提供された情報ならびに臨床調査を用いて、詳細な医療プロフォーマを完成した。これらのデータには、患者の人口統計学的特性、腫瘍の特性、併存疾患、薬物療法およびライフスタイルの測定が含まれた。患者ごとに診断的内視鏡検査および／または手術所見を記録した。
【０１１０】
比較のための基準：組織学的検査で確認された内視鏡所見を、ＣＲＣａまたは対照コホートへの患者分類のゴールドスタンダードとして使用した。術後患者については、ルーチンの追跡調査の一環として実施された最新のＣＴスキャンを用いて、術後再発患者を同定した。
【０１１１】
統計分析：ＳＩＦＴ−ＭＳ出力データは呼気呼吸からのＶＯＣの測定濃度を提供する。その後、これらの濃度を研究グループ全体で単変量統計、Ｋｒｕｓｋａｌ−Ｗａｌｌｉｓ検定を用いて比較した。次いで、単変量統計で有意であったＶＯＣを、従属変数をＣＲＣａの存在とする多変量ロジスティック回帰モデルに取り込んだ。受信者動作特性（ＲＯＣ）曲線を構築するために、がん状態を従属変数として使用し、多変量ロジスティック回帰モデルからの有意なＶＯＣの合計濃度を独立変数として使用した。統計学的有意性を割り当てるために＜０．０５のＰ値を用いた。全ての統計解析は、統計ソフトウェアＳＰＳＳ（バージョン２２）を用いて行った。
【０１１２】
クロスプラットフォームＧＣ−ＭＳ検証：ＳＩＦＴ−ＭＳを用いて吸気口に入ったＶＯＣを確認するために、発明者はＧＣ−ＭＳを標準分離技術とするクロスプラットフォーム検証を実施した。２０名の患者から同じ方法を用いて呼気を採取した。各ナロファン呼気バッグからのＶＯＣ含有量はＧＣ−ＭＳ分析に先立ち、ＳＫＣ  ２１０−１００２シリーズエアサンプリングポケットポンプ（ＰＡ、米国）を使用して、５０ｍＬ／分で不活性コーティングされたステンレス鋼Ｔｅｎａｘ／Ｃａｒｂｏｇｒａｐｈ−５ＴＤ吸着剤チューブ（Ｍａｒｋｅｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌｔｄ、Ｌｌａｎｔｒｉｓａｎｔ、英国）に移した。５９７７Ａ  ＭＳＤ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、チェシャー、英国）を備えたＡｇｉｌｅｎｔ  ７８９０Ｂ  ＧＣを使用し、Ｍａｒｋｅｓ  ＴＤ−１００熱脱着ユニット（ＴＤＵ）に連結した。２段階熱脱着プログラムを５０ｍＬ／分の一定ヘリウム流量で使用した。一次脱着段階では、ＴＤチューブサンプルを３分間ドライパージした後、２８０℃に１０分間加熱した。二次脱着段階の間、コールドトラップ（Ｕ−Ｔ１２ＭＥ−２Ｓ）からのＶＯＣを９９℃／分の加熱速度で１０℃から２９０℃まで急速に脱着させ、４分間保持してＶＯＣをＧＣに完全に移動させた。ＴＤＵからＧＣへの流路を１４０℃で常に加熱した。
【０１１３】
ＶＯＣ分離は、１．０ｍＬ／分のヘリウム担体でプログラムされたＺＢ−６２４キャピラリーカラム（６０ｍ×０．２５ｍｍ  ＩＤ  ×１．４０μｍ  ｄｆ；Ｐｈｅｎｏｍｅｎｅｘ  Ｉｎｃ、トーランス、米国）で行った。オーブン温度プロフィールを、最初に４０℃で４分間設定し、１００℃に上昇させ（１分間保持で５℃／分）、１１０℃に上昇させ（１分間保持で５℃／分）、２００℃に上昇させ（１分間保持で５℃／分）、４分間保持で１０℃／分で２４０℃に最終上昇させた。ＭＳ移送ラインを２４０℃に維持し、ＥＩ源を７０ｅＶおよび２３０℃に設定した。ＭＳアナライザーは、６スキャン／秒に近似したデータ収集で、２０〜２５０ｍ／ｚの範囲にわたって収集するように設定した。ＧＣ−ＭＳデータはＭａｓｓＨｕｎｔｅｒソフトウェアバージョンＢ．０７  ＳＰ１（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）を使用して処理し、分離されたＶＯＣ成分のＭＳデータは、同定のためにＮＩＳＴ質量スペクトルライブラリー（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ｖｅｒｓｉｏｎ  ２．０）と比較した。
【０１１４】
結果
（ｉ）試験−プロファイリング診断試験
１５０例（大腸がん５０例、下部消化管の他の病態を有する患者（陽性対照）５０例、下部消化管が正常な患者（陰性対照）５０例）。陽性対照患者のうち、１５例（３０％）に炎症性腸疾患が認められ、２１例（４２％）に下部消化管内のポリープが認められ、１４例（２８％）に憩室疾患が認められた。憩室疾患および炎症性腸疾患を有する全患者は、呼気サンプリング時に活動性憩室炎または大腸炎を有さなかった。
【０１１５】
患者の医学的併存疾患の比較分析では、ＣＲＣａ群の７０歳以上の患者の割合の増加（表１ａ参照）を除き、群間に有意差は認められなかった。
【０１１６】
【表３】
2020533602.tif 000005
【０１１７】
また、対照群において腸管前処理を受けた患者の割合が増加した（表１ａ）。下部消化管内視鏡検査への紹介を促した主症状の比較分析では、ＣＲＣａ群で貧血患者の割合が増加したことを除いて（表１ｂ参照）、群間に有意差は認められなかった。
【０１１８】
【表４】
2020533602.tif 000006
【０１１９】
群間の薬物使用の比較分析は、ＣＲＣａ群内のプロトンポンプ阻害剤およびクロピドグレルの使用の増加を示した（表１ｃ参照）。
【０１２０】
【表５】
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【０１２１】
ＣＲＣａ患者５０例のうち、５２％が直腸の腫瘍、６６％が中分化型腫瘍、４８％がＴ３および５２％がＮ０腫瘍であり、患者の３４人％が術前にネオアジュバント療法を受けていた（表２参照）。
【０１２２】
【表６】
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【０１２３】
７つの化合物はがん群と対照群との間で有意差が認められ、そのうち多変量解析で大腸がんと有意に関連していたのはプロパナール（ＮＯ＋）のみであった（表３参照）。
【０１２４】
【表７】
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【０１２５】
これまでの調査では、飽和アルデヒドとＮＯ＋試薬の間で特定の水素化物移動反応が起こるため、ＳＩＦＴ−ＭＳによるプロパナルアルデヒドの信頼性の高い定量化が実証されている［１８］。ＳＩＦＴ−ＭＳ分析と並行して、ＧＣ−ＭＳによるクロスプラットフォーム分析は、プロパナールピークががん呼気サンプルの間で８．９２分の保持時間（ＲＴ）でガスクロマトグラムにおいて明確に観察されたことを解明する。選択されたＺＢ−６２４キャピラリーカラムはプロパナールを豊富なアセトンピーク（ＲＴ９．１１分）から分離するのに十分な分解能効率を提供したが、それらは両方とも５８ｍ／ｚの共通フラグメントイオンを有する。本発明者らは、ＮＩＳＴライブラリーマッチングとプロパナールピーク（２９ｍ／ｚ、３９ｍ／ｚおよび５８ｍ／ｚの特徴イオン）のデコンボリューションされた質量スペクトル詳細の高い類似性を示した。
【０１２６】
表４はバイオマーカーとして試験されたＶＯＣの範囲を示し、再びプロパナールは、多変量解析において大腸がんと有意に関連することが示された。
【０１２７】
【表８】
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【０１２８】
プロパナール（ＮＯ＋）は、陰性対照（ＲＯＣ曲線下面積＝０．９０±０．０３（図１ａ参照））および陽性対照（ＲＯＣ曲線下面積＝０．８３±０．０４（図１ｂ参照））と比較した場合、大腸がんに対する１回の呼気バイオマーカーと同様に良好に機能した。２８ｐｐｂｖの閾値に基づく単一呼気バイオマーカーとしてプロパナールを陰性対照からＣＲＣａを区別することにおいて、９６％の感度および７６％の特異性を有した。２８ｐｐｂｖの閾値でのプロパナールも、感度９０％、特異度６６％でＣＲＣａを陽性対照患者と区別することができた。
【０１２９】
ＣＲＣａで見られるプロパナール濃度の上昇が群間で異なる交絡因子の結果ではないことを保証するために、多変量線形回帰分析を行い、ＣＲＣａの存在がプロパナール濃度の上昇と有意に関連する唯一の因子であることを実証した。
【０１３０】
研究（ｉｉ）−独立した診断検証
総計７９名の患者を被験者とし、ＣＲＣａ患者２５名、対照患者５４名を被験者とした。対照患者５４例のうち、３１例（５７．４％）は内視鏡検査で正常な下部消化管を有し、１２例（２２％）はポリープ、７例（１３％）は憩室疾患、４例（７％）は炎症性腸疾患であった。患者の医学的共存症、投薬の使用および主症状を比較分析したところ、７０歳以上の患者の割合が増加し、大腸がん群で貧血を呈する割合が増加したことを除いて、群間に有意差は認められなかった。
【０１３１】
プロパナールは対照群と比較した場合、ＣＲＣａ群で有意に上昇した（中央値３０対１９ｐｐｂｖ；Ｐ＜０．０１）。プロパナール（ＮＯ＋）はＲＯＣ曲線下面積が０．７９±０．０６の対照患者と比較した場合、ＣＲＣａに対する１回の呼気バイオマーカーと同様に良好に機能した（図２）。再び、２８ｐｐｂｖの閾値を使用して、これは、ＣＲＣａの診断について、８３．３％の感度および８４．７％の特異性をプロパナールに与えた。
【０１３２】
研究（ｉｉｉ）−腫瘍再発を伴う臨床的検証
計４０例を被験者に、再発の証拠のない術後患者１９例と再発が証明された患者２１例について検討した。再発例のうち５例は孤立性肝再発であり、１６例は腹膜再発のみ、あるいは肝・腹膜再発を同時に認めた。患者の医学的共存症の比較分析、および投薬の使用は、群間で有意差を明らかにしなかった。
【０１３３】
プロパナール濃度は、非再発群と比較してＣＲＣａ再発患者で有意に上昇した（中央値３８対１９ｐｐｂｖ；Ｐ＜０．０１）。プロパナール（ＮＯ＋）はＲＯＣ曲線下面積が０．８１±０．０７のＣＲＣａ再発患者を同定する際の単一呼吸バイオマーカーとして採用した（図３）。２８ｐｐｂｖの閾値を用いると、手術後に再発した患者を同定する上で、プロパナールの感度は７１．４％、特異度は９０．９％であった。図４は、４つの疾患状態にわたるプロパナール濃度の変化を示す。
【０１３４】
全３つの研究を通して、全患者が研究への参加を勧められ、勧誘を受け入れ、研究に参加し、患者の受容率は１００％であった。
【０１３５】
議論
本研究の結果は、プロパナールがＣＲＣａの診断のための単一呼気バイオマーカーとなる可能性を有することを示唆する。プロパナールは、ＣＲＣａを有する良好な診断精度の患者を、他の大腸疾患を有する患者および内視鏡的に正常な下部消化管を有する被験者と区別するようであった。これらの所見は、独立した診断研究および大腸がん再発患者において検証されている。多変量解析で示されたように、プロパナール濃度の上昇は患者因子に影響されなかった。プロパナールは食道胃がんのＶＯＣ呼気モデルの成分ではなく［９］、上部および下部消化管のがんは将来の臨床診療においてがん特異的分析を可能にする可能性のある、明確な非重複呼吸プロフィールを有することを示唆している。
【０１３６】
ＧＣ−ＭＳを用いたＡｌｔｏｍａｒｅらの先行研究では、ＣＲＣａ患者と対照患者との間で有意差が認められた呼気由来のＶＯＣが１５種類同定された［１０］。これらのうち、検出されたアルデヒドはノナナールおよびデカナールのみであった。Ａｌｔｏｍａｒｅらは患者のプロスペクティブコホートで所見を検証しようと試みたが、７８人の患者で開発された初期モデルは２５人の患者のみで検証された。Ａｌｔｏｍａｒｅらが採用した方法論はＧＣ−ＭＳ上のアルデヒド類の過少分析を使用した。この方法論がノナナールやデカナールのような長鎖アルデヒド類の測定を可能にするが、プロパナールのような短いアルデヒド類はより揮発性が高くて失われるものでは、可能でない。これは、本発明者らの研究とＡｌｔｏｍａｒｅ研究との間で観察された結果の差異における主要な要因であり得る［１０］。さらに、Ａｍａｌらによる最近の研究では、同様にＧＣ−ＭＳを使用しても、ＣＲＣａ群と対照群との間で異なる呼気中のアルデヒドは同定されなかった［２１］。異なる質量分析技術は、研究間の差異を説明し得る。ＣＲＣａにおける診断モデルの基礎としての短鎖および長鎖アルデヒドの組み合わせは、さらなる研究を必要とする。
【０１３７】
プロパナール（ＣＨ３ＣＨ２ＣＨＯ）は飽和３炭素アルデヒドであり、アセトンの構造異性体である。ガスクロマトグラフィー質量分析を用いたクロスプラットフォーム検証により、プロパナール同一性を確認した。プロパナール濃度上昇の最も妥当な説明は、大腸がんにおけるアルデヒド代謝の障害である［２２］。特に、大腸がんではアルデヒドデヒドロゲナーゼ−１の発現が調節不全であることが明らかにされており、ネオアジュバント化学療法に対する反応とともに、独立して長期生存に影響を及ぼす［２３，２４］。プロパナールの上昇のもう一つの寄与因子は、腸内細菌叢の変化と、微生物とがん発生における適応免疫応答との複雑な相互作用である［２５，２６］。
【０１３８】
大腸がんに対する呼気検査の開発に向けた初期の研究として、これらの研究の利点は以下の通りである：（ｉ）単一の揮発性バイオマーカーの発見、（ｉｉ）サンプル調製を必要としない定量的質量分析法を用いた診断のための検査閾値の設定、（ｉｉｉ）ＣＲＣａ患者および切除後の腫瘍再発患者の２つの前向きコホートにおける独立した検証の実施、および（ｉｖ）全患者が比較のための基準として下部消化管内視鏡検査を有していた。２８ｐｐｂｖの閾値を用いることで、診断精度が７９〜９０％の範囲でがんを対照群と区別することが可能であり、現在臨床現場で行われている糞便潜血および糞便免疫化学検査と同等である［３〜６］。以前の呼気研究はリスク予測モデルを生成するために、いくつかのＶＯＣの変化の組み合わせに大きく依存してきた［９，１０，２１］。単一のＶＯＣバイオマーカーと病態との関連性を実証した研究はわずかしかない；シアン化水素と緑膿菌感染、およびペンタンと炎症性腸疾患［２７，２８］。他方、本発明者らの研究は、臨床的および分析的側面の両方において、単一のセンター研究の限界を有する。現在、試験精度についての決定的な答えを提供する能力を有するより大規模な多施設試験が計画されている。呼気試験の実施には、ＣＲＣａの初期段階での調査が必要である。本発明者らは短期間にわたる実験測定の再現性を示したが［２０］、異なる実験室において、または中央実験室において同じ機器を用いて、長期間にわたる質量分析機器を使用した結果の再現性は、提案された呼気検査の臨床的摂取前に慎重に検討する必要がある。さらに、プロパナール産生およびアルデヒド調節不全のメカニズムは、交絡因子の理解を改善し、試験を実施する際の制御手段を改善することができる将来の研究のための重要な領域であり続けている。
【０１３９】
ここで記述した発見および検証実験は、大腸がん、良性疾患または内視鏡的に正常な結腸を有する症候性結腸直腸患者において実施した。確定診断精度研究を計画している間に、大腸がんに対する呼気検査の提案された場所を研究することは重要である。本発明者らは患者に内視鏡検査を行うように指示するために、このような検査をトリアージ調査として使用することを想定している。この検査が許容可能な感度と特異度および患者の受容性を有するならば、費用対効果が証明され、大腸症状を有する患者の診断経路が改善される可能性がある；早期に概説するには重要な視点を検討するためにいくつかの研究が必要な影響である。
【０１４０】
結論
本研究は、１回の呼気バイオマーカー（プロパナール）とＣＲＣａの原発性存在および再発との関連を示唆する。これらの知見を検証するためには、更なる多施設共同検証試験が必要である。
【０１４１】
参考文献
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【図１】
2020533602.tif 000011
【図２Ａ−１】
2020533602.tif 000012
【図２Ａ−２】
2020533602.tif 000013
【図２Ａ−３】
2020533602.tif 000014
【図２Ｂ】
2020533602.tif 000015
【図３Ａ】
2020533602.tif 000016
【図３Ｂ】
2020533602.tif 000017
【図４】
2020533602.tif 000018
【図５】
2020533602.tif 000019
【図６】
2020533602.tif 000020
【図７】
2020533602.tif 000021
【国際調査報告】
2020533602.tif 000022
2020533602.tif 000023
2020533602.tif 000024
2020533602.tif 000025
2020533602.tif 000026
2020533602.tif 000027