薬効・作用機序Research × Nonclinical / トピック 7 of 15

薬効モデル評価

in vitro生きた動物の体外で、試験管やシャーレなどを用いて細胞・組織・分子レベルで行う実験を指す用語。・オルガノイド・動物モデルで薬効(作用機序薬が効果を発揮する仕組み。抗体医薬ではADCCやCDCなどが該当し、アッセイで裏づける。に沿った効果)を示せるか

臨床開発に進む前に、狙った標的・作用機序でproof of conceptを得るためです。モダリティごとに標的の生物学やヒト特異性、送達・免疫の性質が違うため、同じ「効くか」を確かめるのにも適切なモデルの選び方が変わります。

7モダリティを比較75装置・試薬の代表例

共通の考え方まずin vitro(標的細胞・レポーター・機能アッセイ)で作用機序を確認し、次にin vivoで有効性を評価するという段階的な流れは共通です。ヒト標的に特異的な製剤では、ヒト標的をもつ系(ヒト化/トランスジェニック動物、ヒト細胞、あるいは種交差反応するサロゲート分子)を用意できるかが設計上の要になります。

モダリティ別の進め方(7比較)

モダリティアプローチ(手法)読み出し・指標留意点
抗体(mAb)in vitro生きた動物の体外で、試験管やシャーレなどを用いて細胞・組織・分子レベルで行う実験を指す用語。で結合・中和低pH条件で溶出されたサンプルに緩衝液を加えてpHを中性付近に戻し、製品へのダメージを防ぐ操作。ADCC抗体FcがNK細胞などのFcγRIIIaに結合し、そのエフェクター細胞に標的細胞を傷害させる作用。/CDC抗体Fcに補体C1qが結合してカスケードが進み、膜侵襲複合体が標的細胞の膜を破壊する作用。/アゴニスト受容体に結合してそれを活性化し、生体反応を起こす作用をもつ分子。作動薬とも呼ばれる。等の機能を確認し、in vivo生きた動物の体内で試験を行うこと。物質が吸収・代謝を受けた実際の状態での影響を見られる。は腫瘍ゼノグラフト(免疫不全マウス)やsyngeneic免疫のあるマウスに同系統由来の腫瘍を移植し、免疫を介した作用を評価するモデル。/同系モデル免疫のあるマウスに同系統由来の腫瘍を移植し、免疫を介した作用を評価するモデル。で評価します。ヒト標的にしか結合しない場合は、ヒト標的ノックインゲノムの狙った座位に目的の遺伝子を組み込むこと。挿入位置を制御でき挿入変異リスクを抑える。/トランスジェニックマウス抗体遺伝子をヒトのものに置き換えたマウス。免疫して完全ヒト抗体を取得するのに使う。や、齧歯類標的に対するサロゲート抗体適切な関連種がいないとき、動物用に作り直して評価に使う代替の抗体のこと。を用います。免疫チェックポイント等は免疫系込みのsyngeneic系が必要になります。標的占有薬が狙った標的に実際どれだけ結合しているかの度合い。標的占有とも呼ばれる。中和低pH条件で溶出されたサンプルに緩衝液を加えてpHを中性付近に戻し、製品へのダメージを防ぐ操作。活性・ADCC抗体FcがNK細胞などのFcγRIIIaに結合し、そのエフェクター細胞に標的細胞を傷害させる作用。/CDC抗体Fcに補体C1qが結合してカスケードが進み、膜侵襲複合体が標的細胞の膜を破壊する作用。、腫瘍増殖抑制(TGI)・生存、薬効とPK/標的占有の関係交差反応ある抗原に対して生じた抗体が、構造の類似した別の抗原にも結合・反応する現象。性の有無で使えるモデルが決まります。ヒト化マウス抗体の抗原認識部だけを残し、それ以外をヒト配列に置き換えて免疫原性を下げる工程。・トランスジェニック系はヒト生物学を完全には再現しません
ADC抗体と同様に標的発現目的タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞内で転写・翻訳させ、機能的なタンパク質として産生させる工程。腫瘍のゼノグラフトが中心ですが、抗原発現量細胞が目的のタンパク質を作る量。低いと必要量の確保に手間がかかり、製造コストが上がる。の異なる細胞株パネルやペイロード抗体薬物複合体(ADC)で抗体に結合させる強力な細胞毒(薬物)です。抗体によって標的の細胞まで運ばれ、そこで細胞を殺す作用を担います。詳しく →感受性、バイスタンダー効果も評価します。リンカー・ペイロードの安定性や切断は種依存性があり、標的非依存の取り込みも確認します。抗原発現量細胞が目的のタンパク質を作る量。低いと必要量の確保に手間がかかり、製造コストが上がる。依存の細胞毒性物質が細胞の生存や増殖を障害する性質のことで、過剰な細胞毒性条件下では偽陽性の遺伝毒性シグナルが生じやすくなる。IC50対象の働きを半分に抑えるのに必要な薬物濃度で、値が小さいほど強く阻害する。hERG阻害の強さを表す。、TGI・生存、ペイロード抗体薬物複合体(ADC)で抗体に結合させる強力な細胞毒(薬物)です。抗体によって標的の細胞まで運ばれ、そこで細胞を殺す作用を担います。詳しく →放出とバイスタンダー活性オフターゲット意図した標的以外の似た配列に結合・作用してしまうこと。核酸医薬の毒性や副作用の一因。毒性・ペイロード寄与の評価が薬効解釈に欠かせません。抗原発現目的タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞内で転写・翻訳させ、機能的なタンパク質として産生させる工程。の不均一性の影響にも注意が要ります
mRNA-LNPin vitro生きた動物の体外で、試験管やシャーレなどを用いて細胞・組織・分子レベルで行う実験を指す用語。発現量細胞が目的のタンパク質を作る量。低いと必要量の確保に手間がかかり、製造コストが上がる。・機能(コードするタンパク質の活性)を確認し、in vivo生きた動物の体内で試験を行うこと。物質が吸収・代謝を受けた実際の状態での影響を見られる。は投与経路(筋注・静注等)ごとの発現目的タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞内で転写・翻訳させ、機能的なタンパク質として産生させる工程。分布・持続と機能効果を評価します。ワクチン用途では免疫原性薬そのものが患者の免疫応答を誘発しやすい性質。凝集体や不純物、投与経路、患者背景などが要因になる。(抗体価・T細胞応答)を見ます。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。応答(センサー活性化T細胞を抗原刺激や人工的な刺激試薬で活性化し、増殖・機能発揮できる状態に誘導する操作。)に種差があり、ヒトとげっ歯類で反応が異なりうる点に留意します。標的組織でのタンパク発現量細胞が目的のタンパク質を作る量。低いと必要量の確保に手間がかかり、製造コストが上がる。・持続、機能的薬効、(ワクチンでは)抗体価・中和低pH条件で溶出されたサンプルに緩衝液を加えてpHを中性付近に戻し、製品へのダメージを防ぐ操作。・T細胞応答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。生体内分布投与した薬が体内のどこにどれだけ届き、どれだけ留まるかを測る評価のこと。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。応答に種差があります。非ヒト霊長類サルなど、ヒトに生理が近く標的交差を得やすい実験動物。費用・福祉の制約が大きい。での確認が必要になる場合があります
AAV(遺伝子治療)in vitro生きた動物の体外で、試験管やシャーレなどを用いて細胞・組織・分子レベルで行う実験を指す用語。で導入・発現目的タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞内で転写・翻訳させ、機能的なタンパク質として産生させる工程。を確認し、in vivo生きた動物の体内で試験を行うこと。物質が吸収・代謝を受けた実際の状態での影響を見られる。は対象組織への指向性(トロピズムウイルスベクターが特定の組織・細胞に向かう指向性。AAVでは血清型ごとに異なる。)と導入効率、導入遺伝子ベクターで細胞に運んで働かせる目的の遺伝子。の機能を評価します。血清型AAVのカプシドの種類による分類。組織指向性が異なり、狙う臓器や細胞に応じて選び分けられる。のトロピズムや受容体利用に種差があり、疾患モデル(ノックアウト遺伝子を機能破壊する編集。切断後のNHEJで生じるインデルが読み枠をずらして機能を失わせる。/変異動物、必要に応じ大型動物)で機能回復を見ます。プロモーターRNAポリメラーゼが結合して転写を開始するDNA上の特定の塩基配列領域。の種間差にも注意します。ベクターゲノムコピー数・導入遺伝子ベクターで細胞に運んで働かせる目的の遺伝子。発現目的タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞内で転写・翻訳させ、機能的なタンパク質として産生させる工程。、標的組織での機能回復(表現型分子が標的に結合するかなど、実際に現れる働き・性質のこと。是正)、発現持続血清型AAVのカプシドの種類による分類。組織指向性が異なり、狙う臓器や細胞に応じて選び分けられる。のトロピズム・既存中和抗体ウイルスベクターのカプシドなどに結合し、細胞に届く前に働きを失わせる抗体。再投与の壁になる。・プロモーター活性に種差があります。単回投与が前提となりやすく、げっ歯類の結果が霊長類・ヒトに外挿しにくいことがあります
siRNA・ASO(核酸)配列がヒト標的に特異的なため、種を越えて配列一致する(クロスリアクティブな)分子を用いるか、げっ歯類標的に一致するサロゲート配列を設計してin vivo生きた動物の体内で試験を行うこと。物質が吸収・代謝を受けた実際の状態での影響を見られる。薬効(標的mRNA/タンパクのノックダウン核酸医薬などで標的遺伝子の発現を下げること。細胞での薬効指標になる。)を確認します。GalNAc核酸医薬を肝臓の細胞へ届けるために結合させる糖のリガンドです。肝細胞表面の受容体に結びつき、薬物の取り込みを高めます。詳しく →等の肝指向性ナノ粒子やウイルスベクターが肝臓に集まりやすい性質。分布評価の出発点になる。送達ゲノム編集ツールや核酸医薬などを標的細胞・組織まで安全かつ効率よく運ぶための技術・方法論の総称。アシアロ糖タンパク質受容体(ASGPR)肝細胞表面に多く発現する受容体。GalNAcが結合し、核酸を肝細胞へ取り込ませる入口になる。等の取り込み受容体の発現目的タンパク質をコードする遺伝子を宿主細胞内で転写・翻訳させ、機能的なタンパク質として産生させる工程。組織に依存します。標的mRNA/タンパクのノックダウン核酸医薬などで標的遺伝子の発現を下げること。細胞での薬効指標になる。率・持続、下流の機能・バイオマーカー変化ヒト特異的配列は動物で薬効が出ないため、サロゲート/交差反応ある抗原に対して生じた抗体が、構造の類似した別の抗原にも結合・反応する現象。配列の設計が前提です。ハイブリダイゼーション相補的な塩基配列を持つ核酸鎖同士が水素結合して二重鎖を形成する反応。依存のオフターゲット意図した標的以外の似た配列に結合・作用してしまうこと。核酸医薬の毒性や副作用の一因。にも留意します
細胞治療(CAR-T・iPS)in vitro生きた動物の体外で、試験管やシャーレなどを用いて細胞・組織・分子レベルで行う実験を指す用語。で抗原特異的な細胞傷害・サイトカイン産生・増殖を確認し、in vivo生きた動物の体内で試験を行うこと。物質が吸収・代謝を受けた実際の状態での影響を見られる。はヒト腫瘍を移植した重度免疫不全マウス(NSG等)にヒトCAR-T患者や健常ドナーのT細胞にCAR(キメラ抗原受容体)を導入し、がん細胞を攻撃させる細胞治療。細胞を投与するxenograft免疫不全マウスにヒト腫瘍細胞株を移植し、腫瘍縮小で薬効を見るモデル。系で評価します。ヒト免疫系再構築(ヒト化マウス抗体の抗原認識部だけを残し、それ以外をヒト配列に置き換えて免疫原性を下げる工程。)マウスを用いる場合もあります。同種異系や自家の設定、標的抗原のヒト特異性分析法において、共存する不純物・分解物・添加剤などが存在しても目的成分だけを正確に測定できる能力。で系が制約されます。抗原特異的細胞傷害・サイトカイン、in vivo生きた動物の体内で試験を行うこと。物質が吸収・代謝を受けた実際の状態での影響を見られる。での腫瘍制御・生存、投与細胞の生着・persistence投与したベクターや細胞が体内にどれだけ長く残り続けるか。分布・sheddingと一体で評価する。・増殖免疫不全マウスはヒト免疫系全体を再現せず、CRS分析の基準となる、純度が保証された原薬や不純物の標準物質(CRS)です。測定値の正しさを確かめ、不純物の同定・定量に使います。詳しく →など毒性・持続性の予測に限界があります
低分子疾患モデル動物へ経口・静注で投与し、薬効と同時に血漿・組織中の曝露量を必ず取ります。用量―曝露―薬効(PK/PD薬が体内でどう動くか(薬物動態=PK)と、体にどう効くか(薬力学=PD)を合わせて見る考え方。)を結び、有効な曝露域を決めます腫瘍増殖抑制率(TGI)・症状スコア等の薬効指標、ED50、有効時の血漿中濃度、標的占有薬が狙った標的に実際どれだけ結合しているかの度合い。標的占有とも呼ばれる。薬効が出ないとき、曝露不足なのか薬理が足りないのかを切り分けられないと開発判断を誤ります。動物とヒトの代謝差にも注意が要ります

このトピックで使う装置・試薬75

装置・試薬の多くはモダリティを問わず共通に使われます。ここでは各モダリティの文脈での使い方として示しており、名称のリンク先(製品ガイド)は横断で参照できます。

抗体14
装置・機器7
試薬・キット7
  • ADCCレポーターバイオアッセイキットPromega ADCC Reporter Bioassay Complete/Core Kit(FcγRIIIa V/F変異)
  • ADCP/CDC機能アッセイ(レポーター・細胞傷害リードアウト)Promega FcγRIIa-H ADCP Reporter Bioassay、Promega CytoTox-Glo/LDH-Glo(CDC殺傷測定)
  • 細胞生存・傷害アッセイ試薬Promega CellTiter-Glo、Promega CytoTox-Glo、Thermo Fisher calcein-AM
  • アゴニスト活性レポーター細胞Promega GloResponse NFAT/NF-κB-luc2 Jurkat、InvivoGen HEK-Blue レポーター細胞
  • SPR/BLIセンサーチップ・バイオセンサーCytiva Series S Sensor Chip CM5/Protein A、Sartorius Octet SA/Anti-hIgG Fc(AHC)バイオセンサー
  • 腫瘍ゼノグラフト用免疫不全マウスThe Jackson Laboratory NSG、Charles River Nude(Foxn1nu)、Taconic NOG
  • ヒト標的ノックイン/トランスジェニックマウス・サロゲート抗体GenOway/Cyagen カスタムノックインマウス、Taconic ヒト化標的モデル
ADC12
装置・機器7
試薬・キット5
  • 細胞傷害・生存アッセイ試薬Promega CellTiter-Glo、Promega CytoTox-Glo、Promega LDH-Glo
  • 抗原発現量定量ビーズ(受容体数)Bangs Laboratories Quantum Simply Cellular、BD Quantibrite PE
  • 標的抗原発現腫瘍細胞株パネルATCC SK-BR-3/NCI-N87(HER2)、ATCC MDA-MB-468
  • 内在化・エンドソーム標識試薬Sartorius Incucyte pHrodo/Fabfluor-pH、Thermo Fisher LysoTracker
  • 標的抗原発現腫瘍ゼノグラフト用免疫不全マウスThe Jackson Laboratory NSG、Charles River Nude(Foxn1nu)
mRNA-LNP11
装置・機器6
試薬・キット5
AAV10
装置・機器6
試薬・キット4
  • ddPCR/qPCR定量試薬・プローブBio-Rad ddPCR Supermix for Probes、Thermo Fisher TaqMan Assays
  • レポーター遺伝子検出(発光基質)Promega ONE-Glo、Revvity XenoLight D-Luciferin
  • in situ発現検出プローブACD RNAscope Probe、抗GFP抗体(Thermo Fisher/Abcam)
  • 疾患モデル動物(ノックアウト/変異・大型動物)The Jackson Laboratory ノックアウトマウス、GenOway カスタム変異モデル
核酸11
装置・機器6
試薬・キット5
  • RNA抽出・逆転写・qPCR試薬Qiagen RNeasy、Thermo Fisher TaqMan Gene Expression Assays
  • 分岐DNA(bDNA)定量キットThermo Fisher QuantiGene Singleplex/Plex Assay
  • 標的タンパク定量ELISA/多重キットMeso Scale Discovery U-PLEX/V-PLEX、R&D Systems(Bio-Techne)DuoSet ELISA
  • GalNAcコンジュゲート/取り込み受容体解析用試薬抗ASGPR1抗体(Thermo Fisher/Abcam)
  • げっ歯類標的一致サロゲート配列・疾患モデル動物The Jackson Laboratory 疾患モデルマウス、カスタム合成オリゴ(IDT/GenePharma)
細胞治療11
装置・機器6
試薬・キット5
  • 細胞傷害アッセイ試薬(発光・LDH)Promega CytoTox-Glo、Promega LDH-Glo、CellTiter-Glo
  • 細胞標識・増殖トラッキング色素Thermo Fisher CellTrace CFSE/Violet、calcein-AM
  • サイトカイン多重・ELISAキットMeso Scale Discovery V-PLEX Proinflammatory Panel、Mabtech IFN-γ ELISpot
  • ヒト腫瘍移植用重度免疫不全マウスThe Jackson Laboratory NSG/NSG-SGM3、Taconic NOG
  • ヒト免疫系再構築(ヒト化)マウス・CD34+ HSCThe Jackson Laboratory huNSG(hu-CD34)、Taconic huNOG
低分子6
装置・機器3
試薬・キット3
  • 経口投与用ビヒクル・可溶化剤メチルセルロース、BASF Kolliphor、Ligand Captisol(SBE-β-CD)
  • 定量用の安定同位体標識内標準Toronto Research Chemicals、Alsachim
  • 疾患モデル動物・細胞株Charles River、The Jackson Laboratory、ATCC
規制・注意薬効モデルの妥当性は、後続の毒性・安全性評価に用いる動物種の選択とも関係します。バイオ医薬品では薬理・毒性の両面で薬理学的に関連する(relevantな)種を用いる考え方がICH S6(R1)に、抗がん剤の非臨床評価はICH S9に整理されています。オルガノイド・PDX・ヒト化モデルはヒト生物学への近さを高めますが、いずれもヒトへの外挿には限界があり、複数モデルの組み合わせと機序ベースの解釈が求められます。

一次資料ICH S6(R1)(バイオテクノロジー応用医薬品の非臨床安全性評価)、ICH S9(抗悪性腫瘍薬の非臨床評価)。

← 研究・非臨床マップの一覧へ