前回の記事でご紹介したとおり、オリゴ核酸製造における需要の変化は、生産規模の拡大やバッチ容量の増加が求められる中で、生産性に関する課題を引き起こしています。
CDMO（受託開発製造機関）にとって、主要な運用上の制約のひとつが凍結乾燥工程（lyophilization）におけるボトルネックです。
1バッチあたりの凍結乾燥工程には約5〜7日を要する一方で、上流の合成から下流の濃縮工程までの全体プロセスは4〜5日で完了するため、ロットの出荷や全体の生産性は凍結乾燥工程によって大きく遅延してしまいます。

これらの課題は、キログラム単位の大規模製造においてさらに深刻化すると予想されます。並列合成ラインや連続クロマトグラフィーなどの工程強化が導入されることで、バルクAPIの量が急増するためです。
確かに、凍結乾燥には長期保存が可能であること、物流の簡素化、患者ごとの柔軟な重量ベース投与が可能であるといった利点があります。
しかしながら、凍結乾燥された製剤は粘着性を示すことがあり（例：バイアル充填時に粒子が飛散する）、開放系での充填や次バッチ前の洗浄時にコンタミネーションのリスクが伴います。
乾燥機に対するCIP/SIP（定置洗浄／定置滅菌）の有効性を検証・実行することは困難であり、規制当局による監査において重要なポイントとなります。

凍結乾燥工程には、200万〜300万ドル規模の凍結乾燥チャンバーへの多額の設備投資（CAPEX）が必要となります。さらに、運用には継続的に高いエネルギーコストがかかり、スケールアップによってその負担は一層増加することが予想されます。こうした状況は、環境負荷への懸念が高まる中で、より深刻な課題となり得ます。

そのため、CDMOや装置メーカーは、現在議論されている新たなアプローチの導入を検討すべきです。具体的には、使い捨て可能なトレイ、事前検証済みまたは事前設置されたCIP/SIPステーション、クローズドシステム、バッチ間の連続運転、PAT分光センサー、スピニングバイアル、そして乾燥機の取り扱いやローディングの簡素化などが挙げられます。
凍結乾燥は、ある意味で科学であると同時に“職人技”でもあります。ここでCRO（受託研究機関）は、オリゴ核酸APIの特性評価、PATを活用した分析手法の開発、凍結乾燥工程の設計およびモデリングにおいて、最適なプロセスを見出すための重要な役割を果たすことができます。

凍結乾燥工程を超えて：新たな選択肢

オリゴ核酸における凍結乾燥工程の代替アプローチは、Musleheddinoglu氏および大手製薬企業の複数の共著者・キーパーソンによって”Technical Considerations for Use of Oligonucleotide Solution API”、Nucleic Acid Ther. 2020.にて初めて提案されました。
著者らは、商業用オリゴ核酸が最終的に注射または点滴によって液体製剤として投与されることから、凍結乾燥工程を完全に省略できる可能性があると述べています。
具体的には、最終のUFDF（限外濾過・濃縮）工程において、製剤用の緩衝塩とともにオリゴ核酸APIを直接濃縮し、その後賦形剤を添加することで、所定濃度の液体API製剤を製造するという方法です。
このアプローチにより、大容量バッチにおける凍結乾燥工程の必要性とそれに伴う課題が解消され、現在の方法と比較して理論的により効率的な製剤プロセスが実現可能となります。

凍結乾燥工程は完全に省略することが可能です。というのも、商業用のオリゴ核酸は最終的に注射剤や点滴剤として液体製剤の形で投与されるためです。

実際、このアプローチは、現在多くのモノクローナル抗体製剤で採用されているプロセスと類似しており、バルク原薬と最終製剤が同一のプロセスフローおよび施設内で製造されます。
液体APIのトレンドを後押しするもう一つの要因は、オリゴ核酸が一般的に2〜8℃の液体状態で高い安定性を示し、凍結状態でも酸化や加水分解などの劣化がほとんど起こらない点です。
たとえば、中性〜アルカリ性pHでNaClやリン酸緩衝塩を用いた条件下では、オリゴ核酸は2〜3年の長期保存が可能であることが確認されています（ただし、光分解に対して高い安定性を持つ凍結乾燥粉末ほどの堅牢性はありません）。
このアプローチはEuropean Pharma Oligonucleotide Consortium（EPOC）によるさらなる検討を通じて、今後の開発パイプラインに含まれる幅広い疾患領域向けオリゴ核酸製剤において、液体APIのトレンドが加速する可能性があります。これらの多くは、すでに大手製薬企業によって取得されています。

サプライヤーおよびサービスプロバイダーにとっての新たな機会

液体APIという新たな潮流の中で、各企業は、装置・消耗品メーカー、CDMO、CRO、それぞれの専門性を活かし、液体オリゴ核酸製剤に対応したソリューションを提供する準備を進める必要があります。
具体的には、オリゴ核酸製造に適した分子量カットオフを持つUFDF膜やその他の膜、濃度の高い製剤への対応、洗浄性の向上やシングルユースシステム、さらには自動化・ロボット化された充填ステーションなどが挙げられます。

CROやCDMOは、液体APIオリゴ核酸製剤と、水溶液中のオリゴAPI、あるいは含水率20〜40%の凍結乾燥固体APIとの安定性比較試験の提供を検討すべきです。
また、オリゴ核酸の特性評価に関する分析技術、製剤用塩、賦形剤、pH、粘度、膜ファウリング、環境に配慮したグリーンケミストリーの評価などに関する専門知識の構築も重要です。
さらにCDMOは、最終製剤を同一施設内で製造する場合に求められるより厳格な規制対応に備え、クローズドシステムへの転換、環境モニタリングの常時実施、自動充填ステーション、無菌製造手法の導入を検討する必要があります。

オリゴ投与量の考察

以下に、商業用オリゴ核酸治療薬の投与濃度（2.1 mg/mL〜200 mg/mL）の一覧表と、その分布を示すグラフをご提供いたします。

オリゴ投与量の考察

一方で、UFDF（限外濾過・濃縮）工程では、膜のゲル化現象が起こる前にオリゴ核酸APIを50〜100 mg/mLまで濃縮することが可能です。したがって、液体オリゴ核酸API製剤は、現在の製造プラットフォームにおいてすでに実現可能な選択肢となっています。
しかし、皮下投与など新たなオリゴ核酸送達手法では、より高濃度の製剤が求められるため、CDMOは高濃度液体APIに対応可能な技術の導入を検討することが求められます。これには、薄膜蒸発、スプレードライ、超高速エレクトロスピニング、マイクロ波処理、浸透圧技術などが含まれます。
最終製剤において高濃度化を実現することで、患者の投与頻度を減らすといった大きな利点が得られるほか、環境負荷の低減にも寄与します。
さらに、液体APIは、最終製剤に対して無菌ろ過による終末滅菌を実現できるため、注射剤に対する規制当局の期待にもより適合することができます。

要約すると：

オリゴ核酸製造の需要は、開発パイプラインの拡大と患者数の増加に伴い、今後ますます加速すると予想されます。それに伴い、凍結乾燥工程への依存も大きくなり、コストや時間の負担が深刻化する可能性があります。
こうした課題に対して、液体APIなどの新しいアプローチは、オリゴ核酸製造の未来において重要なテーマとなるでしょう。

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参考文献

  1. ヴォルフガング・フリース、ゲルハルト・ヴィンター、https://nap.nationalacademies.org/read/26009/chapter/5#28
  2. Nagavendra Kommineniら, 免疫工学製品の保存のための凍結乾燥, iScience 25, 105127, October 21, 2022; https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.105127
  3. 複雑な医薬品の凍結乾燥工程：フォーミュレーションの課題とスケールアップ、ルーブリゾール
  4. メグ・スナイダー、2017年3月、https://www.drugdiscoverytrends.com/lyophilization-the-basics/
  5. Michael Eder, 2023年7月, 凍結乾燥に関する考察：バイオ医薬品における凍結乾燥と凍結の比較
  6. https://berkshiresterilemanufacturing.com/resources/blog/optimizing-oligonucleotide-drug-products-strategies-for-formulation-lyophilization-and-fill-finish-processes
  7. https://atdbio.com/nucleic-acids-book/Storage-of-oligonucleotides
  8. Johanna Poecheimら、Development of stable liquid formulations for oligonucleotides、European Journal of Pharmaceutics、Vol: 129、2018年8月、80-87ページ
  9. ジュディ・リー、オリゴ核酸原薬の製剤化：Regulatory aspects.Therapeutic Innovation & regulatory science, 2022 (56).pp.386-393.2168-4790; 2168-4804
  10. Christian Wetter, Solution Oligonucleotide APIs：Regulatory Considerations, Therapeutic Innovation & Regulatory Science (2022) 56:386-393,https://doi.org/10.1007/s43441-022-00384-2
  11. Jale Muslehiddinogluら、オリゴ核酸溶液APIの使用に関する技術的考察、Nucleic Acid Ther.2020年8月6日;30(4):189-197. doi:10.1089/nat.2020.0846
  12. Bhavani Prasad Vinjamuriら, 市販オリゴ核酸のレビュー, Journal of Pharmaceutical Sciences, Vol: 113, Issue 7, July 2024, Pages 1749-1768
  13. https://www.americanpharmaceuticalreview.com/Featured-Articles/587162-Assuring-Quality-of-Oligonucleotide-APIs-and-DPs/
  14. Mingyuan Li, SARS-CoV-2ワクチン用mRNA-LNPの凍結乾燥工程の最適化と分子動力学シミュレーション, Nature npj Vaccines (2023) 8:153;https://doi.org/10.1038/s41541-023-00732-9