mRNAベースの治療薬およびワクチンは、医療分野における革新的アプローチとして台頭しており、幅広い疾患に対応し得る汎用性と高い有効性を備えたツールとして注目されています。COVID-19向けに開発されたmRNAワクチンの成功は、本技術の潜在力と、効率的な大規模製造技術の必要性を明確に示しました。mRNA製造のスケールアップには、合成条件の最適化、精製、ならびに製品品質および一貫性（ロット間再現性）の確保といった複数の課題を克服する必要があります。本稿では、大規模mRNA製造に用いられる技術および戦略について包括的に概説します。

mRNA製造プロセスの概要

mRNAの製造は、主としてin vitro転写（IVT）、精製、ならびに転写後修飾からなる複数の重要工程で構成されます。IVTは、RNAポリメラーゼ酵素を用いてDNA鋳型からmRNAを合成するプロセスです。転写後、mRNAは、酵素、残存DNA、異常mRNA種などの汚染物質を除去するために精製する必要があります。その後、mRNAの安定性および翻訳効率を高める目的で、5'キャップ付加やポリアデニル化などの転写後修飾が実施されます。

in vitro転写（IVT）技術

従来型IVT法

従来型IVT法では、DNA鋳型、RNAポリメラーゼ、ヌクレオチドを用いて反応混合液中でmRNAを合成します。これらの方法は確立されており、研究室レベルで広く使用されていますが、大規模製造へのスケールアップが容易でない場合があります。従来型IVTにおける課題の一つは、転写後にDNA鋳型を除去する必要がある点で、通常はDNase消化により実施されます。この工程は時間を要し、追加の精製上の課題を生じ得ます。

図1. mRNAのin vitro転写（IVT）の模式図。mRNAは、直鎖状DNA鋳型およびRNAポリメラーゼ（T7）を用いてin vitroで合成される。IVT mRNAは、5'キャップ、5'および3'UTR、目的タンパク質をコードするORF、ならびにpoly(A)テールの5つのドメインから構成される。（Ma et al., 2023）

固相IVT

固相IVTは、従来型IVT法の制約の一部を解決する革新的アプローチです。本技術では、DNA鋳型を磁気ビーズなどの固相担体に固定化し、小容量から大容量まで直接スケール可能とします。固定化鋳型により効率的な転写が可能となり、ビーズ洗浄によって反応混合液からmRNAを容易に分離できるため、精製プロセスが簡素化されます。本法は、スケーラビリティおよび自動化の容易さの観点で大きな利点があります。例えば、自動磁気ビーズハンドラーを用いることで、最大24ウェル（合計48 mLのIVT）を並列処理し、最大150 mgの精製mRNAを製造可能です。別法として、リアクターでスケールアップすることで、1 Lの単回IVT反応から最大3 gの精製mRNAを得ることも可能です。

図2. RNA固相合成サイクル。最も一般的なアプローチは、4,4'-ジメトキシトリチル（DMT）基による一時的保護と、ホスホロアミダイト化学を用いたカップリングに依拠する。略語：2-シアノエチル（CE）。（Flemmich et al., 2024）

精製技術

クロマトグラフィー法

クロマトグラフィーは、選択性、汎用性、スケーラビリティ、費用対効果の観点から製薬業界で広く受容されている主流の精製プロセスです。mRNA精製に関しては、サイズ排除クロマトグラフィー（SEC）、イオン交換クロマトグラフィー（IEC）、アフィニティクロマトグラフィーなど、複数の手法が検討されています。

• サイズ排除クロマトグラフィー（SEC）：SECは分子サイズに基づいて分離し、オリゴヌクレオチド精製における最も簡便なクロマトグラフィー形態と考えられています。未反応ヌクレオチド、酵素、短鎖転写産物、高分子量DNA鋳型を目的のIVT mRNA製品から効果的に除去できます。一方で、dsDNAなどサイズが近い不純物の除去には限界があります。
• イオン交換クロマトグラフィー（IEC）：IECは、目的mRNA種と各種不純物との電荷差を利用します。本手法はスケール可能で費用対効果が高く、より長いRNA転写産物の分離も可能です。弱陰イオン交換クロマトグラフィーは、IVT由来不純物からmRNAを分離する目的で実装され成功しています。ただし、IECは変性条件下で実施する必要があり、プロセスの複雑性が増します。
• アフィニティクロマトグラフィー：オリゴdTを用いたアフィニティクロマトグラフィーは、poly(A)テールへの結合によりmRNAを捕捉する方法として広く用いられています。本手法はcGMPに適合し得る高純度製品を得られる一方、結合容量および費用対効果に制約があります。

非クロマトグラフィー法

接線流ろ過（TFF）などの非クロマトグラフィー法は、大規模mRNA精製における迅速かつ効率的な代替手段として注目されています。TFFは、液体をフィルター表面に対して接線方向に流しながら、生体分子を含む溶液をろ過・濃縮する手法です。本法はmRNA沈殿と組み合わせることで、従来の沈殿法の代替として用いることも可能です。TFFは、承認済みCOVID-19 mRNAワクチンの製造プロセスにおいても適用実績があります。

プロセス開発および最適化

スケーラブルなプラットフォームプロセス

大規模mRNA製造には、スケーラブルなプラットフォームプロセスの構築が不可欠です。一般的な下流プラットフォームプロセスは、限外ろ過／ダイアフィルトレーション（UF/DF）、クロマトグラフィー、ならびにバルク原薬（DS）のろ過および充填といった複数の単位操作から構成されます。例えば、300 mLのIVT反応に基づくプラットフォームプロセスが開発され、300 mL刻みでスケール可能であることが実証されています。本プロセスは、スケール不適な塩化リチウム精製プロセスと比較して、精製mRNAバルク原薬の収率が約80%となります。精製操作により、dsRNAを含むプロセス残留物および製品汚染物質が除去されます。

プロセス最適化戦略

mRNA製造プロセスの最適化には、反応条件の改善、適切な精製法の選定、効率的な下流工程の実装など、複数の戦略が含まれます。例えば、温度、pH、試薬濃度などIVT反応条件を最適化することで、mRNAの収量および品質を向上させることができます。さらに、精製に用いるクロマトグラフィー樹脂や膜の適切な選択により、プロセス効率とスケーラビリティを改善できます。mRNA純度評価のためのSECなど、工程内分析（in-process analytics）ツールの導入も、プロセス最適化に有用です。

課題と今後の方向性

サプライチェーンおよび原材料制約

大規模mRNA製造における重要な課題の一つは、サプライチェーンおよび原材料制約です。ヌクレオチドや酵素などの高品質原材料の安定供給は、一貫したmRNA製造に不可欠です。これらの課題への対応には、FDAのQ9「品質リスクマネジメント」ガイダンスで推奨されるようなリスクベースの戦略が求められます。受入原材料の出荷判定試験（リリース試験）や、RNaseに関するベンダー側試験などの追加管理を実装することで、リスク低減に寄与します。

Creative Enzymesは、厳格な品質管理と規制対応支援に裏付けられたGMPグレード酵素の安定供給を提供する、信頼できるパートナーとして際立っています。当社の専門性と信頼性により、コンプライアンスに適合した高収率mRNA製造の基盤構築を支援します。

低温保管およびデリバリー要件

もう一つの課題は、mRNA製品に求められる低温保管および輸送要件です。mRNAは分解に対して感受性が高く、保管・輸送中の安定性維持が不可欠です。より安定な製剤およびデリバリーシステムの開発により、これらの課題の解決が期待されます。

mRNA製造におけるイノベーション

今後のmRNA製造におけるイノベーションは、スケーラビリティ向上、コスト低減、製品品質の強化に焦点が当たる可能性があります。例えば、より効率的な固相IVT法や新規精製技術の開発により、製造プロセスのさらなる合理化が見込まれます。また、脂質ナノ粒子などmRNAデリバリーシステムの進展は、mRNAベース治療の安定性および有効性の向上に寄与します。

推奨製品

mRNA製造のスケールアップは新たなレベルの複雑性をもたらし、堅牢なプロセス、高効率なワークフロー、ならびに強化条件下でも信頼性高く機能する酵素が求められます。Creative Enzymesが提供する専用酵素は、高スループットのプラスミド直鎖化から、効率的なin vitro転写、キャッピング、ポリアデニル化に至るまで、大規模製造の要求事項を満たすよう設計されています。一貫した性能と技術的専門性の提供を通じて、当社はmRNA治療薬およびワクチンのスケーラブルな製造を支援し、産業規模での世界的な医療ニーズへの対応に貢献します。詳細情報および個別のご相談については、お問い合わせください。