| 研究課題/領域番号 |
19H02081
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
鶴田 隆治 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (30172068)
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| 研究分担者 |
谷川 洋文 九州工業大学, 大学院工学研究院, 助教 (80197524)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 熱工学 / タンパク質 / マイクロ波乾燥 / ガラス化 / 常温乾燥 / 生物製剤 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，タンパク質水溶液を常温下で泡状に乾燥し，泡形成による薄膜化・気液界面積の増大が革新的乾燥技術に繋がることを実証し，タンパク質系バイオ医薬品の創薬技術に貢献することを目的としている．これまでに，独自に開発したマイクロ波常温乾燥装置により，乾燥圧力とマイクロ波照射強度をパラメーターとして泡形成に至る条件を検討し，泡形状と乾燥特性の関連を調べている．主として気泡力の高い卵白アルブミンや熱に強いリゾチームを対象としたが，より熱に敏感な物質への検証が課題である．
そこで，実用性も重視し，ブタ胎盤由来のプラセンタおよびプロテアーゼを対象に加え，乾燥過程の水分量変化によるガラス転移温度と粘度の関係を調べ，それぞれの発泡特性と乾燥速度を調査した．また，乾燥後の残存活性を評価し，本開発技術であるマイクロ波発泡乾燥（MFD）と多用されている凍結乾燥（F D）とを比較した．
その結果，ガラス転移温度は水分量の減少とともに上昇するが，プラセンタについては乾燥後においても20℃程度の常温（室温）よりも低く，乾燥温度がこれよりも高い状態では厳密にはガラス化しないということがわかった．しかしながら，50℃程度で行ったマイクロ波発泡乾燥後のプラセンタでは抗酸化能は残っていたため，タンパク質活性の維持が可能であると判断した．
発泡性と粘度の関係については，乾燥がもたらす水分減少による粘度上昇が大きい溶液ほど，発泡性能が良いことがわかった．特に，同じプラセンタでも，酵素分解法によるものと凍結破砕法によるものでは粘度上昇に差があり，発泡性能と相関関係にあった．
なお，乾燥後の残存活性評価については，紫外可視分光光度計を用いてプラセンタと基準物質であるトロロックスの517nmの吸光度を測定し，その比較により抗酸化力を評価した．その結果から，MFD後はFD後よりも高い抗酸化力を維持できていることを確認した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
令和2年度の計画として予定した熱敏感タンパク質についての乾燥と品質評価については，計画通りにプロテアーゼとプラセンタを試料とし，それぞれのガラス転移温度，粘度，発泡特性および残存活性の評価を行っている．
ここで，まず興味深い知見が得られた点は，最終乾燥時のガラス転移温度が必ずしも実際の乾燥温度よりも高くなければタンパク質活性が維持できないということではないということである．つまり，これまでの卵白アルブミンやリゾチームに加えて，プロテアーゼとプラセンタを試料とし，マイクロ波発泡乾燥を50℃以下に温度を制限して実施したが，ガラス転移温度よりも高い温度であるにもかかわらず，残存活性が確認された．すなわち，水分が多い状態において水溶液温度を上げなければタンパク質活性は維持されるものと理解され，今後の乾燥処理工程のさらなる効率化が期待される結果が得られたと認識している．
この点は，当初計画した低水分領域での凍結乾燥あるいはデシカント乾燥処理との組合せによる高品位乾燥の実現を行うことなく，最終乾燥までをマイクロ波発泡乾燥にて行うことが妥当との判断にも繋がった．凍結乾燥や，より受動的なデシカント乾燥では長時間の仕上げ乾燥になることは避けられないため，低水分領域では多少の温度上昇に対しても活性が維持されるという結果は大きな成果と考える．
以上の内容から，おおむね順調に進展していると判断する．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究により，マイクロ波発泡乾燥によって乾燥途中の水分が多い領域での乾燥温度を室温程度に保ちながら乾燥すれば，最終乾燥時のガラス転移温度が室温よりも低いタンパク質もあっても活性が維持されるという知見を得た．この実験事実に鑑み，泡乾燥の有効性を多くのタンパク質に拡大するための研究を推進する．重要な事項は，減圧下における安定した泡形成とその形状維持である．
まず，これまでの実験法を再点検するに，乾燥途中の水分量測定のために実験を中断し，真空容器から試料を取り出して大気圧下において計測を行なっていた．この場合，マイクロ波照射も中断され，泡を維持するエネルギー供給も無くなる．加えて，真空環境から大気圧まで復圧することになり，泡が圧力によって収縮することも考えられる．そこで，真空容器内にて質量計測を行うin-situ計測を工夫する．
また，発泡特性と粘度の関係を重視し，粘度が温度の関数であることから温度制御による泡形成促進を検討する．この際に，真空環境下における突沸対策と容器の濡れ性の影響を検討するために，内部容器の材質と形状について新たな検討を行い，その最適化を図りたい．
タンパク質試料としては，経験を積んでいるプラセンタを中心に実施していく予定であり，残存活性評価としては抗酸化能を指標に展開する．
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