ClonotypeTrackingChecker

Clonotype Tracking

Liquid Biopsy жидкостная биопсия cfDNA ctDNA CTC exosomes NGS qPCR
Открыть подборку

Описание утилиты: Clonotype Tracking

Clonotype Tracking Checker — Лонгитюдное отслеживание клонотипов

ℹ️  Утилита выполняет анализ динамики Т- и В-клеточных клонотипов во времени согласно стандартам AIRR Community и требованиям к иммунному мониторингу:
     • Идентификация клонотипов: Уникальная идентификация по CDR3-последовательности и V/J-генам.
     • Fold Change Analysis: Расчет кратности изменения частоты относительно базовой линии.
     • Значимость изменений: Классификация на EXPANDED / CONTRACTED / TRACKED на основе порога fold change.
     • Read Support Control: Фильтрация ложноположительных экспансий при недостаточной глубине секвенирования.

⚠️  ВАЖНО: 
     • Экспансия клонотипа без достаточного числа прочтений может быть артефактом PCR bias.
     • Лонгитюдный анализ требует строгой нормализации между временными точками.

Использование:
  ClonotypeTrackingChecker.exe                            → демо-режим (вывод в консоль)
  ClonotypeTrackingChecker.exe input.csv output.json      → оценка ваших данных

Формат input.csv:
PatientID,Timepoint,ClonotypeID,ReceptorType,CDR3_Sequence,V_Gene,J_Gene,Frequency_Percent,ReadCount,TotalReads_InSample,Baseline_Frequency_Percent,FoldChange_Threshold,Min_Read_Count

Пример:
  PAT-001,Week12,CLN-A1,TCR-beta,CASSLAGTDTQYF,TRBV20-1,TRBJ2-3,1.20,1200,100000,0.05,2.0,10

📍 Область применения (Usage Where):
     • Иммуноонкология: Мониторинг ответа на checkpoint inhibitors и CAR-T терапию.
     • Вакцинология: Оценка антиген-специфического Т-клеточного ответа.
     • Аутоиммунные заболевания: Отслеживание патогенных клонов.
     • Трансплантология: Мониторинг аллореактивности и GVHD.

— ЗАЧЕМ ЭТО НУЖНО?
Иммунный репертуар динамичен, и единичный снимок не отражает функциональный ответ.
Только лонгитюдное отслеживание позволяет отличить истинную антиген-специфическую экспансию от стохастических флуктуаций.
Автоматизированный трекинг исключает субъективность ручной интерпретации тысяч клонотипов.

⚠️  КРИТИЧЕСКИ ВАЖНО:
• Read Threshold: Клоны с <10 reads ненадежны для количественного сравнения.
• Fold Change Threshold: Обычно ≥2x для значимой экспансии, но зависит от глубины.
• Normalization: Частоты должны быть нормализованы на общее число продуктивных прочтений.
• CDR3 Definition: Используйте строгое определение клонотипа (CDR3aa + V + J).

Ключевые особенности утилиты:
• Автоматический расчет fold change по всем временным точкам
• Классификация динамики (Expanded/Contracted/Stable)
• Контроль качества по числу прочтений
• Поддержка TCR и BCR репертуаров
• Соответствие AIRR-seq стандартам

Критические параметры:
• Fold Change: ≥ Threshold для экспансии
• Read Count: ≥ Min Read Count
• Frequency: Нормализованная частота (%)
• CDR3+VJ: Уникальный идентификатор клонотипа

💡 Советы по использованию:
1. Глубина секвенирования: Стремитесь к >100K продуктивных reads на образец.
2. UMI: Используйте UMI для устранения PCR duplicates и точного подсчета молекул.
3. Базовая линия: Всегда включайте pre-treatment образец как референс.
4. Множественные тесты: Применяйте коррекцию FDR при анализе тысяч клонотипов.
5. Визуализация: Дополняйте отчет ridge plots или streamgraphs для наглядности.

⚠️ Примечание: Данная утилита является инструментом количественного анализа иммунного репертуара. Она не заменяет функциональную характеристику клонов (тетрамерное окрашивание, ELISPOT), но приоритезирует кандидаты для дальнейшей валидации.

input.csv

PatientID,Timepoint,ClonotypeID,ReceptorType,CDR3_Sequence,V_Gene,J_Gene,Frequency_Percent,ReadCount,TotalReads_InSample,Baseline_Frequency_Percent,FoldChange_Threshold,Min_Read_Count
PAT-001,Baseline,CLN-A1,TCR-beta,CASSLAGTDTQYF,TRBV20-1,TRBJ2-3,0.05,50,100000,0.05,2.0,10
PAT-001,Week4,CLN-A1,TCR-beta,CASSLAGTDTQYF,TRBV20-1,TRBJ2-3,0.45,450,100000,0.05,2.0,10
PAT-001,Week12,CLN-A1,TCR-beta,CASSLAGTDTQYF,TRBV20-1,TRBJ2-3,1.20,1200,100000,0.05,2.0,10
PAT-001,Baseline,CLN-B2,TCR-beta,CSARDRGNNQPQHF,TRBV5-1,TRBJ1-5,0.10,100,100000,0.10,2.0,10
PAT-001,Week12,CLN-B2,TCR-beta,CSARDRGNNQPQHF,TRBV5-1,TRBJ1-5,0.12,120,100000,0.10,2.0,10

URS & FS — спецификация пользователя и функциональная спецификация

Документ описывает контролируемый интерфейс и поведение утилиты ClonotypeTrackingChecker для сценария Clonotype Tracking Checker.

Предметные ограничения и критические параметры

Ниже приведены ключевые фрагменты исходного описания. Перед продуктивным применением пределы должны быть сверены с утверждённой спецификацией, регистрационным досье и локальными SOP.
  • ⚠️ ВАЖНО:
  • • Лонгитюдный анализ требует строгой нормализации между временными точками.
  • ⚠️ КРИТИЧЕСКИ ВАЖНО:
  • • Read Threshold: Клоны с <10 reads ненадежны для количественного сравнения.
  • • Fold Change Threshold: Обычно ≥2x для значимой экспансии, но зависит от глубины.
  • • Normalization: Частоты должны быть нормализованы на общее число продуктивных прочтений.
  • • CDR3 Definition: Используйте строгое определение клонотипа (CDR3aa + V + J).
  • Критические параметры:
  • • Fold Change: ≥ Threshold для экспансии
  • • Read Count: ≥ Min Read Count
  • • Frequency: Нормализованная частота (%)
  • 1. Глубина секвенирования: Стремитесь к >100K продуктивных reads на образец.

URS — пользовательские требования

IDТребованиеКритичностьКритерий приемки
URS-001Утилита должна принимать файл input.csv для Clonotype Tracking Checker с заголовками, определёнными в контракте данных.HighФайл обрабатывается без ручного изменения заголовков.
URS-002Утилита должна выполнять детерминированную оценку QC/ОКК без машинного обучения и без вероятностного принятия решения о соответствии.HighПри одинаковых входных данных, версии правил и конфигурации результат полностью воспроизводим.
URS-003Утилита должна валидировать обязательные поля, типы данных, диапазоны, единицы измерения и предметную правдоподобность значений.HighОшибки схемы, преобразования и диапазона явно отражаются в результате.
URS-004Утилита должна применять предметные пределы и правила из описания, утверждённой спецификации, регистрационного досье и локальных SOP.HighКаждая проверка имеет результат PASS/WARNING/FAIL и понятное сообщение.
URS-005Утилита должна формировать output.json с машинно-читаемыми результатами, исходными значениями, предупреждениями, отказами и критическими находками.HighJSON пригоден для LIMS/ELN/MES-интеграции и QA/QC review.
URS-006Утилита должна сохранять трассируемость между серией/образцом, входным файлом, применёнными правилами и итоговым статусом.HighВыход содержит идентификаторы, список параметров и audit metadata.
URS-007Документация должна поддерживать подготовку IQ/OQ/PQ, CSV/CSA и обсуждение с инспекторами или внутренним QA.MediumURS, FS, контракт input/output и тестовые сценарии поставляются вместе с утилитой.
URS-008Утилита должна использоваться как decision-support инструмент QC, а не как замена утверждённым спецификациям и выпускному решению Qualified Person/QA.MediumВ документации указан контроль change control и необходимость сверки пределов.

Контракт input.csv

#ПолеТипПримерНазначение
1PatientIDstring / controlled vocabularyPAT-001Контролируемый входной параметр для детерминированных QC-правил.
2Timepointstring / controlled vocabularyBaselineВременной параметр процесса, инкубации, хранения или анализа.
3ClonotypeIDstring / controlled vocabularyCLN-A1Контролируемый входной параметр для детерминированных QC-правил.
4ReceptorTypestring / controlled vocabularyTCR-betaКонтролируемый входной параметр для детерминированных QC-правил.
5CDR3_Sequencestring / controlled vocabularyCASSLAGTDTQYFКонтролируемый входной параметр для детерминированных QC-правил.
6V_Genestring / controlled vocabularyTRBV20-1Контролируемый входной параметр для детерминированных QC-правил.
7J_Genestring / controlled vocabularyTRBJ2-3Контролируемый входной параметр для детерминированных QC-правил.
8Frequency_Percentdecimal0.05Контролируемый входной параметр для детерминированных QC-правил.
9ReadCountinteger / decimal50Счётный показатель; используется для микробиологического, частичного или клеточного контроля.
10TotalReads_InSamplestring / controlled vocabulary100000Идентификатор образца или лабораторной пробы.
11Baseline_Frequency_Percentdecimal0.05Контролируемый входной параметр для детерминированных QC-правил.
12FoldChange_Thresholddecimal2.0Контролируемый входной параметр для детерминированных QC-правил.
13Min_Read_Countinteger / decimal10Счётный показатель; используется для микробиологического, частичного или клеточного контроля.
PatientID,Timepoint,ClonotypeID,ReceptorType,CDR3_Sequence,V_Gene,J_Gene,Frequency_Percent,ReadCount,TotalReads_InSample,Baseline_Frequency_Percent,FoldChange_Threshold,Min_Read_Count
PAT-001,Baseline,CLN-A1,TCR-beta,CASSLAGTDTQYF,TRBV20-1,TRBJ2-3,0.05,50,100000,0.05,2.0,10
PAT-001,Week4,CLN-A1,TCR-beta,CASSLAGTDTQYF,TRBV20-1,TRBJ2-3,0.45,450,100000,0.05,2.0,10
PAT-001,Week12,CLN-A1,TCR-beta,CASSLAGTDTQYF,TRBV20-1,TRBJ2-3,1.20,1200,100000,0.05,2.0,10

Правила валидации входных данных

IDПолеПравилоКритичность
VR-001PatientIDПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.High
VR-002TimepointПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.High
VR-003ClonotypeIDПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.High
VR-004ReceptorTypeПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium
VR-005CDR3_SequenceПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium
VR-006V_GeneПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium
VR-007J_GeneПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium
VR-008Frequency_PercentПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium
VR-009ReadCountПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium
VR-010TotalReads_InSampleПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium
VR-011Baseline_Frequency_PercentПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium
VR-012FoldChange_ThresholdПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium
VR-013Min_Read_CountПоле должно соответствовать утверждённому справочнику/словарю или допустимой строковой форме.Medium

FS — функциональная спецификация

IDФункцияРеализация
FS-001CLI executionПоддержать режимы запуска: demo mode без аргументов и production mode input.csv output.json.
FS-002CSV importПрочитать input.csv в UTF-8/CSV-совместимом формате, проверить наличие заголовка и ожидаемых колонок.
FS-003Schema validationПроверить обязательные поля, количество колонок, неизвестные ключевые поля и пустые обязательные значения.
FS-004Type conversionПреобразовать числовые, флаговые и текстовые значения; некорректный формат фиксировать как ошибку строки.
FS-005Domain rule engineПрименить правила для Clonotype Tracking Checker, включая критические пределы из описания и утверждённой спецификации.
FS-006Status aggregationСформировать итоговый статус: FAIL при критическом отказе, WARNING при некритическом отклонении, PASS при соответствии.
FS-007JSON exportЗаписать output.json с детализацией проверок, исходными значениями, предупреждениями, отказами и critical findings.
FS-008Audit supportСохранять структуру результата пригодной для review, расследования отклонений и воспроизведения расчёта.
FS-009Integration contractПоддержать сценарий LIMS/ELN/MES → input.csv → utility → output.json → portal/admin review.
FS-010Error handlingВозвращать явные сообщения для отсутствующего файла, пустого CSV, неверной схемы, ошибки записи output.json и некорректного формата.

Пример output.json

{
  "utilityId": "clonotypetrackingchecker",
  "utilityFolder": "ClonotypeTrackingChecker",
  "package": "LiquidBiopsy",
  "overallStatus": "PASS|WARNING|FAIL",
  "sourceFile": "input.csv",
  "processedAtUtc": "2026-06-10T00:00:00Z",
  "checks": [
    {
      "parameter": "PatientID",
      "value": "PAT-001",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-001"
    },
    {
      "parameter": "Timepoint",
      "value": "Baseline",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-002"
    },
    {
      "parameter": "ClonotypeID",
      "value": "CLN-A1",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-003"
    },
    {
      "parameter": "ReceptorType",
      "value": "TCR-beta",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-004"
    },
    {
      "parameter": "CDR3_Sequence",
      "value": "CASSLAGTDTQYF",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-005"
    },
    {
      "parameter": "V_Gene",
      "value": "TRBV20-1",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-006"
    },
    {
      "parameter": "J_Gene",
      "value": "TRBJ2-3",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-007"
    },
    {
      "parameter": "Frequency_Percent",
      "value": "0.05",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-008"
    },
    {
      "parameter": "ReadCount",
      "value": "50",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-009"
    },
    {
      "parameter": "TotalReads_InSample",
      "value": "100000",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-010"
    },
    {
      "parameter": "Baseline_Frequency_Percent",
      "value": "0.05",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-011"
    },
    {
      "parameter": "FoldChange_Threshold",
      "value": "2.0",
      "status": "PASS|WARNING|FAIL",
      "message": "Deterministic rule-based check result",
      "ruleReference": "FS-RULE-012"
    }
  ],
  "criticalFindings": [],
  "warnings": [],
  "audit": {
    "inputHash": "sha256:<calculated at runtime>",
    "rulesVersion": "<utility executable version>",
    "documentation": "ClonotypeTrackingChecker.documentation.html"
  }
}

Матрица трассируемости

URSFSТестПодтверждение
URS-001FS-001, FS-002OQ-001Проверить запуск и импорт валидного input.csv.
URS-002FS-005, FS-006OQ-004Повторить один и тот же набор данных и сравнить output.json.
URS-003FS-003, FS-004, FS-010OQ-002, OQ-003Проверить отсутствующие колонки и неверные типы.
URS-004FS-005, FS-006OQ-004, PQ-001Проверить критические отклонения по реальным/граничным данным.
URS-005FS-007, FS-009OQ-005Проверить JSON schema и пригодность для downstream-систем.
URS-006FS-008OQ-006Проверить наличие идентификаторов и audit metadata.
URS-007FS-008, FS-010IQ-001, OQ-007Проверить комплектность документации и control evidence.
URS-008FS-005, FS-008PQ-002Проверить review workflow и запрет автоматической замены QA-решения.

IQ/OQ/PQ тестовые сценарии

IDСценарийОжидаемый результат
IQ-001Проверить наличие executable, input.csv, документации и контрольной суммы.Комплект поставки полон; версия зафиксирована.
OQ-001Валидная строка из примера input.csv.PASS или допустимый WARNING согласно правилам.
OQ-002Удалить обязательную колонку из CSV.Ошибка схемы или FAIL с указанием отсутствующей колонки.
OQ-003Внести нечисловое значение в числовое поле.Ошибка преобразования типа с указанием строки/поля.
OQ-004Значение критического параметра вывести за предел.FAIL и critical finding.
OQ-005Проверить структуру output.json.Все обязательные секции присутствуют, JSON валиден.
OQ-006Проверить трассируемость серии/образца.Идентификаторы входа и результатов совпадают.
PQ-001Проверить 3–5 реальных партий/образцов пользователя.Результат подтверждён QC/QA review.
PQ-002Проверить workflow отклонения и ручного QA-решения.Утилита поддерживает review, но не заменяет утверждённое решение.

QA/QC и change control

  • Не менять имена колонок без обновления валидатора, документации и тестового набора.
  • Хранить input.csv, output.json, версию исполняемого файла и контрольную сумму.
  • Перед продуктивным использованием провести IQ/OQ/PQ или эквивалентную CSV/CSA-проверку.
  • Критические пределы должны быть сверены с утверждённой спецификацией, регистрационным досье и локальными SOP.
  • Утилита предоставляет формализованный QC decision support, но окончательное решение выпуска остаётся за QA/QP и утверждёнными процедурами.

Входит в пакеты

Жидкостная биопсия

Пакет для QC и преданалитического контроля жидкостной биопсии: cfDNA/ctDNA, CTC, EV/exosomes, метилирование, NGS/qPCR/ddPCR, контроль образцов, контаминации, чувствительности и отчётности.

Открыть