製品由来不純物と工程由来不純物の違いとは？抗体医薬の品質評価で見るべき不純物を整理する

この違いを整理する軸になるのが、⁠製品由来不純物 と 工程由来不純物mRNA製造などで生じる二本鎖RNA(dsRNA)や鋳型DNAなど、製造工程に由来する不純物の残存量を調べる試験です。詳しく → という分け方です。製品由来不純物は、目的物質である抗体そのものに由来する不純物で、凝集体、断片、分解物、修飾体、電荷バリアントなどが含まれます。一方の工程由来不純物は、製造工程から持ち込まれる不純物で、HCP（宿主細胞由来タンパク質）抗体を作らせた細胞が産生する目的以外のタンパク質。不純物として除き、残存量を管理する。、残存DNA、Protein AリークProtein Aアフィニティ精製で漏れ出したProtein Aの残存量を測るELISAです。精製由来の不純物として管理するために使います。詳しく →、培地細胞を体外で生存・増殖させるために必要な栄養・エネルギー源・成長因子などを含む液体または固体の環境基盤。成分、精製工程由来成分などがあります。

この2つを分けて捉えると、純度、凝集体、電荷異性体抗体などで電荷が異なる分子種のことです。脱アミド化などの修飾で生じ、酸性側・塩基性側の割合を分離して測る品質指標です。詳しく →、HCP、残存DNAといった分析項目が、バラバラの項目ではなくひとつながりのものとして見えてきます。「どこから来た不純物か」という一本の軸を通すだけで、代表例も分析法も、DS / DPでの読み方も同じ地図の上に並びます。その地図の下敷きになっているのが、規格と試験法の考え方を示す ICH Q6B生物薬品の規格・試験方法の設定の考え方を示すICHガイドライン。力価などの規格を扱う。 です。

製品由来不純物と工程由来不純物とは何か

抗体医薬の不純物は、大きく分けると、製品由来不純物と工程由来不純物があります。

製品由来不純物は、目的抗体が製造・精製・保存・製剤化の過程で変化して生じるものです。抗体は高分子タンパク質であり、温度、pH、塩濃度、界面、撹拌、凍結融解、酸化、脱アミド化アスパラギンなどが変化して電荷が変わる化学的分解。特定の隣接配列で起きやすい。などの影響を受けます。

その結果、抗体分子が会合して凝集体になったり、一部が切断されて断片になったり、化学修飾核酸の糖・骨格・末端に施し、安定性・結合力・免疫原性を整える改変。によって電荷や構造が変化したりします。

一方、工程由来不純物は、抗体そのものではなく、製造に使った細胞、培地、精製材料、工程操作などに由来するものです。CHO細胞抗体など組換えタンパク質の生産に広く使われる、チャイニーズハムスター卵巣由来の培養細胞です。詳しく →などの宿主細胞からはHCP医薬品を作る宿主細胞に由来するタンパク質の不純物です。安全性に関わるため、精製後の残存量を測ります。詳しく →やDNAが残る可能性があり、Protein Aレジンを使う精製ではProtein Aリガンド担体ビーズ表面に結合させた官能基やタンパク質で、目的物や不純物と相互作用して分離を担う部分。のリークが評価対象になることがあります。

つまり、同じ「不純物」でも、 由来が違えば、評価する分析法も管理の考え方も変わります 。ICH医薬品規制の国際調和を目的として、日米欧の規制当局と製薬業界が参加する国際的なガイドライン策定機関。 Q6B もこの2分類（Product-Related Impurities / Process-Related Impurities）を基本枠組みとしています。

なぜ不純物を2つに分けて考えるのか

不純物を製品由来と工程由来に分ける理由は、リスクの性質と分析法が異なるためです。

製品由来不純物は、抗体そのものの品質変化を反映します。凝集体や断片は、抗体の安定性や有効成分量に関係します。電荷バリアントや修飾体は、活性、安定性、薬物動態投与した薬が体内で吸収・分布・代謝・排泄されていく挙動。ADCではDARが大きく影響する。、バッチ間の一貫性に関係する場合があります。

工程由来不純物は、製造工程の除去能力や清浄性を反映します。HCPや残存DNA製造に使った宿主細胞に由来するDNAの不純物です。安全性の観点から、精製後にどれだけ残っているかを測る試験です。詳しく →は、細胞培養や精製工程から持ち込まれる不純物です。これらは、工程開発や工程管理の中で、どこまで低減できているかを確認します。

この切り分けができると、分析項目を選びやすくなります。

たとえば、凝集体や断片を見たい場合はSEC-HPLC多孔質の担体を通る時間差で分子をサイズ順に分離し、抗体の凝集体や断片がどれくらい含まれるかを測る手法です。詳しく →やCE-SDSSDSで処理したタンパク質をキャピラリー電気泳動で分離し、抗体などの純度や分子サイズ分布（断片・凝集）を評価する手法です。詳しく →が候補になります。酸性・塩基性バリアントを見たい場合はCEX-HPLCやicIEFが候補になります。

一方、HCPを見たい場合はHCP-ELISAやLC-MS、残存DNAを見たい場合はqPCRやddPCR反応液を無数の微小区画に分けて増幅し、陽性区画の数から核酸の量を絶対値で数える装置です。ごく微量の検出や定量に強みがあります。詳しく →が必要になります。

製品由来不純物とは：抗体そのものの変化

製品由来不純物は、 抗体そのものが変化して生じる不純物 です。

抗体医薬は、同じ目的抗体を作っているように見えても、完全に均一な分子だけで構成されているわけではありません。製造や保存の過程で、抗体分子にはさまざまな変化が起こる可能性があります。

代表的な製品由来不純物には、次のようなものがあります。

たとえば、凝集体は抗体分子が複数会合した高分子量体です。断片は、抗体の一部が切断されて生じる低分子量体です。これらは、サイズの違いとしてSEC-HPLCで評価されることがあります。

電荷バリアントは、抗体分子の電荷状態が変化した分子種です。脱アミド化、C末端リジン、糖鎖、酸化、糖化などが関係することがあり、CEX-HPLCやicIEFで評価されます。脱アミド化や酸化などの化学修飾、糖鎖プロファイルの違いは、LC-MSを用いたインタクト質量解析やペプチドマッピングで部位レベルまで踏み込んで同定できます。

製品由来不純物は、抗体の安定性、活性、均一性、規格設定に関わるため、抗体医薬の品質評価では重要な対象になります。

工程由来不純物とは：製造工程から持ち込まれるもの

工程由来不純物は、抗体そのものではなく、 製造工程から持ち込まれる不純物 です。

抗体医薬では、CHO細胞などの宿主細胞を使って抗体を産生します。そのため、細胞培養液には、目的抗体以外にも、宿主細胞由来タンパク質、宿主細胞由来DNA、培地成分、細胞片などが含まれます。

精製工程では、これらの不純物を段階的に除去します。抗体医薬の標準的な精製順序は、抗体医薬の工程フローでステップごとに整理できます。

代表的な工程由来不純物には、次のようなものがあります。

工程由来不純物は、工程設計と除去能力の確認が重要です。

たとえば、HCPや残存DNAは、ハーベスト、清澄化、Protein A、ウイルス不活化、ポリッシング、UF / DFなどを通じて低減されます。最終的な原薬や製剤では、これらが管理範囲に入っていることを確認します。

工程由来不純物は、製品ごとの製造工程や細胞基材によってプロファイルが変わります。そのため、単に「低いかどうか」だけでなく、その工程で一貫して低減できているかが重要になります。

主な例：凝集体・断片・電荷異性体・HCP・残存DNA

抗体医薬の品質評価でよく出てくる不純物やバリアントを整理すると、次のようになります。

ここで重要なのは、分析対象によって測定方法が大きく変わることです。

凝集体や断片は、抗体のサイズや分子量の違いとして評価します。電荷異性体は、電荷状態やpIの違いとして評価します。HCPや残存DNAは、抗体とは別の工程由来成分として評価します。

つまり、不純物を正しく見るには、まず「何由来の不純物なのか」を整理する必要があります。

分析法は不純物の種類によって変わる

抗体医薬の不純物評価では、 ひとつの分析法ですべてを見ることはできません 。

SEC-HPLCは、モノマー、凝集体、断片などのサイズバリアントを見る方法です。CE-SDSは、変性後の分子量成分を見る方法です。CEX-HPLCやicIEFは、電荷異性体を見る方法です。ELISAは、HCPやProtein Aリークなどの特定成分を測る方法です。qPCRやddPCRは、宿主細胞由来DNAを測る方法です。

このように、分析法は「測りたい不純物の性質」に合わせて選びます。サイズを見るのか、電荷を見るのか、タンパク質を測るのか、DNAを測るのか、特定成分を定量するのか、原因を同定するのか。この整理ができると、分析法の使い分けが理解しやすくなります。

なお、LC-MSは製品由来の修飾同定にも、工程由来のHCP同定にも使われるため、表では「両方」に位置づけています。同じ装置でも、何を対象にするかで役割が変わります。HCPでは、ELISAが総量を高感度に測る一方、ELISAの抗体が認識できないHCP（カバレッジ外）はLC-MSが個別に同定・定量して補完します。

工程での見方：どこで発生し、どこで減らすのか

不純物は、製造工程の中で発生し、変化し、低減されます。各工程の位置づけは 抗体医薬の工程フロー と対応させると整理しやすくなります。

製品由来不純物は、抗体そのものの変化によって生じます。たとえば、低pHウイルス不活化、濃縮、撹拌、界面接触、凍結融解、保存などで、凝集体や断片が増えることがあります。

工程由来不純物は、主に培養液や精製材料から持ち込まれ、精製工程を通じて低減されます。HCPや残存DNAは、ハーベスト、清澄化、Protein A、ポリッシング、UF / DFなどを通じて段階的に低減されます。

工程開発では、どの工程で不純物が増えるのか、どの工程で低減されるのかを確認します。捕捉工程であるProtein Aレジンは、抗体を特異的に結合させてHCPやDNAの多くをフロースルー・洗浄で除く、工程由来不純物低減の大きな山場になります。一方で、リガンドリークという固有の工程由来不純物を新たに持ち込みうる工程でもあるため、リーク量の確認も併せて必要になります。

この見方があると、 分析結果を単なる数値ではなく、工程の状態として読める ようになります。

DSとDPで不純物管理の意味は変わる

不純物管理は、 DSとDP でも意味が変わります。

DSはDrug Substance、つまり原薬です。DPはDrug Product、つまり製剤です。

DSでは、不純物管理は主に製造工程と精製工程の結果を確認する意味を持ちます。抗体がどこまで精製され、HCPや残存DNAがどこまで低減され、凝集体や電荷バリアントがどの程度管理されているかを見ます。

DPでは、不純物管理は製剤としての安定性や最終製品の規格適合性を確認する意味が強くなります。処方、容器、保存温度、輸送、凍結融解などによって、凝集体や断片、電荷変化が生じないかを確認します。

製品由来不純物は、DSでもDPでも重要です。DSでは精製工程の結果として読み、DPでは製剤安定性の結果として読みます。

工程由来不純物は、主にDSまでの工程で低減されます。DPでは、最終製品として管理値や規格に適合しているかを確認します。なお ICH Q6B は、工程由来不純物について、効果的な工程管理と除去能力の実証があれば、必ずしも原薬・製剤の規格項目を設定しなくてよい場合があるという考え方を示しています。つまり、製品を毎回測る規格試験と、工程がきちんと除けることの実証という二段構えで管理できる、という整理です。

同じ不純物でも、どの段階のサンプルを測っているのかによって意味が変わります。

まとめ

抗体医薬の不純物は、大きく製品由来不純物と工程由来不純物に分けて考えます。製品由来不純物は抗体そのものが変化して生じる不純物で、凝集体、断片、分解物、電荷バリアント、修飾体などが該当し、SEC-HPLC、CE-SDS、CEX-HPLC、icIEF、LC-MSなどで評価されます。

工程由来不純物は、製造工程から持ち込まれる不純物です。代表例として、HCP、残存DNA、Protein Aリーク、培地成分、精製工程由来成分などがあり、ELISA、qPCR、ddPCR、LC-MSなどで評価されます。

この2つを分けて理解すると、分析法の使い分けが見えやすくなります。サイズを見るならSEC-HPLCやCE-SDS、電荷を見るならCEX-HPLCやicIEF、HCPを見るならELISAやLC-MS、DNAを見るならqPCRやddPCRというように対応します。

抗体医薬の品質評価では、ひとつの分析だけで全体を判断するのではなく、不純物の由来と性質に応じて複数の分析法を組み合わせて評価します。製品由来不純物と工程由来不純物の違いを理解することは、 抗体医薬の分析項目、製造工程、品質管理をつなげて読むための基礎 になります。

参考文献

• ICH Q6B: Specifications — Test Procedures and Acceptance Criteria for Biotechnological / Biological Products.
• EMA: ICH Q6B specifications — test procedures and acceptance criteria for biotechnological / biological products.
• EMA: Guideline on development, production, characterisation and specification for monoclonal antibodies and related products.
• USP General Chapter <1132>: Residual Host Cell Protein Measurement in Biopharmaceuticals.
• USP General Chapter <509>: Residual DNA Testing.
• ICH Q5A(R2): Viral Safety Evaluation of Biotechnology Products Derived from Cell Lines of Human or Animal Origin.
• Pilely K, et al. Monitoring process-related impurities in biologics: host cell proteins. 2021.