認知症診療が変わる！認知症の⾎液診断法の開発
量⼦科学技術研究開発機構
量⼦⽣命・医学部⾨量⼦医科学研究所脳機能イメージング研究部（併任：量⼦医学・医療部⾨ＱＳＴ病院 治療診断部）
医⻑ 徳⽥ 隆彦

2021年7⽉13⽇

20172019年６⽉ 20 ⽇厚⽣労働省⽼健局「認知症施策の総合的な推進について(参考資料)」

バイオマーカーの最重要条件
は神経病理(病態)の本質的な特徴を検出すること

アルツハイマー病
Alzheimer’s
disease:⽼⼈斑,
⼤脳senileplaqueアルツハイマー病
Alzheimer’sdisease:
神経原線維変化,⼤脳NFT& neuropil thread(Neurobiol Aging. 1998)

アミロイドβ(Aβ)蛋⽩

クロイツフェルト・ヤコブ病
CJD:
プリオン蛋⽩の蓄積,
PrP deposits, Cbll ⼩脳タウ(tau)蛋⽩パーキンソン病
Parkinson’sdisease:
レビー⼩体・突起,⿊質Lewybody & neurite,
SNハンチントン病
HunCngton’sdisease:
核内封⼊体(ハンチンチン)
Ub(+) hunCngCn incl.

神経変性疾患の多くは異常(凝集)蛋⽩蓄積病
Haass C, Selkoe DJ. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007; 8: 101-12.

バイオマーカー(BM)のmodality: 定義・⽬的 & ⽅法
定義: 正常の⽣物学的過程, 病的過程, あるいは治療的な介⼊に対する薬理学的反応の指標として客観的に測定され, 評価される”特性”.

<⽬的>

1) 診断マーカー(diagnostic
診断バイオマーカー1)
BM)＞ 疾患の診断(発症後)<⽅法>

1) ⽣理学的検査/感覚検査(1) 嗅覚検査 など(2) 電気⽣理学的検査＞ 発症前診断 / 発症リスクの診断
2) 画像検査
Prodromal (Premotor) biomarker(1) MRI (structural MRI)
＞ 新規の分⼦マーカー(網羅的解析など)(2) PET/ SPECT→ 未知の病態発現機序の解明(3) 機能画像(DaT scan, MIBGシンチ)

2) Surrogate biomarker＞ 重症度・進⾏度の評価
Progression biomarker＞ 治療効果の判定＞ 予後の判定・予測
Prognostic biomarker

Amyloid-&&TauTauimaging
imaging(4) Amyloid(病理診断の代⽤)

3) 遺伝⼦検査
4): CSF, blood4)⽣化学的検査
生化学的バイオマーカー(1) 候補分⼦(蛋⽩): CSF, blood① Aβ, tau; ② α-synuclein, etc.

(2) 網羅的解析① metabolomics; ② proteomics

私のバイオマーカー研究: 脳脊髄液 & ⾎液京都府立医科大学✓信州大学
2020年4⽉からは共同研究者の建部, SimoaマシンとELISA
ともに量⼦研(QST, 千葉)
Ann Neurol 1997
⾎漿 Aβに異動
Citation 84

ダウン症患者の⾎液中では✓ 2020年9⽉1⽇にTTB社をアミロイドβ蛋⽩(Aβ:Aβ40,Aβ42)がともに増加
設⽴IP-MS
⾎清 TTR

Amyloid 1999

脳脊髄液バイオマーカー

SAS-ELISA

Decreased
α-synuclein in cerebrospinal fluid of aged individuals and ⬅世界で初めてパーキンソン病患者では髄液中のα-シヌクレインが減少
CSF α-Synを
subjects with Parkinson’s disease.
BBRC 2006; 349: 162-166 定量
Citation = 299
Increased
TDP-43 protein in cerebrospinal fluid of patients with
⬅世界で初めて筋萎縮性側索硬化症患者では髄液中のTDP-43が増加
CSF TDP43を
amyotrophic lateral sclerosis.
Acta Neuropathol 2009; 117: 55-62 定量
Citation = 130
High-molecular-weight-amyloidoligomers are elevated in
アルツハイマー病患者では髄液中のAβオリゴマーが増加⬅2018に和光
cerebrospinal fluid of Alzheimer patients.
純薬からKit化
FASEB J 2010; 24: 2716-26
Citation = 177
世界で初めてDetection of elevated levels of α-synuclein oligomers in CSF fromパーキンソン病患者では髄液中のα-シヌクレインオリゴマーが増加
CSF α-Syn

⾎液中の変異TTRを免疫沈降/質量分析法(IP-MS)で検出
⽥中耕⼀⽒のNobel賞(2002)
より前

ELISA

patients
with Parkinson disease.
Citation= 296
Neurology 2010; 75: 1766-72
Citation = 308

Simoa⬅oligomerを定量

⾎液バイオマーカー

アルツハイマー病患者では⾎液中のリン酸化タウ(p-tau)が増加 世界で初めて⬅⾎中p-tauを
Mol Neurodegener 2017.Sep.4; 12: 63
Cita%on = 88
定量Citation 70

TDP-43

QSTでの目標：
それぞれの認知症性疾患・神経変性疾患に特異的な異常凝集・蓄積蛋白を画像・血液バイオマーカー(BM)によって、生体中から(死後の病理組織ではなく)検出・定量する

アルツハイマー病(AD)バイオマーカー(画像・体液BM)の現状と課題
課題＞
現状＞
1)画像BM(アミロイド/タウ-PET)は臨床応⽤も開始→効率性(throughput), コスト,汎⽤性, 簡便性 が問題
病理診断に代わりうる確定診断ツール

ADは頻度の多い病気(6,000/10万;
cf. ALS 5-10/10万; PD 150/10万)2)⽣化学BM①髄液BMは多くの研究により確⽴されたBMが存在 → 侵襲性, 簡便性, 汎⽤性 が問題
Aβ, t-タウ, p-タウの有⽤性(⾼い感度・特異度) (効率性: 健診には不向き)
が確⽴・検証済み②⾎液BMは近年, 急速に報告が増加している→→→ 信頼性が現状では不⼗分⇒脳病理が診断されている患者 &⼤規模コホートでの検証が必要

現在求められているBM⇒髄液BMから, ⾎液BMへ✓安価, ⾮侵襲的, 簡便(医師以外も採取可能)・効率的(健診でも実施可能)✓画像診断と補完的な体液BMは, 髄液ではなく, ⾎液BM!

アルツハイマー病(AD)バイオマーカー(画像・体液BM)の現状と課題
課題＞
現状＞
1)画像BM(アミロイド/タウ-PET)は臨床応⽤も開始→効率性(throughput), コスト,汎⽤性, 簡便性 が問題
病理診断に代わりうる確定診断ツール

ADは頻度の多い病気(6,000/10万;
cf. ALS 5-10/10万; PD 150/10万)2)⽣化学BM
⾎液BMの課題:①脳由来のBM分⼦は⾎中では極微量⇒測定が可能か？
①髄液BMは多くの研究により確⽴されたBMが存在 → 侵襲性, 簡便性, 汎⽤性 が問題
Aβ, t-タウ, p-タウの有⽤性(⾼い感度・特異度) (効率性: 健診には不向き)②⾎中で測定したBMは本当に脳由来なのか？
が確⽴・検証済み②⾎液BMは近年, 急速に報告が増加している→→→ 信頼性が現状では不⼗分⇒脳病理が診断されている患者 &⼤規模コホートでの検証が必要

現在求められているBM⇒髄液BMから, ⾎液BMへ✓安価, ⾮侵襲的, 簡便(医師以外も採取可能)・効率的(健診でも実施可能)✓画像診断と補完的な体液BMは, 髄液ではなく, ⾎液BM!

アルツハイマー病: 脳病態の時間的経過と体液BM

ATN
年齢(歳)

MCI$	 

50#

認知機能障害(神経細胞障害)60#80#

神経細胞毒性にはtau病理が必須✔ NFTの形成は神経細胞脱落および認知機能障害と正の相関

Accelerate& Spread

タウ蛋白の蓄積
神経原線維変化
内側側頭葉へのリン酸化タウ蓄積(正常加齢)

Aβアミロイド病理

70#	 

ND,.
oβuatA
アミロイド病理は認知機能障害に20年先⾏

NeuroDegeneration
アルツハイマー病のタウ病理

新⽪質へSpread

TauAmyloid

認知機能障害出現時にはすでに飽和しているアルツハイマー病: 脳病態の時間的経過と体液BM

ATN
年齢(歳)

ATN
biomarker
classification
system	 
MCI$

50#

60#

70#	 

80#

et al. Alzheimer’s & Demen%a 14 (2018) 535-562
認知機能障害 C.R. Jack Jr.神経細胞毒性にはtau病理が必須✔ NFTの形成は神経細胞脱落および認知機能障害と正の相関(神経細胞障害)

Accelerate& Spread

タウ蛋白の蓄積
神経原線維変化
内側側頭葉へのリン酸化タウ蓄積(正常加齢)

Aβアミロイド病理

,.
oβAN
Duat

アミロイド病理は認知機能障害に20年先⾏

アルツハイマー病のタウ病理

新⽪質へSpread

ATN-BM 体液BM
(髄液)
NfL(t-tau)
NeuroDegeneration
Taup-tau

Amyloid
認知機能障害出現時にはすでに飽和している

Aβ42
Aβ42/40

アルツハイマー病: 脳病態の時間的経過と体液BM

ATN
年齢(歳)

MCI$	 

50#

認知機能障害(神経細胞障害)

60#

70#

80#

ATN-BM 体液BM
(髄液)

徳田は血液で定量可能
NfL
神経細胞毒性にはtau病理が必須(t-tau)✔ NFTの形成は神経細胞脱落および認知機能障害と正の相関
Accelerate& Spread

タウ蛋白の蓄積
神経原線維変化
内側側頭葉へのリン酸化タウ蓄積(正常加齢)

Aβアミロイド病理	 

,.
oβA

N
Duat

アミロイド病理は認知機能障害に20年先⾏

NeuroDegeneration
アルツハイマー病のタウ病理

新⽪質へSpread

Taup-tau

Amyloid
認知機能障害出現時にはすでに飽和している

Aβ42
Aβ42/40

従来技術とその問題点✓既に治験などで⽤いられているバイオマーカー(BM)には,画像BMおよび髄液BMがあるが、画像BM: 効率性(スループット), コスト, 汎⽤性, 簡便性が課題
髄液BM: 侵襲性, 効率性, 汎⽤性(⼿技が専⾨的), 簡便性が問題✓⾎液BM: 簡便, ⾮侵襲的, 安価, 汎⽤性・効率性に優れる
近年, 報告が急速に増えているが, 未だ臨床的な有⽤性が⼗分検証されたものはない⇒信頼性が現状では不⼗分：開発・検証には脳病理の診断が担保されている患者 & ⼤規模サンプルでの検証が必要⇒課題: 超⾼感度測定が必要, ⾎液BMが脳由来であることの担保

従来技術とその問題点✓既に治験などで⽤いられているバイオマーカー(BM)には,画像BMおよび髄液BMがあるが、画像BM: 効率性(スループット), コスト, 汎⽤性, 簡便性が課題
髄液BM: 侵襲性, 効率性, 汎⽤性(⼿技が専⾨的), 簡便性が問題✓⾎液BM: 簡便, ⾮侵襲的, 安価, 汎⽤性・効率性に優れる
近年, 報告が急速に増えているが, 未だ臨床的な有⽤性が⼗分検証されたものはない⇒信頼性が現状では不⼗分：開発・検証には脳病理の診断が担保されている患者 & ⼤規模サンプルでの検証が必要⇒課題: 超⾼感度測定が必要, ⾎液BMが脳由来であることの担保
⾎液BMは期待度は⾮常に⾼いが, 現状では臨床的には利⽤されていない。

新技術の特徴・従来技術との⽐較
従来の⾎液BMの課題は,量研機構(QST)では解決が可能。
1)極微量の⾎中BMの超⾼感度測定技術 ⇒ 超⾼感度マシン “Simoa”(国内で最初に導⼊)
2)⾎液BMが脳由来であることの確認 ⇒ PET, 髄液BMとの相関で確認
3)⾎液BMの信頼性①脳病理診断の担保 ⇒ QSTでは疾患特異的なPETで脳病理を確認した
患者 & 健常者の⾎液検体で開発・検証が可能②⼤規模コホートでの検証 ⇒ QSTが中⼼となって”MABB”を設⽴

1)極微量の⾎中BMの超⾼感度測定技術 ⇒ “Simoa”

Simoa(single molecule array)

従来のELISA法の1000倍の感度でBMの測定が可能！

1)極微量の⾎中BMの超⾼感度測定技術 ⇒ “Simoa”
2)⾎液BMが脳由来であることの確認 ⇒ 髄液BMとの相関
徳⽥・建部: 世界で初めてヒト⾎液中のリン酸化タウ(p-tau)を定量: 2017(特願2017-14827)

0.5

AD>Control

p < 0.01

0.4
0.30.21002Correlation btwn MMSE & p-tau_2018.2analysed
0.50.4500.300.0
Control
AD (n=20)
Control(n=15) AD✔検出限界(LOD)は 0.0090 pg/mL(⾎漿50 μLで可能)(従来のELISA法の約1000倍の感度:

0.40.3

AUC = 0.786
0.2%
Sensitivity = 60.0
Specificity = 85.7 %0.20.0 002=0.4525
2R
R =0.4525
P=0.0233p=< 0.0233
0.05

R =0.3244
pp =< 0.0170
0.05

0.1

0.1

⾎液中と髄液中のp-tau181の定量(n=11)

p-tau181 in plasma (pg/ml)

p-tau181(pg/ml)p-tau181(pg/mL)0.6

⾎液中のp-tau181と認知機能との相関(AD群: n=20)
p-tauSensitivity%
Sensitivity%

⾎液中のp-tau181の定量(Simoa: AD vs. Control)

550

1015

100100%100%- Specificity%−MMSE
Specificity%

0.1

0.020

AD群における血漿p-tau値と患者のMMSEとの間には有意な相関050

100150p-tau181 in CSF (pg/ml)

⾎漿中と髄液中のp-tau濃度には有意な正の相関が認められた

3) ⾎液BMの信頼性 ①脳病理診断の担保 (特異的PET検査)
QSTで開発中のPET画像と⾎液BMを統合した包括的な認知症診断・層別化システム
血液BMによるPET
適応症例の選択⾎液BM
現在保有(⾃⼰開発)
p-Tau181
TDP-43
p-Tau231
Aβ40, Aβ42
α-Synモノマー
α-Synオリゴマー
NfL
GFAPなど画像BM (PET画像)
Tau病変プローブ(PMPBB3)

α-シヌクレイン病変プローブ
認知症の異常蛋⽩病変

TDP-43病変プローブ
その他のPETプローブ

PET画像は血液BMのSOT

画像・血液BMの相互促進的開発
⾎液BMによるスクリーニング/初期診断

PET画像による確定診断・病変分布の診断

3) ⾎液BMの信頼性 ②⼤規模コホートでの検証
MABB: Multicenter Alliance for Brain Biomarkers

ⒶⒷ

MABB

1) 近畿大学・放射線医学:
石井一成 教授2) 浜松医科大学・光尖端医学教育センター: 尾内康臣 教授
3) 日本医科大学・精神医学:舘野周 准教授
4) 筑波大学・医学医療系:
新井哲明 教授
5) 大分大学・脳神経内科学:
松原悦朗 教授
11)福祉村病院・脳神経内科:
⾚津裕康 先⽣
14)東京医科⻭科⼤学・脳神経内科:
平⽥浩聖 先⽣
15)東京慈恵会医科⼤学・精神医学:
品川俊⼀郎 先⽣
6) 藤田医科大学・脳神経内科学:
7) 新潟大学・脳研究所:
8) 京都大学・医学部人間健康科学科:
9) 順天堂大学・脳神経内科学:
10)千葉大学・脳神経内科:
12)京都認知症センターC:13)昭和⼤学・脳神経内科:

QSTでの包括的な倫理審査は2020.8に完了
第1回MABB全体会議(QST+10施設)
2020.8.5.開催

渡辺宏久 教授
宮下哲典 准教授
澤本伸克 教授
波田野琢 准教授
平野成樹 講師
川崎照晃 先⽣⽮野怜 准教授

QST(代表施設)
MABB施設Ⓐ:PET・⾎液検体を収集佐賀
⻑崎熊本
⿅児島

5⼤分⻘森

MABB施設Ⓑ:秋⽥

⾎液検体を主体に収集

⼭形

7福島新潟
⽯川福井
島根広島

⿃取岡⼭

⼭⼝福岡

北海道愛媛 ⾼知⾹川徳島

兵庫富⼭
岐⾩

⻑野

86 愛知 静岡21112⼤阪
1 奈良 三重
京都 滋賀

和歌⼭

群⾺
⼭梨

岩⼿

宮城

MABB研究の参加施設(QST, MABB
Ⓐ & Ⓑ)
2021.2栃⽊

49 0 10
3 千葉
13埼⽟
東京
神奈川

茨城

14 15

宮崎
沖縄

BMの開発・検証には⼤規模サンプルが必要 ⇒ ”MABB”研究チームで収集

TDP-43の定量 ⇒ 世界でも徳⽥Groupのみが可能

筋萎縮性側索硬化症(ALS)でも蓄積
タウ(p-tau)

TDP-43の定量 ⇒ 世界でも徳⽥Groupのみが可能(特願2021-38665)
ヒト体液でのTDP-43(ALS, FTLD-TDPの原因蛋⽩)の定量✓従来技術とその問題点
1)2000年代(2000-2010)に、TDP-43を、ELISA法によってヒト体液で測定した報告はあるが、その後の追試・商品化はなされていない。
2)既に実⽤化されているものには、Quanterix社によるSimoaTM法(TDP-43測定キットver.1 & 2)があるが、ver.1は発売中⽌、ver.2も実際のヒトの⾎液・髄液では測定ができておらず、論⽂による報告もなされていない。
実際に、ver.2も現在⾏われている研究及び臨床で利⽤されていない。
3)上記1)2)の現状のために、従来の技術ではその被検者が「体内にTDP-43病理を有しているか否か、すなわち筋萎縮性側索硬化症(ALS)あるいは前頭側頭葉変性症(FTLD)の可能性があるか否か」の客観的な診断はできなかった。
徳田Gは, 世界で唯一, 血液・髄液中での定量が可能

生化学的診断が可能

想定される⽤途
徳⽥らが保有している⾎液BMおよびそれを⽤いた脳疾患診断の⽤途:

1) 認知症疾患・精神神経疾患の客観的で正確な診断・重症度評価(層別化):
これらの疾患に対して, ①その研究を⾏っている研究施設, ②治療薬開発(治験)を⾏っている製薬企業, ③診断・治療を⾏っている医療機関, ではそれらの疾患の客観的で正確な診断および重症度評価(層別化)が必要となる。そのような診断・層別化には客観的なバイオマーカーが必要であり,⾼効率・⾮侵襲的・安価な⾎液BMが, 第⼀段階の検査あるいはスクリーニング検査として切望されている。
2) ⼀般⾼齢者の健康診断:
将来的には, ⾮侵襲的で繰り返しの検査が可能な⾎液BMは, 例えば⾼齢者の認知症健診・ヘルススクリーニングにも応⽤可能である。
3) 保険事業:
認知症に対する対策を医療保険・⼊院保険等の⾃らの商品・サービスに取り⼊れようと考えている保険会社が「疾病リスクの推定サービス」として提供することも可能性として考えられる。

実⽤化に向けた課題✓現在、徳⽥らが保有している⾎液BM定量技術は、現時点での成熟度としては、すでにヒトの⾎液検体でリン酸化タウおよびTDP-43を定量できること
および診断・重症度評価に有⽤であることをすでに論⽂や学会発表で報告しており, 具体的な製品すなわち測定キットとしての概要は確⽴している。
しかし, ⽇本⼈の⼤規模サンプルでの検証および測定キットとしてのカットオフ値の設定や安定性の検証などが未実施である。
✓今後は、Proof of Concept（POC）の確保に向けて、⼤規模サンプルによるPOC臨床試験などが必要である。現在、徳⽥・建部(共同研究者)は、認知症疾患・精神神経疾患のバイオマーカー開発・検証のための複数のAMED研究に、代表者あるいは分担者として参加しており、そのようなPOC臨床試験に相当する臨床研究を実施していくことになっている。

企業への期待✓⾎液BMなどの⽣化学BMは, ⾎液検体の採取・処理・保存などのpre-analyticalな要因に⼤きく影響される。また, 全く同じ測定キット・測定機器を⽤いたとしても, 使⽤する施設ごとにある程度異なった結果が得られてしまうことがこれまでにも報告されている。
✓したがって, 徳⽥は, ⽣化学BMに関しては, 「個々の医療機関や検査会社などが個別に・必要に応じて・⼩規模サンプルを・それぞれのプロトコールで」測定するのではなく, 測定の精度管理が可能な「⼤規模センターに⼀定の地域の(ex.関東地区など)まとまった数のサンプルを集約して・常時継続的・⼤規模に・確定したSOPに則って」測定すべきである, と考えている。
✓将来的(near future)に, 徳⽥は, QST内あるいはその近隣に, 画像BMと体液BMを相互促進的に開発・検証して確⽴した脳疾患の包括的BMシステムを実臨床に応⽤する「⼤規模BM開発・測定センター」を設⽴したい。このBM開発・測定センターの設⽴に向けて, その共同研究者あるいはユーザーとなる企業の⽀援を期待している。

本技術に関する知的財産権

本技術に関する知的財産権

上記以外にも, 徳⽥Groupは複数の脳疾患BMのシーズを有しており, QSTで, 樋⼝Groupが実施している脳疾患の画像BM(疾患特異的異常蛋⽩のPET検査)をSOTとして, それらのBMシーズおよび新規BM候補の開発・検証を⾏っている。このような, 画像BMをSOTとした⾎液BMの開発・検証研究は国内ではQSTのみが実施可能であり, 国際的にも可能な施設は限られている。

お問い合わせ先
量⼦科学技術研究開発機構
イノベーションセンターまでお願いいたします。
TEL: 043－206－3146（共同研究）
043－206－3027（ライセンス）
FAX: 043－206－4061
e-mail: innov-prom1＠qst.go.jp（共同研究）
chizai＠qst.go.jp（ライセンス）