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バイオを含む次世代医薬品製造の環境管理に役立つ新微生物迅速検出法の開発と事業化

鳴瀧, 壮二 神戸大学

2022.03.25

概要

く第1章＞
序論近年、創薬モダリティが低分子合成医薬品から遺伝子組換え技術によるバイオ医薬品を含む多様な次世代医薬品にパラダイムシフトし、微生物汚染リスクの高い製法が増加している。海外規制当局(FDAやMHRA等）による製造施設へのGMP査察において、顕著な欠陥の一つに環境モニタリングが挙げられており、規制上の要求が厳格化している。さらにパンデミックに備えたワクチン開発も加速すると考えられ、mRNAの生産が増加すると予想されるomRNAは化学合成で製造されるがデリバリーの安定化のため、脂質ナノ粒子(LNP)に内封化する複雑な無菌製剤化工程を得て製造されるため、無菌性保証の難易度は高い。したがって、微生物汚染リスクを適切なタイミングでシグナルとして捉えられる微生物迅速検出法は、製造環境の異常を早期に把握でき、優れた汚染管理戦略の重要なツールと成り得る。第1章では、医薬品製造所における微生物モニタリング技術の課題と現状を整理し、培養法の課題を解決するために、筆者独自の選定方針により、汎用化可能な微生物迅速検出法を選定した。

く第2章＞
タイムラプスシャドウ画像解析の適格性の評価適切なBCCSの実現に向け、最新の微生物迅速検出法であるタイムラプスシャドウ画像解析を選定し、環境モニタリングヘの実運用を見据えた適格性評価を行った。適格性評価として実施した特異性では成長するコロニーと物質を適切に判別できた。また、頑健性として、プレート淵部での検出精度、瞬間停電、培地の乾燥やひび割れ等の異常時の影響を評価し、実運用における課題を抽出した。表面付着菌測定では製造施設の壁や床に接触させる際に異物が付着するため、コロニーと物質を適切に判別できる本法は環境モニタリングに適した検出法であると結論付けた。

く第3章＞
微生物環境モニタリングの事例研究環境モニタリングに対するタイムラプスシャドウ画像解析のケーススタディとして、90mmプレートとRODACプレートで25~30°Cにおいて標準菌と環境微生物について検出時間と測定精度を評価した。

検出時間について、標準菌では両プレートともに最速はB.subtilisであり、20時間以内で検出され、目視よりも顕著に短時間で検出した。真菌も同様に目視によるコロニー計数法に比べて短時間で検出され、A.brasiliensisは40時間で初めて検出された。環境微生物の最速は12.0時間であり、平均検出時間は30.3時間であった。目視より短時間であり、優れた検出技術であることを示された。標準菌に対する検出時間から25~30°Cで細菌は2日間、真菌は4日間を推奨培養期間と設定した。TSIAは30分毎に画像データを取得できることから異常を察知するタイミングとして、細菌は1日間、真菌は2日日間と設定可能であると判断したdまた、環境微生物の検出時間からも推奨培養期間の変更は不要と判断できる結果が得られた。

測定精度は目視によるコロニー計数法よりも全てのサンプルに対してより正確であることが示された。RODACプレートではP.ae,-uginosa及びB.subtilisの菌数は目視によるコロニー数の1.0~2.5倍及び1.0~1.7倍であった。A.brasiliensisでは目視によるコロニー数の1.6~2.8倍と高かった。プレート上でコロニーが拡散する菌種については目視より遥かに優れた測定精度を示した。さらに本研究では、製造所から単離した遊走菌であるPaenibacillus属のコロニー成長過程をタイムラプスシャドウ画像解析により30分毎に連続的にモニターし、寒天平板プレートの中央部から辺縁部に広がる遊走挙動が観察された。24時間後にはコロニーサイズが20mmを超え、48時間後には60mmを超え、96時間後には寒天平板プレート表面の大部分が細菌で覆われる遊走菌の挙動が観察された。一方、培養5日目に目視によりコロニーを計数することは不可能であり、遊走菌であることを目視では判別できなかった。

以上のように本研究では、タイムラプスシャドウ画像解析により簡単、迅速かつ正確に信頼できるデータを取得できることが示された。さらに連続的に取得した画像データにより、遊走菌の特徴的な挙動も的確に捉え、実運用においても非常に重要な検出力を有していることが示された。

本検出法はシンプルな測定原理により結果解釈も容易であることから医薬品製造所の品質管理部門にも容易に受け入れ可能であり、実行性が高い検出法であることが示された。また、タイムラプスシャドウ画像解析は、検出した環境微生物の遺伝子同定に必要なコロニー数を確保可能であり、従来と同様に迅速同定が実施できる点もメリットである。本検出法の適用は、製造所の立ち上げ期間の短縮による高い生産能力を確保することや多品目生産に向けた製造所の稼働率向上に貢献すると考えられる。

以上のことから培養法の課題を解決できる微生物迅速検出法により、微生物同定も可能であることを確認でき、適切なBCCSの実現に必要な要素技術が整ったと結論付けた。

く第4章＞
BCCSコンサルティングの事業性検討本研究で用いたタイムラプスシャドウ画像解析の投資効果を算出した。投資効果は製造所の規模、レイアウト、空調のハード等を含む構造設備等、製造品目の製造費用や原材料費用等、条件により変動するが、筆者が確立した微生物迅速検出法を活かしたBCCSを用いることにより、バイオ医薬品、注射剤および経口剤を製造する医薬品製造所では数年で投資回収が見込まれ、製造機会損失はバイオ医薬品、注射剤および経口剤それぞれ、数十億円にも上ることが算出された。バイオ医薬品及び注射剤の製造所に加え、微生物汚染リスクは低い経口剤製造所においても投資効果が高いことが明らかとなり、潜在顧客が顕在化するための有益な算出結果となった。一方、タイムラプスシャドウ画像解析を自動化装置として用いる場合にはサンプリング頻度の低い製造品目では投資効果は低いことが明らかとなった。新微生物迅速検出法を活かしたBCCSの実装ノウハウを医薬品製造所に提供し、新たな価値を創造するBCCSコンサルティング事業の存在意義は大きいと考えられる。

BCCSコンサルティングの事業性について検討した。PEST分析からバイオ医薬品及び注射剤を製造する医薬品製造所についてプラス要因が多いが、急激に製造所数が増加する要因は少なく、顧客獲得に苦労することが予想された。一方、画期的な次世代医薬品開発の加速により、製造所が増加することが想定される。また、3C分析により、BCCSコンサルティングにおいてパートナー会社が有する顧客ネットワークを利用することで、効率的に顧客を獲得でき、顧客獲得スピードと継続的な顧客獲得に対する懸念点を解消し、事業として成り立つ可能性を見出した。また、SWOT分析により、コア・コンピタンスが強く発揮できる外部環境が2019年以降に急激に整い始めていることが示唆され、次世代モニタリングシステムの共同開発等、継続的にビジネス機会を得られる可能性が存在すると考察され、発展性が期待できる。

おわりに
医薬品製造所における微生物管理を想定した新微生物迅速検出法は、他の業界、例えば、食品や飲料品、化粧品等の製造、多様な製品に有効な技術である。今後、更なる科学技術の進歩によりより高感度の微生物検出法が開発されることが期待される一方で汎用化可能な装置開発が重要であり、ユーザーと開発者をつなぐ役割を果たし、社会に新たな価値創造に貢献できることを目指していく。

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