抗体凝集体による免疫原性関連シグナル誘導の物理化学解析と数理モデル構築

• 研究課題/領域番号: 17H03975
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理系薬学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 内山 進 大阪大学, 工学研究科, 教授 (90335381)
• 研究分担者: 保仙 直毅 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (10456923) ; 大戸 梅治 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (90451856)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2018年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2017年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
• キーワード: バイオ医薬 / 抗体医薬 / 安定性 / 凝集 / タンパク質 / 界面 / 免疫原性 / 分析 / バイオ医薬品 / 蛋白質 / 凝集体 / 質量分析 / 立体構造 / 抗体 / 免疫複合体 / TNF / 超遠心分析 / 沈降速度法 / 生体分子 / 薬学 / シグナル伝達 / バイオテクノロジー

研究成果の概要

本研究によりバイオ医薬品で発生するタンパク質凝集体の定量的解析手法が確立し、凝集の原因となるストレスの特定に成功し、さらに凝集体の免疫原性との関連性について解明することができた。とくに、プレフィルドシリンジに塗布されたシリコンオイルとタンパク質が複合体となった際の免疫原性への影響は顕著であり、製剤における容器設計の重要性がより明確となった。また、従来から提唱されてきた、コロイド安定性と構造安定性に加えて、界面安定性の向上が凝集体発生の抑制には需要であることを示すことができた。さらに今回見出した振動や衝撃がタンパク質凝集を引き起こす点も医薬品の安定性を高める上で非常に有益であるといえる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、近年、利用されているバイオ医薬品の安定性と安全性に関するものであるが、これまで不明点が多かったタンパク質凝集体と副作用の関係を実験的に示唆することができた社会的意義の大きい研究成果である。特に、製薬企業から医療現場で利用される実際の場面へとフィードバックが可能な知見が数多く含まれており、かつ、応急処置的な対応では無く、包括的かつ根本的に医薬品の安定性を高めることが可能となることから、科学的意義は当然ながら、産業的意義が大きいといえる。

研究成果

• [国際共同研究] Ludwig-Maximilians-Universit Munchen/Philipps University of Marburg(ドイツ)
• [国際共同研究] Ateneo University(フィリピン)
• [国際共同研究] NIST/University of Colorado/Saint Louis University(米国)
• [国際共同研究] Federal University of Sao Paulo(ブラジル)
• [国際共同研究] University of Montreal(カナダ)
• [国際共同研究] Ludwig-Maximilians-Universit Munchen(ドイツ)
• [雑誌論文] Critical analysis of techniques and materials used in devices, syringes, and needles used for intravitreal injections (2020)
  • 著者名/発表者名: Melo Gustavo Barreto、Cruz Natasha Ferreira Santos da、Emerson Geoffrey Guy、Rezende Flavio Atanazio、Meyer Carsten H.、Uchiyama Susumu、Carpenter John、Shiroma Helio Francisco、Farah Michel Eid、Maia Mauricio、Rodrigues Eduardo Buchele
  • 雑誌名: Progress in Retinal and Eye Research 巻: in press ページ: 100862-100862
  • DOI: 10.1016/j.preteyeres.2020.100862
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of UVC Irradiation on the Oxidation of Histidine in Monoclonal Antibodies (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyahara Yuya, Shintani Koya, Hayashihara-Kakuhou Kayoko, Zukawa Takehiro, Morita Yukihiro, Nakazawa Takashi, Yoshida Takuya, Ohkubo Tadayasu, Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-020-63078-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stirring rate affects thermodynamics and unfolding kinetics in isothermal titration calorimetry (2020)
  • 著者名/発表者名: Maruno Takahiro、Ohkubo Tadayasu、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 3 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa028
  • NAID: 40022279168
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Achievements and Current Interests in Research on the Characterization and Quality Control of Biopharmaceuticals in Japan (2020)
  • 著者名/発表者名: Ishii-Watabe Akiko、Shibata Hiroko、Suetomo Hiroyuki、Ikeda Yosuke、Telikepalli Srivalli、Kiyoshi Masato、Hayashi Yu、Muto Takashi、Tanaka Yukako、Ueda Satomi、Iwura Takafumi、Saitoh Satoshi、Aoyama Michihiko、Harazono Akira、Hyuga Masashi、Goda Yukihiro、Torisu Tetsuo、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 109 号: 5 ページ: 1652-1661
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2020.01.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Automatic Identification of the Stress Sources of Protein Aggregates Using Flow Imaging Microscopy Images (2020)
  • 著者名/発表者名: Gambe-Gilbuena Arni、Shibano Yuriko、Krayukhina Elena、Torisu Tetsuo、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 109 号: 1 ページ: 614-623
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2019.10.034
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Relation of Colloidal and Conformational Stabilities to Aggregate Formation in a Monoclonal Antibody (2020)
  • 著者名/発表者名: Oyama Hiroaki、Koga Hiroki、Tadokoro Takashi、Maenaka Katsumi、Shiota Akira、Yokoyama Masami、Noda Masanori、Torisu Tetsuo、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 109 号: 1 ページ: 308-315
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2019.10.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assessment of the Injection Performance of a Tapered Needle for Use in Prefilled Biopharmaceutical Products (2020)
  • 著者名/発表者名: Krayukhina Elena、Fukuhara Ayano、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 109 号: 1 ページ: 515-523
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2019.10.033
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Fab portion of immunoglobulin G contributes to its binding to Fcγ receptor III. (2019)
  • 著者名/発表者名: [Rina Yogo,Yuki Yamaguchi,Hiroki Watanabe,Hirokazu Yagi,Tadashi Satoh,Mahito Nakanishi,Masayoshi Onitsuka,Takeshi Omasa,Mari Shimada,Takahiro Maruno,Tetsuo Torisu,Shio Watanabe,Daisuke Higo,Takayuki Uchihashi,Saeko Yanaka,Susumu Uchiyama,Koichi Kato]
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 11957-11957
  • DOI: 10.1038/s41598-019-48323-w
  • NAID: 120006875664
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of IgG1 Aggregation Initiation Region by Hydrogen Deuterium Mass Spectrometry (2019)
  • 著者名/発表者名: Noda Masanori、Ishii Kentaro、Yamauchi Mika、Oyama Hiroaki、Tadokoro Takashi、Maenaka Katsumi、Torisu Tetsuo、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 108 号: 7 ページ: 2323-2333
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2019.02.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Assessment of the Ability of Submicron- and Micron-Size Silicone Oil Droplets in Dropped Prefillable Syringes to Invoke Early- and Late-Stage Immune Responses (2019)
  • 著者名/発表者名: Krayukhina Elena、Yokoyama Masami、Hayashihara Kayoko Kakuhou、Maruno Takahiro、Noda Masanori、Watanabe Hiroki、Uchihashi Takayuki、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 108 号: 7 ページ: 2278-2287
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2019.02.002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] バイオ医薬品のタンパク質分散に使用される界面活性剤 (2019)
  • 著者名/発表者名: 米田早紀、内山 進
  • 雑誌名: 界面活性剤の選び方、使い方 事例集 巻: 7 ページ: 327-330
• [雑誌論文] Collaborative Study for Analysis of Subvisible Particles Using Flow Imaging and Light Obscuration: Experiences in Japanese Biopharmaceutical Consortium (2019)
  • 著者名/発表者名: Kiyoshi Masato、Shibata Hiroko、Uchiyama Susumu、Ishii-Watabe Akiko
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 108 号: 2 ページ: 832-841
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2018.08.006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interlaboratory comparison about feasibility of insoluble particulate matter test for injections with reduced test volume in light obscuration method (2019)
  • 著者名/発表者名: Harazono Akira、Shibata Hiroko、Kiyoshi Masato、Muto Takashi、Fukuda Jun、Torisu Tetsuo、Saitoh Satoshi、Nishimura Hirotaka、Uchiyama Susumu、Ishii-Watabe Akiko
  • 雑誌名: Biologicals 巻: 57 ページ: 46-49
  • DOI: 10.1016/j.biologicals.2018.12.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Laser Diffraction for Quantification of Protein Aggregates: Comparison With Resonant Mass Measurement, Nanoparticle Tracking Analysis, Flow Imaging, and Light Obscuration (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoneda Saki、Niederleitner Bertram、Wiggenhorn Michael、Koga Hiroki、Totoki Shinichiro、Krayukhina Elena、Friess Wolfgang、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 108 号: 1 ページ: 755-762
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2018.09.004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] バイオ医薬品に含まれる凝集体の適切な分析に向けて (2018)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: 薬学雑誌 巻: 138 号: 12 ページ: 1503-1507
  • DOI: 10.1248/yakushi.18-00020-4
  • NAID: 130007539088
  • ISSN: 0031-6903, 1347-5231
  • 年月日: 2018-12-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] バイオ医薬品の開発を支える分析技術の最新動向 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishii-Watabe Akiko、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: 薬学雑誌 巻: 138 号: 12 ページ: 1473-1474
  • DOI: 10.1248/yakushi.18-00020-F
  • NAID: 130007539051
  • ISSN: 0031-6903, 1347-5231
  • 年月日: 2018-12-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sweeping of Adsorbed Therapeutic Protein on Prefillable Syringes Promotes Micron Aggregate Generation (2018)
  • 著者名/発表者名: Maruno Takahiro、Watanabe Hiroki、Yoneda Saki、Uchihashi Takayuki、Adachi Satoru、Arai Kunihito、Sawaguchi Taichi、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1521-1529
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2018.01.021
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Physicochemical improvement of rabbit derived single-domain antibodies by substitutions with amino acids conserved in camelid antibodies (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Naoya、Hashimoto Ryuji、Noda Masanori、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 125 号: 6 ページ: 654-661
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.01.006
  • NAID: 210000005719
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Native mass spectrometry for understanding dynamic protein complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishii Kentaro、Zhou Min、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1862 号: 2 ページ: 275-286
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.09.019
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analytical ultracentrifugation with fluorescence detection 1 system reveals differences in complex formation between recombinant human TNFα and different biological TNFα antagonists in various environments. (2017)
  • 著者名/発表者名: Krayukhina, E., Noda, M., Ishii, K., Maruno, T., Wakabayashi, H., Tada, M., Suzuki, T., Ishii-Watabe, A., Kato, M., Uchiyama, S.
  • 雑誌名: mabs 巻: 9 号: 4 ページ: 664-679
  • DOI: 10.1080/19420862.2017.1297909
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Efficient generation of single domain antibodies with high affinities and enhanced thermal stabilities (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinozaki Naoya、Hashimoto Ryuji、Fukui Kiichi、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 5794-5794
  • DOI: 10.1038/s41598-017-06277-x
  • NAID: 120006995024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NMR Detection of Semi-Specific Antibody Interactions in Serum Environments (2017)
  • 著者名/発表者名: Yanaka Saeko、Yamazaki Toshio、Yogo Rina、Noda Masanori、Uchiyama Susumu、Yagi Hirokazu、Kato Koichi
  • 雑誌名: Molecules 巻: 22 号: 10 ページ: 1619-1619
  • DOI: 10.3390/molecules22101619
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Friability Testing as a New Stress-Stability Assay for Biopharmaceuticals (2017)
  • 著者名/発表者名: Torisu Tetsuo、Maruno Takahiro、Yoneda Saki、Hamaji Yoshinori、Honda Shinya、Ohkubo Tadayasu、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 106 号: 10 ページ: 2966-2978
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2017.05.035
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sedimentation velocity analytical ultracentrifugation for characterization of therapeutic antibodies (2017)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Susumu、Noda Masanori、Krayukhina Elena
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: 10 号: 2 ページ: 259-269
  • DOI: 10.1007/s12551-017-0374-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent Topics of Research in the Characterization and Quality Control of Biopharmaceuticals in Japan (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishii-Watabe Akiko、Shibata Hiroko、Harazono Akira、Hyuga Masashi、Kiyoshi Masato、Saitoh Satoshi、Iwura Takafumi、Torisu Tetsuo、Goda Yukihiro、Uchiyama Susumu
  • 雑誌名: Journal of Pharmaceutical Sciences 巻: 106 号: 12 ページ: 3431-3437
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2017.07.024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry analysis of therapeutic IgG molecules (2020)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: Keystone symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Affinity of protein-protein and protein-ligand interactions analyzed by native mass spectrometry (2019)
  • 著者名/発表者名: 内山 進
  • 学会等名: 第67回質量分析総合討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Relation between stability and structural changes of an antibody in different formulations (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Oyama, Masanori Noda, Tetsuo Torisu, Susumu Uchiyama
  • 学会等名: HDXMS2019
  • 国際学会
• [学会発表] Structural analysis of IgG Fc region in Fc fragment and IgG1 fullbody (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Yamaguchi, Tetsuo Torisu, Susumu Uchiyama
  • 学会等名: HDXMS2019
  • 国際学会
• [学会発表] バイオ医薬品の品質低下と防止について (2019)
  • 著者名/発表者名: 内山 進
  • 学会等名: 日本医療薬学会
  • 招待講演
• [学会発表] Formulation and primary packaging optimizations for biopharmaceuticals in prefilled syringes (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: PDA Europe
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Formulation and container closure system strategies for biopharmaceuticals with higher stability (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: Antibody-based Therapeutics & BioProduction Forum
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural Assessment of Therapeutic Antibody by Hydrogen/Deuterium Exchange Mass Spectrometry (HDX-MS) (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: Antibody-based Therapeutics & BioProduction Forum
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Stirring rate affects thermodynamic and kinetic reactions in isothermal titration calorimetry (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: CALCON2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemistry, Manufacturing, and Control of Biopharmaceuticals (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: 2019 JSGCT
  • 招待講演
• [学会発表] Total design of biopharmaceuticals with high quality and safety (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: AASP2019@Suwon
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 蛋白質科学と規制科学からみるバイオ医薬品の現状と課題 (2019)
  • 著者名/発表者名: 内山 進
  • 学会等名: 蛋白質科学会・細胞生物学会合同年会
  • 招待講演
• [学会発表] Factors influencing Quality of Biopharmaceuticals in Pre-filled Syringes (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: FDA workshop
  • 招待講演
• [学会発表] Formulation and container closure system strategies for biopharmaceuticals with higher stability (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: 2019Peptalk Protein Aggregation and Emerging Analytical Tools conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Aggregates quantification in wide range of size using orthogonal methods (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: Biotherapeutics Analytical Summit
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] PDA Europe (2019)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: Factors influencing Quality of Biopharmaceuticals in Pre-filled Syringes
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] バイオ医薬品に求められる プレフィルドシリンジの特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内山 進
  • 学会等名: PDA プレフィルドシリンジセミナー2018
  • 招待講演
• [学会発表] バイオ医薬品の物性解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内山 進
  • 学会等名: 第３９回JAACTシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Comparison of light obscuration and flow imaging analyses of protein particles induced by various stresses (2018)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: Colorado protein stability and immunogenicity
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Causes of protein aggregates generation in biopharmaceuticals (2018)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: FDA internal seminar
  • 招待講演
• [学会発表] Causes of protein aggregates generation in biopharmaceuticals (2018)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: JAACT Tsukuba
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 抗体医薬の物理化学と スマートフォーミュレーション (2018)
  • 著者名/発表者名: 内山 進
  • 学会等名: 第10回GFRGプロジェクトシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 蛋白質医薬溶液のトータルな最適化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内山 進
  • 学会等名: 第１７回蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 質量分析による抗体医薬と抗原の相互作用解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石井健太郎，丸野孝浩 、岡本優太 、野田 勝紀、内山 進
  • 学会等名: 質量分析討論会
  • 招待講演
• [学会発表] Biophysical analytical methods for biotechnology (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: 第20回台湾生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Factors affecting stabilities of biopharmaceuticals in prefilled syringe (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: Prefilled syringe Seminar 2017 Tokyo
  • 招待講演
• [学会発表] Biophysical characterizations of antibody drugs by mass spectrometry (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: Korean Society for Mass Spectrometry Annual Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] Analytical ultracentrifugation for biopharmaceuticals characterizations and formulation development (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: Symposium and Workshop for analytical ultracentrifugation, Beijing
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 蛍光超遠心分析による抗体医薬の希薄濃度・生体類似環境での相互作用解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 内山 進
  • 学会等名: BMIAフォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] Biophysical characterizations of biopharmaceuticals (2017)
  • 著者名/発表者名: Susumu Uchiyama
  • 学会等名: 台湾交通大学特別セミナー
  • 招待講演
• [図書] バイオ医薬（石井明子、川西徹、長野哲雄編） (2020)
  • 著者名/発表者名: 鳥巣哲生、内山 進（分担執筆）
  • 出版者: 東京化学同人
  • ISBN: 9784807909810