オリゴ核酸の合成が1970年代に発明され、最初のオリゴ核酸治療薬が2000年代初頭に登場して以来、効果的なオリゴ核酸医薬品の開発に向けた研究は継続的に進められてきました。課題としては、オリゴ核酸薬が体内でエキソヌクレアーゼやエンドヌクレアーゼによって分解されること、細胞への取り込み率の低さ、mRNA標的への結合効率の低さ、細胞毒性、オフターゲット効果などが挙げられます。これらはASOやsiRNAの構造的特性に起因するものです。

過去20年間にわたり、ASOやsiRNAを疾患標的に対して有効にするため、オリゴ核酸構造の修飾に関する研究が広く行われてきました。本記事では、オリゴ核酸の有効性を高めるために業界で評価されている新たなツールやサービスについてご紹介します。

オリゴ修飾ツール

ホスホロジアミデート骨格、ヌクレオチド塩基およびリボース糖に非天然の構造を導入することで、広範かつ深い知見が得られてきました。これまでに、複数のカテゴリにわたる豊富な修飾構造ライブラリーが発見・開発されています。これらの修飾モノマーやオリゴ類似体のツールボックスは、これまで治療が困難だった疾患や到達が難しかった組織を対象とするオリゴ核酸の大規模合成において、今後ますます必要とされると予想されます。

修飾モノマーおよびオリゴ類似体のツールボックスは、広範な疾患領域を対象とするパイプラインオリゴ核酸の大規模合成において、今後ますます必要とされるでしょう。

以下の表では、修飾の主なカテゴリと、オリゴ核酸製造分野のサプライヤーがニッチな強みを築ける可能性のある領域をまとめています。

上記の修飾技術を踏まえ、サプライヤーがニッチな強みを築ける可能性のある領域は以下の通りです。

  • 修飾モノマーのGMPグレードバルク供給の信頼性 
  • 糖、塩基、骨格を修飾したオリゴ核酸鎖の合成に関する専門知識 
  • Fmoc/Bhoc保護リン酸アミジート、H-ホスホネート、Beaucage、PADS、DDTT、TETD、Bu₄NBr触媒、アルキルピペラジン基などの代替化学や硫黄化試薬のノウハウ
  • 高硫黄およびシステイン・グアニン含有反応物の可溶化と混合
  • ペプチドやGalNAcとのコンジュゲーション技術（フタルイミド、エチレングリコール、UNILINKERなどのリンカーを用いたCPG担体での結合）
  • 立体選択的なオリゴ核酸のキラル合成（反復的キャッピングと硫黄化によるSOSICS法、Staudinger反応など）
  • PMOのオンデマンド合成（フローケミストリー、フローベッドリアクター、連続混合システム、CGG樹脂を用いた固相合成）
  • 遺伝子アレイやFISHなど診断分野で確立された修飾リン酸アミジートを用いた大規模オリゴ合成技術の応用
  • 詳細な特性評価のための分析手法（2D-NMR、SEC-HPLC-UV-MS、CGE、AX-LC、DSC、XRD、GPCなど）

FDAに承認された19種類のオリゴ核酸治療薬のうち、半数以上がPMO、硫黄化、メトキシル化などによる糖・塩基・骨格の修飾を活用しており、前臨床および臨床パイプラインでもその数は増加しています。こうした状況を踏まえ、機器ベンダー、CDMO、CROは、これらの分野を単なる技術習得の対象として捉えるだけでなく、すでに進行中の第2世代・第3世代オリゴ核酸治療薬のトレンドであり、事業機会として認識すべきです。
そのため、サプライヤーやサービスプロバイダーは、これらの化学技術に特化したニッチな強みを築くことで、差別化を図り、革新的なオリゴ核酸創薬に取り組む新興企業とのパートナーシップを構築することができます。

モノマーからブロックマーへ

並行して、見落としてはならない重要な分野として「ブロックマー」があります。ブロックマーとは、4〜8残基程度の短いオリゴ核酸中間体のことです。複数のブロックマー中間体は、液相合成において酵素反応によって連結することが可能です。主な利点は、従来の固相合成と比べて、製造がより簡単で迅速、かつスケールアップしやすい点です。さらに、NATiAS社などから入手可能なキラルブロックマーもあります。
反応の段階が少ないため、不純物や副生成物の発生も抑えられます（例：P-S結合エラー、GGGG配列の繰り返しエラー、鎖長による系統的な収率低下など）。加えて、エネルギーや溶媒の使用量も大幅に削減でき、グリーンケミストリーの観点からも重要です。こうしたブロックマー技術は、Almac社のRNAリガーゼ酵素、ポリヌクレオチドキナーゼによるリン酸化、粗原料を用いた高純度なsiRNAの製造にも成功しています。
したがって、ブロックマーは、上記の特殊なオリゴ核酸形式だけでなく、将来的な汎用オリゴ核酸の製造においても、高効率な製造を可能にする技術として期待されています。

ブロックマーは、近い将来、より高効率なオリゴ核酸製造を可能にするかもしれません。

このような状況を踏まえ、機器ベンダー、CDMO、CROは、次世代のオリゴ核酸製造スケールアップに向けて、ハイブリッド型のアプローチを検討すべきです。原料や試薬のサプライヤーは、ブロックマーや可溶化剤とともに、最適な酵素ライブラリーやGMPグレードの酵素をバルク供給する可能性を探ることができます。機器ベンダーは、混合容器、温度条件、構造材料の化学的適合性などを考慮する必要があります。

CDMOは、施設拡張時にバイオ触媒による液相製造システム専用エリアの整備や、専門技術者の育成を検討することができます。CROは、プロセス開発や分析開発サービスを提供するとともに、ブロックマーや酵素の活用を通じて、革新的かつ高効率な製造プラットフォームへとオリゴ核酸創薬企業を導く役割を担うことができます。

出発原料に対する高品質要件

最後に重要な点として、オリゴ核酸の製造は、原料・試薬・溶媒混合物の品質に起因する不純物や収率低下に非常に敏感です。この重大な課題に対応するため、欧州製薬オリゴ核酸コンソーシアムの出発原料（EPOC SM）ワーキンググループが設立されました。この専門グループは、ICHQ6AおよびICHQ11を参考に、重要な出発原料の基準設定、不純物の特定、分析手法の確立、リスク評価を行い、堅牢で一貫性のある製造プロセスの採用を支援します。
対象には、リン酸アミジート、メトキシルアミジート、デオキシアミジート、ブロックマー、LNA、溶媒、硫黄化試薬などが含まれ、2D NMRやHPLC-UV-MSなどの手法で不純物の検出が行われます。また、化学構造の明確化、断片不純物との類似性、交差汚染の重要性についても言及されています。

一般的に、出発原料は高品質のCoA（適合証明書）付きでベンダーから提供される汎用品として扱うことが推奨されています。したがって、オリゴ核酸業界のサプライヤーは、EPOCワーキンググループの提言を踏まえ、出発原料の提供に向けた文書パッケージの整備を進めるべきです。
リン酸アミジート、試薬、脱水アセトニトリル市場で主要プレイヤーとなりつつある一部のサプライヤーは、すでにこれらの品質要件に対応する取り組みを進めており、リーディングサプライヤーとしての差別化を図っています。その他の企業も、オリゴ核酸治療薬という新たな製薬分野において、原料、ファインケミカル、合成技術の面でイノベーションを生み出すニッチな機会を活かし、同様の道を歩むことが可能です

前回の記事、"次世代オリゴ核酸技術：凍結乾燥工程のボトルネックから液体APIへ".

要約すると：

パイプライン上のオリゴ核酸の化学的複雑性が高まる中、オリゴ修飾ツールやブロックマー、その他の出発原料には、より高い品質が求められるようになります。
この新たな市場に対応するため、サプライヤーやサービスプロバイダーには、製品開発、製造サービス、試験サービスの提供において大きな成長機会が広がっています。

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