mRNA-LNPの製造工程とは？ IVTからLNP化・無菌充填まで、工程ごとの品質指標

mRNA-LNPの製造工程とは、試験管の中（in vitro）でmRNAを合成する前半と、そのmRNAを脂質ナノ粒子（LNP）mRNAなどを包んで細胞へ届ける脂質の微粒子。全身投与では肝細胞に取り込まれやすい。に包む後半の2本柱からなる工程です。

ただし、前半は酵素反応と精製、後半は脂質との混合と粒子設計が中心となるため、工程ごとに管理する品質の指標が入れ替わります。

この記事では、工程の全体像、in vitro転写鋳型から試験管内でmRNAを合成する反応で、副生成物として二本鎖RNAが生じる。詳しく →（IVT）、キャッピングmRNAの5'末端にキャップ構造を付ける修飾で、分解を防ぎ翻訳効率を高めます。3'末端のポリA付加とは別の修飾です。詳しく →とポリA、mRNAの精製、LNPmRNAなどを包んで細胞へ届ける脂質の微粒子。全身投与では肝細胞に取り込まれやすい。化、濃縮と無菌充填処方済みの溶液をバイアルやシリンジなどの容器へ無菌的に充填し、封止する製造工程。詳しく →と保管を順に説明します。

1. 2本柱でできている：mRNA-LNP製造の全体像は、どうなっているのか？

mRNA-LNPの製造は、前半の「mRNA原薬原薬。精製を終えた有効成分そのもので、製剤化する前の段階を指す。詳しく →を合成する工程」と、後半の「LNPに製剤化する工程」に分かれます。

• 前半（mRNA合成）：DNA鋳型からmRNAを酵素的に合成し、不純物を除去して高純度のmRNAを得ます。
• 後半（LNP製剤化）：そのmRNAを脂質と急速に混合してナノサイズの粒子に封入し、投与できる剤形に整えます。

抗体医薬は、細胞にタンパク質を発現させて回収する工程です。これに対し、mRNA-LNPには細胞を増殖させるバイオリアクター細胞や微生物を、温度・pH・溶存酸素などを制御しながら培養する槽です。数リットルの開発用から数千リットルの商業生産用まであり、ステンレス製と使い捨て（シングルユース）があります。詳しく →培養がありません。

工程の全体像は次の表のとおりです。

各工程の詳細はin vitro転写（IVT）以降の工程フローも合わせて確認してください。

2. 試験管の中でmRNAを合成する：in vitro転写（IVT）とは何か？

IVTは、細胞を使わず、線状化したDNA鋳型から酵素反応でmRNAを合成する工程です。 出発点となるのは、目的タンパク質の遺伝子配列を組み込んだプラスミドDNAです。

まず、環状のプラスミドを制限酵素DNAの特定の塩基配列を認識して切る酵素です。クローニングやベクター作製でDNAを狙った位置で切るために使います。詳しく →で切断して線状化します。環状のままでは転写が止まらず、長すぎるRNAができてしまう。転写を終わらせたい位置で切断して直鎖状の鋳型にしてはじめて、IVTを制御できます。

線状化した鋳型に、T7 RNAポリメラーゼと4種類の基質（ATP・GTP・CTP・UTP）、マグネシウムなどを加えて反応させると、鋳型配列に沿ってmRNAが合成されます。

短時間で大量のmRNAが得られる一方、副生成物は避けられません。代表的なのが二本鎖RNA（dsRNA）IVTで副生する二本鎖のRNA。ウイルスの目印として自然免疫を刺激し、mRNAの翻訳を下げる不純物です。です。自然免疫病原体を素早く感知して働く生体防御の仕組み。dsRNAをウイルスの痕跡とみなし炎症反応を起こします。詳しく →を過剰に刺激する原因となるため、後の精製で確実に除去する対象になります。

3. 末端を整えて機能させる：キャッピングとポリAは、なぜ必要なのか？

IVTで合成しただけのmRNAは、体内で十分に機能しないからです。 天然のmRNAと同様に、5'末端にキャップ構造mRNAの5'末端に付加される修飾構造で、翻訳開始を促すとともに細胞内のRNA分解酵素から転写物を保護する役割を担う。詳しく →、3'末端にポリAmRNAの3'末端に付くアデニン連続配列。分解からの保護と翻訳の支持を担う。詳しく →テールを備えてはじめて、効率よく翻訳され、分解されにくくなるからです。

キャップ構造を付ける方法は、次の2通りです。

• 共転写法転写と同時にキャップアナログを取り込ませてキャップを付ける方式。詳しく →（転写と同時に付ける）：IVT反応の中でキャップアナログmRNAの5'末端に「キャップ」構造を付けるための試薬です。キャップはmRNAの安定性や、タンパク質への翻訳効率を高める働きをします。詳しく →を加えて同時に付ける方法で、工程が短く済みます。
• 酵素法（転写後に付ける）：転写後に酵素で付ける方法で、キャップ付加率を高めやすくなります。

ポリAテールは、鋳型DNAにあらかじめポリA配列を組み込んでおく方法と、転写後にポリAポリメラーゼ転写後にポリA鎖を酵素的に付加する酵素。で付加する方法があります。

テールの長さは翻訳効率や安定性に影響するため、長さのばらつきをどこまで抑えられるかが品質管理原料・資材・中間体・製品を規格に照らして試験し、使ってよいか、出荷してよいかの合否を決める仕事です。GMPでは製造部門から独立させます。詳しく →の要点です。

4. 副生成物を除去する：mRNAの精製では、何を除くのか？

精製で除くのは、dsRNA、短鎖RNA、酵素・ヌクレオチド、残存する鋳型DNA断片です。 IVT反応液の中には、目的のmRNAだけでなく、dsRNA、途中で切れた短鎖RNA、反応に使った酵素やヌクレオチド、DNase処理残った鋳型DNAを分解酵素DNaseで除く工程。IVT後のmRNAから不要なDNAを取り除くために行います。詳しく →で分解しきれなかった鋳型DNA断片が混在しています。精製の役割は、これらを除去し、高純度のmRNAだけを回収することです。

まずDNase処理で鋳型DNAを分解し、その後、次の手法を組み合わせて純度を高めます。

目的物だけを高純度で回収するという考え方は、抗体の精製とも共通します。考え方の参考として、抗体精製の代表的な工程もあわせて確認してください。

残存DNA・dsRNA・短鎖RNAをどこまで下げられるかが、mRNA原薬の品質を決めます。

5. 重要：脂質ナノ粒子（LNP）化では、なぜ混合条件で粒子が決まるのか？

脂質とmRNAを急速に混合する瞬間に、脂質が自己組織化して粒子が一気に形成されるからです。 LNP化は、精製したmRNAを脂質の膜で包み、ナノサイズの粒子（LNP）に封入する工程です。精製したmRNAは、そのままでは細胞に取り込まれず、血中ですぐ分解されてしまいます。

LNPは通常、次の4種類の脂質で構成されます。

LNP化では、脂質をエタノールに溶かした有機相と、mRNAを含む酸性の水相を、マイクロ流体デバイスなどで急速に混合します。混合の瞬間に脂質が自己組織化し、mRNAを取り込んだ粒子が形成されます。

混合の速度や流量比、pHが、粒子径と封入率を左右します。製品の品質では、粒子径（急速混合でつくるLNPでおおむね60〜100 nm程度と報告されている）と粒度分布の均一さ（多分散性）、mRNAをどれだけ封入できたかを示す封入率が重要な指標です。

粒子径や分布は動的光散乱（DLS）で測定して管理します。

ラボの処方検討で使うマイクロ流体ミキサーと、量産で使う乱流ミキサーとでは、同じ処方を流しても粒子の性質が変わることがあります。

10種類のミキサーで処方を固定したままmRNA-LNPを作り分け、この差を実測した論文もあり、mRNA-LNPの混合方式に関する論文解説で扱っています。

6. 溶媒を除き、低温で保つ：濃縮・バッファ交換と無菌充填・保管では何をするのか？

LNP化のあとは、TFFでエタノールを除いてバッファを置き換え、無菌ろ過・充填して、低温で保管します。 LNP化直後の液には、混合に使ったエタノールが残り、液性も形成時の酸性バッファのままです。TFFシステムによる限外ろ過／透析ろ過で、エタノールを除き、投与に適した中性付近のバッファへ置き換え、必要な濃度まで濃縮します。

その後、最終製剤を滅菌フィルター（一般に0.22µm）で無菌ろ過し、無菌環境下で容器に充填します。

ここで注意したいのは、LNPが粒子だという点です。ろ過による粒子ロスや目詰まりが起きないかを、あらかじめ確認しておく必要があります。充填はバイアル充填装置を使い、充填量と無菌性を管理しながら進めます。

充填後は低温保管が前提です。mRNA-LNPは温度に敏感で、品目によっては超低温フリーザーでの凍結保管が必要なため、出荷から投与までコールドチェーンを途切れさせないことが品質維持の条件です。

TFFでの溶媒除去と、低温を保つコールドチェーンが、mRNA-LNP製剤の品質を支えます。

7. まとめ：工程ごとに品質指標が入れ替わる

mRNA-LNPの製造は、抗体医薬のような細胞培養がなく、酵素反応と粒子化が中心です。各工程では、その工程ならではの品質指標を継続して管理します。

• IVT⁠：dsRNAの生成を反応条件で抑えているか
• キャッピング・ポリA⁠：キャップ付加率と、テール長のばらつき
• 精製⁠：残存DNA・dsRNA・短鎖RNAをどこまで下げられたか
• LNP化⁠：粒子径・粒度分布・封入率と、スケールアップ時の混合条件
• 無菌ろ過・充填・保管⁠：ろ過での粒子ロスや目詰まり、出荷から投与までのコールドチェーン

参考文献

• 第十九改正日本薬局方（令和8年厚生労働省告示第193号、2026年4月10日施行）「生物薬品〔バイオテクノロジー応用医薬品／生物起源由来医薬品〕」関連各条および一般試験法
• European Pharmacopoeia, General chapter 5.2.1 "Terminology used in monographs on biological products" ほか
• ICH Q6B "Specifications: Test Procedures and Acceptance Criteria for Biotechnological/Biological Products"
• WHO "Evaluation of the quality, safety and efficacy of messenger RNA vaccines for the prevention of infectious diseases: regulatory considerations"
• Karikó K, et al. Generating the optimal mRNA for therapy: HPLC purification eliminates immune activation and improves translation of nucleoside-modified, protein-encoding mRNA. Nucleic Acids Res. 2011;39(21):e142（dsRNAなどの夾雑物が自然免疫を活性化し、HPLCで除くとIFN・炎症性サイトカインが誘導されなくなる）
• Schoenmaker L, et al. mRNA-lipid nanoparticle COVID-19 vaccines: Structure and stability. Int J Pharm. 2021;601:120586（急速混合でつくるLNPは約60〜100 nm）