薬製造における酵素の応用

バイオカタリシスはグリーンテクノロジーであり、ライフサイクル分析は、組換え技術の使用が従来の化学プロセスと比較してバイオカタリゼーションプロセスの持続可能性の利益を最大化する上で重要な役割を果たすことを示しています。市場に出回っている多くの医薬品には、バイオカタリシスを主要な技術として使用して製造された活性医薬品成分が含まれています。酵素の発見、供給、改善に関する技術の大幅な進展と、キラル薬およびグリーンケミストリーの応用に対する関心の高まりにより、バイオカタリシスの利用は増加しています。実際、すでに市場に出ている比較的多くの医薬品には、バイオカタリシスによって生成された中間体が含まれています。合成有機化学者に利用可能な酵素の数と量の爆発的な増加により、バイオカタリシスはますます魅力的で実行可能な製造オプションとなっています。

酵素の供給源、品質、および仕様

組換え過剰発現（天然系よりも高濃度で生産された）酵素は、天然酵素ではなく医薬品合成に使用されます。これにより、バイオカタリストのコストが削減され、選択性と効率が最大化され、天然源から得られる酵素と比較して標準化と供給の安全性が向上します。食品業界向けの酵素調製物の安全性評価では、生産株の毒性の可能性が主な懸念事項とされており、この懸念は生産株による経口活性毒素の合成の可能性に関連しています。生産株の毒性の可能性は、安全な株系の確立を通じて管理される可能性があり、これは徹底的に特性評価された非病原性および非毒性微生物を出発点として使用し、改善された株の生成に利用することを含みます。バイオカタリストの仕様を設定する際には、触媒活性を持つ可能性のある他のタンパク質に関する酵素調製物の純度を理解する必要がある場合があります。N末端周辺のタンパク質配列の小さな変化は、異なる触媒活性を持つ密接に関連した酵素の混合物を引き起こす可能性があります。

処理の問題

処理に関しては、酵素の他に、バイオトランスフォーメーションに使用される他の添加物もあります。バイオトランスフォーメーション反応を可能にするために一般的に追加または導入される他の材料は、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドおよび対応するリン酸（NADH、NADPH）、およびピリドキサールリン酸、グルコース、バッファー塩などの共因子を含む一般的に無害なものです。一部の酵素には金属イオンが必要であり、バイオトランスフォーメーション反応に別途追加されるか、バイオカタリストの一部として追加される場合があります。したがって、銅、鉄、マンガン、マグネシウム、モリブデン、ニッケル、セレン、亜鉛などを含むこれらの金属共因子は、その運命を決定するために監視が必要な場合があります。

バイオカタリストの保存と再利用に関しては、酵素、全細胞、および関連する調製物は、酵素活性を保持することが知られている条件下で保存する必要があります。冷蔵または冷凍保存する場合、スケールアップ時には注意が必要です。なぜなら、温め時間と保持時間は、ラボやパイロットプラントでのそれとは大きく異なる可能性があり、凍結-解凍サイクルの長さがバイオカタリストの性能に影響を与える可能性があるからです。バイオカタリストのバッチが反応に投入される前に、酵素活性に対する長いサイクル時間の影響を知っておく必要があります。

APIにおける残留物と不純物管理の戦略

酵素を使用して製造された小分子APIに関連する潜在的な不純物には、酵素自体、他の宿主細胞タンパク質、DNA、エンドトキシン、細胞壁の破片、およびバイオカタリストの発酵および下流処理から派生した抗生物質が含まれます。これらの潜在的な不純物の分解は、ペプチド、アミノ酸、およびポリヌクレオチドなどの追加の不純物の形成を引き起こす可能性があります。生物分子の変性は通常、沈殿を引き起こし、したがって物理的方法による除去の機会を提供します。タンパク質は、有機溶媒、強酸または塩基、塩、および熱を含むさまざまな処理によって変性します。DNAも有機溶媒で処理することで沈殿させて除去することができます。沈殿した生物材料の除去にはフィルトレーションが有用な技術です。また、溶液中の高分子量材料の除去にもフィルトレーションは有用です。

参考文献

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Wells A S, Finch G L, Michels P C, et al. Use of Enzymes in the Manufacture of Active Pharmaceutical Ingredients—A Science and Safety-Based Approach To Ensure Patient Safety and Drug Quality [J]. Organic Process Research & Development, 2017, 16(12):1986-1993.