HPVsim: 子宮頸がん研究の新しいツール

2020年8月、世界保健機関（WHO）は、世界中で子宮頸がんを主要な健康問題として排除するための計画を発表した。この計画には具体的な目標が含まれていて、15歳までに女の子の90％にHPVワクチンを接種し、35歳と45歳で女性の70％を子宮頸がん検査し、90％の女性が前がん状態や侵襲性がんに対する適切な治療を受けられるようにすることが含まれている。

各国がこれらの目標を達成するために、2022年4月にWHOは、HPVワクチンの1回接種が従来の2回または3回接種と同じくらい効果的だと確認した。これにより、多くの国、特に子宮頸がんの発生率が高い国でワクチンプログラムを実施するのが楽になった。

HPV及び子宮頸がんの予防と治療戦略を形作るために数学モデルが使われてきた。これらのモデルは、健康専門家が新技術を評価したり、世界的な健康政策を開発するのに役立っている。しかし、モデルに関連する新しいアプローチが必要な質問もまだ残っている。

HPVに関する理解の変化や新しいスクリーニングツールの導入は、生物学的プロセスや臨床結果の両方をシミュレーションできる更新されたモデルの必要性を強調している。また、オープンソースソフトウェア、つまり公にアクセス可能で他の人が使用、修正、配布できるソフトウェアを求める人が増えている。個々の人間とその相互作用をシミュレートするエージェントベースのモデルは、健康結果に影響を及ぼす社会経済的地位や医療へのアクセスといった多様な要因を捉えることができる。

#HPVsim: 新しいツール

この論文では、HPVと子宮頸部疾患を研究するためのエージェントベースのモデルを作成・分析するために設計された新しいソフトウェアツール、HPVsimを紹介する。HPVsimは、COVID-19や家族計画を含むさまざまな健康関連のモデリングタスクに使用される柔軟なフレームワークであるStarsimを基にしている。

HPVsimは2つの重要な革新を導入している。まず、HPVの自然歴をモデル化する新しい方法を提供する。次に、シミュレーションのランダム性を低減するためのマルチスケールモデリング技術が含まれており、より正確になる。

HPVsimの効果を示すために、インドにおけるHPV感染モデルがインド国立疾病モデリングコンソーシアムの協力のもとで開発された。

#設計と実装

#人口とネットワーク

HPVsimは、時間の経過とともに人々をシミュレートし、HPVがどのように性ネットワーク内で広がり、子宮頸部の健康問題に進行していくかを示す。シミュレーションは、特定の国に関連する年齢と性別の人々のグループから始まる。モデルは毎年、出生、死亡、移動を考慮して人口統計を更新する。

HPVは、性行為に基づいて感染が伝播する。これらの相互作用は、年齢、関係の種類、場所などの要素に基づいて男女をペアリングするパートナー選択アルゴリズムを使ってカスタマイズ可能だ。

#例: インドの性ネットワーク

インドの性ネットワークを作成するために、調査データを使って人々が通常セックスを始める年齢や結婚率を特定した。結果、インドのほとんどの女性は結婚外のパートナーを持たないことがわかったので、モデルは女性のカジュアルな関係の限られた数を反映した分布を使用してこれを考慮した。

#HPV感染の伝播

HPVsimは、一人が感染しているパートナーシップ内でHPVがどのように広がるかをモデル化する。このモデルには3つの主要なHPVのタイプが含まれていて、特定のタイプの感染は一度に一人しか持てないが、異なるタイプの複数の感染は可能だと仮定している。

感染した人がパートナーにHPVを移す確率は、コンドームの使用や性行為の回数など、いくつかの要因に依存する。モデルは、過去の感染やワクチン接種によって得られる免疫も考慮する。

#疾病の自然歴

子宮頸部疾患は通常、子宮頸細胞の病変の重症度に基づいて分類される。HPVsimは、特定のスクリーニング方法に進行を結びつけず、疾病を連続的なプロセスとしてモデル化する。

このモデルは、HPV感染がどれくらいの期間続くか、その後自然に治癒するか、より重篤な状態に進行するかを予測する。また、高度な病変がどれくらい持続するかに基づいて、子宮頸がんを発症する可能性を推定する。

#インド向け自然歴モデルのパラメータ設定

モデルには、HPV感染の持続時間や進行リスクに関するパラメータが含まれていて、実際のデータに基づいて調整されている。インドにおける子宮頸がんの症例に基づいてこれらのパラメータを調整することで、実際の状況を反映した推定値を得る。

#その他の実装詳細

HPVsimは、感染開始時に健康結果を計算することでパフォーマンスを最適化している。これらの計算は、スクリーニングや治療などの介入が適用されると更新される。

このモデルは、男性の進行中の感染や関連するがんリスクを考慮していないが、感染を清除した個人は再感染の可能性が低くなるという証拠は考慮している。

#マルチスケールモデリング

エージェントベースのモデリングは、通常、人口をシミュレートするために代表的な数の個人を使用する。しかし、これは特に子宮頸がんのようなまれな病状に対して結果に大きな変動をもたらす可能性がある。

HPVsimは、異なるエージェントが異なる人口規模を表すマルチスケールアプローチを使用している。例えば、1,000万人の人口の場合、ソフトウェアはより大きなグループを表す100,000のエージェントをモデル化できる。この方法は、ランダム性を低減し、正確性を向上させると同時に処理速度を上げる。

#多様な性ネットワークの表現

HPVsimは、ユーザーが異なる文化的背景を反映した性ネットワークを作成できるようにしている。例えば、一つのモデルは婚前性交が一般的な社会を反映し、別のモデルはそれが稀な社会を反映する。これらの違いは、HPVの広がり方に影響を与え、健康介入の設計に影響を及ぼす可能性がある。

#インドにおける変動性と子宮頸がん率

インドの州ごとの子宮頸がん率は大きく異なる。一部の地域では非常に低い発生率が報告されている一方、他の地域でははるかに高い発生率が見られる。これらの違いの背後には、人口動態、行動、医療へのアクセス（特にスクリーニングプログラム）の変動が影響している可能性がある。

これらの変動を研究するために、研究者たちはHPVsimを使用して、他の要因を一定に保ちながらスクリーニング普及に基づく潜在的な結果をシミュレーションした。スクリーニング率が低くても、長期的なスクリーニングプログラムは子宮頸がん症例の減少につながる可能性がある。

#今後の方向性

HPVsimは無料で利用可能で、ソースコードはオンラインで入手できる。継続的な開発は、その使用と機能を改善することを目指す。

HPVsimを特定の集団に適用する前にキャリブレーションが重要だ。このプロセスでは、モデルが観察されたデータに基づいて正確なシミュレーションを生成できるようにパラメータを調整する。今後の研究では、多様な人口への適用を拡大し、より詳細なデータでその精度を高めることに焦点を当てる。

性的ネットワークのモデリングは、異性愛者の関係を超えたさまざまなパートナーを考慮し、さまざまな人口動態の要因が感染のパターンに与える影響を探ることで改善できる。

インド向けのキャリブレーション済みモデルは、子宮頸がんの発生率の州ごとの差異を理解するためにさらに洗練されている。これにより、各地域に対してターゲットを絞った健康戦略を開発するのに役立つ。

HPVsimは低中所得国のニーズに対応するために設計されているが、高所得国に特有の特徴を捉える際には限界がある。更なる更新により、HPVに関連する他の健康結果のモデリングを含め、より広範な健康要因への対応が行われるかもしれない。

#結論

HPVsimは、子宮頸がんと戦うことを目指す研究者や政策立案者にとって貴重なツールだ。さまざまな健康戦略を試すことを可能にすることで、公衆衛生の目標を進めるための洞察を提供できる。健康政策と技術の進化が続く中、HPVsimのようなモデルは、効果的な介入を形作る上で重要な役割を果たし、最終的には子宮頸がんの排除という目標を達成するために必要不可欠だ。