論文の公開元へフロースルーモードのイオン交換クロマトグラフィーによるモノクローナル抗体の精製法 に関する研究：ウイルス除去性能評価及び非対称な電荷分布を持つ抗体への対応
概要
抗体医薬品は、高い抗原特異性と少ない副作用から、特にがんや自己免疫疾患の分子標的治療薬として注目され、市場規模は年々拡大している。
多くの抗体医薬品は、Chinese Hamster Ovary (CHO) 細胞を宿主とした生産系によって製造されている。CHO 細胞培養液には目的物質である抗体以外に、高分子量種、宿主細胞由来タンパク質、宿主細胞由来 DNA 及び他の製造工程由来不純物等が含まれている。さらに、CHO 細胞には非感染性レトロウイルス様粒子の存在も知られているため、製造工程ではこのレトロウイルス様粒子及び外来性ウイルスを含む多くの不純物を適切に除去する性能が求められる。
多くのモノクローナル抗体は、基本的分子構造が同じであり、物理化学的性質が類似しているため、その製造工程では「プラットフォームプロセス」と呼ばれる共通の精製工程の適用が可能となる場合が多い。通常、抗体の精製工程は、Protein A アフィニティークロマトグラフィーを用いるキャプチャー工程、次いで、陽イオン交換 (CEX) 及び陰イオン交換 (AEX) クロマトグラフィー等のポリッシング工程からなる。
抗体医薬品は、投与量が多いこと、また培養コストが高い動物細胞を製造に用いること から、様々な製造方法の効率化やコスト削減が試みられる。特に、抗体製造の原材料費の うち、クロマトグラフィー工程で用いる樹脂等の媒体は大きな割合を占めており、コスト 低減のためクロマトグラフィー工程の樹脂等の媒体を効率的に使用することが必要となる。本研究では、効率的な抗体プラットフォームプロセスを構築するため、ポリッシング工程 として汎用されている CEX 及び AEX クロマトグラフィーについて、フロースルーモード による精製工程を検討した。
まず、CEX クロマトグラフィーのフロースルーモードに類似したオーバーロードモードのウイルス除去性能について評価した（第二章）。CEX クロマトグラフィーでは一般的には結合/溶出モードが広く用いられるが、オーバーロードモードでは、結合/溶出モードの 10 倍以上の目的物質である抗体を樹脂へ負荷できるため、効率的な精製法の構築につながる可能性がある。CEX クロマトグラフィーにおけるオーバーロードモードでは、多くの不純物の除去が可能であることが報告されているが、実製造に採用される精製プロセスの重要な指標であるウイルス除去性能については報告されていない。既に報告されている不純物の除去に加え、オーバーロードモードが結合/溶出モードと同等の性能でウイルスを除去できれば、高コストとなることが予想される結合/溶出モードの代わりになりうる。本研究は、 CEX クロマトグラフィーのオーバーロードモードがウイルスを除去する能力を有することを初めて示した。さらに、結合/溶出モードの 20 倍以上負荷量の多い条件でも、結合/溶出モードと同等のウイルス除去性能を有することも明らかにした。また、ウイルス除去性能は、抗体種、樹脂種により有意な影響を受けなかった。本研究により、抗体医薬品製造における低コストかつ高効率な精製プロセスの設計において、CEX クロマトグラフィーのオーバーロードモードが、ポリッシングステップとして有用であることを示すことができた。
次に、精製プロセス開発において直面した AEX クロマトグラフィーのフロースルーモードにおける非対称な電荷分布をもつ抗体の溶出挙動と精製条件の検討から、従来法では困難である非対称電荷分布を有する抗体の精製法を開発した（第三章）。一般的に AEX クロマトグラフィーのフロースルーモードにおけるクロマトグラフィー条件は、各抗体の等電点に基づき予測可能である。しかしながら、抗体 A は、予測した条件下で AEX 樹脂に吸着保持され、フロースルーしなかった。抗体 A の AEX クロマトグラフィーへの吸着挙動を考察するため、抗体の Fv 領域上の静電ポテンシャルを解析した結果、大きな負電荷クラスターが存在し、この抗体表面の非対称な電荷分布がフロースルーに大きく影響すると推測した。観察された異常なクロマトグラフィー挙動の影響を回避するため、AEX クロマトグラフィーに用いる媒体について、特に構造的な特徴から非対称の電荷分布の影響を受けにくいことが期待される膜吸着体に着目して検討した。その結果、予想通り、標準的なクロマトグラフィー条件で抗体 A は膜吸着体に吸着保持されず、効率的なフロースルーモードでの精製が可能であることを明らかにした。同時に充分なウイルス除去も達成することを示した。
抗体製造における高効率・低コスト精製プロセス開発に向けたフロースルーモードの活用に関する本研究は、クロマトグラフィー工程に使用する媒体の効率的な使用を可能にし、低コストを実現できる精製プロセスの提案につながった。また、表面電荷に特徴をもつ難精製抗体についても、標準的な条件で精製できる手法となる膜クロマトグラフィーメディアである NatriFlo HD-Q を見出したことから、本研究の成果は、確実な抗体医薬品の供給を実現できるプラットフォーム精製プロセスを提供し、精製プロセス開発期間の短縮化の実現による抗体医薬品開発の加速化に貢献するものと考えられる。
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