医薬品製造における酵素の応用

バイオカタリシスは環境負荷低減に資するグリーンテクノロジーであり、ライフサイクルアセスメント（LCA）では、従来の化学プロセスと比較して、バイオカタリシスプロセスのサステナビリティ上の便益を最大化するうえで組換え技術の活用が主要な要素であることが示されています。上市されている医薬品の相当数には、バイオカタリシスを重要な基盤技術として一部工程で製造された原薬（API）が含まれています。酵素探索、供給、改良に関する技術の大幅な進展に加え、キラル医薬品およびグリーンケミストリーへの適用に対する関心の高まりを背景に、バイオカタリシスの利用は拡大しています。実際、既に市場に流通している医薬品の比較的多くが、バイオカタリシスにより製造された中間体を含有しています。合成有機化学者が利用可能な酵素の種類および供給量の急増により、バイオカタリシスは製造オプションとして一層魅力的かつ実用的な選択肢となっています。

酵素の由来、品質および規格

医薬品合成では、天然酵素ではなく、組換えにより過剰発現（天然系より高濃度で産生）させた酵素が用いられます。これにより、天然由来酵素と比較して、バイオ触媒コストの低減、選択性および効率の最大化、標準化の向上、ならびに供給の安定性・確実性の向上が期待できます。食品産業における酵素製剤の安全性評価では、生産株の毒性学的潜在性が主要な懸念事項とされており、これは生産株が経口活性毒素を産生する可能性に関連します。生産株の毒性学的潜在性は、安全な株系統の確立により管理可能であり、これは、十分に特性解析された非病原性かつ毒性学的懸念のない微生物で、かつ安全な使用実績を有するものを出発点として改良株を作製することを含みます。バイオ触媒の規格設定においては、触媒活性を有し得る他のタンパク質に関する酵素製剤の純度を理解する必要が生じる場合があります。N末端近傍のタンパク質配列のわずかな変化により、触媒活性が異なる近縁酵素の混合物が生じ得ます。

プロセス上の課題

プロセスの観点では、酵素以外にも、バイオトランスフォーメーションにおいて各種添加剤を使用することがあります。バイオトランスフォーメーション反応を成立させるために一般的に添加または導入される物質は概して無害であり、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドおよびそのリン酸体（NADH、NADPH）、ピリドキサールリン酸などの補因子、ならびにグルコースや緩衝塩類等が含まれます。一部の酵素で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添加される場合や、バイオ触媒の一部として含ま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、亜鉛等を含み得るこれら金属補因子については、その挙動（運命）を把握するためのモニタリングが必要となる場合があります。

バイオ触媒の保管および再使用に関しては、酵素、全細胞および関連製剤は、酵素活性が維持されることが確認されている条件下で保管する必要があります。低温または凍結保管する場合、スケールアップ時には十分な注意が必要です。ラボやパイロットプラントと比較して、昇温および保持時間が大きく異なる可能性があり、凍結融解サイクルの長さがバイオ触媒性能に影響し得るためです。バイオ触媒を反応に投入する前に、サイクルタイム延長が酵素活性に及ぼす影響を把握しておく必要があります。

原薬（API）中の残留物および不純物管理戦略

酵素を用いて製造される低分子原薬（API）に関連し得る潜在的不純物には、酵素自体、その他の宿主細胞タンパク質（HCP）、DNA、エンドトキシン、細胞壁由来残渣、ならびにバイオ触媒の発酵および下流工程に由来する抗生物質等が含まれます。これら潜在的不純物の分解により、ペプチド、アミノ酸、ポリヌクレオチド等の追加不純物が生成する可能性があります。生体分子の変性は通常沈殿を引き起こすため、物理的手法による除去の機会となります。タンパク質は、有機溶媒、強酸または強塩基、塩類、加熱など、さまざまな処理により変性します。DNAも有機溶媒処理により沈殿させて除去することが可能です。ろ過は、沈殿した生体由来物質の除去に有用な手法です。また、溶液中に存在する高分子量物質の除去にも有用です。

参考文献

関連サービス

産業用酵素生産

関連製品

診断・バイオアナリシス用酵素
 腫瘍学および血栓治療用酵素

サービスの詳細については、お問い合わせください。

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.