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固相合成担体(CPG・合成カラム)

固相合成担体(CPG・合成カラム)は、オリゴヌクレオチド合成で最初の塩基を共有結合で固定する出発点となる多孔質担体です。制御細孔ガラス(CPG)やポリスチレンに3'末端のヌクレオシドをローディングし、合成機のカラムに充填して伸長・脱保護・切り出しを行います。ローディング量・細孔径・スケールが収量と純度を左右する選定軸です。

固相担体CPG/ポリスチレンローディング量細孔径選定合成スケール

用途・特徴

固相合成担体は、ホスホロアミダイト法によるオリゴ合成で3'末端の最初のヌクレオシドを共有結合(多くはスクシニルリンカー)で固定する出発点です。脱トリチル・カップリング・キャッピング・酸化を繰り返して鎖を伸長し、合成後にアンモニア等で切り出します。担体に何がローディングされているか(dA/dC/dG/dT、ユニバーサル担体)と結合様式が、合成設計と切り出し条件を決めます。

選定の中心はローディング量(µmol/g)と細孔径です。ローディング量はスケール当たりの収量と立体的な込み合いに影響し、高ローディングは収量に有利ですが長鎖や難配列ではステップ収率が落ちることがあります。細孔径(500Å/1000Å/2000Åなど)は合成可能な鎖長と相関し、長いオリゴやRNAでは大きな細孔径が選ばれます。CPGは剛直で膨潤が少なく長鎖に強く、ポリスチレンは小スケールや特定試薬系で高い収率を示します。

工程設計では、担体材質(CPG/ポリスチレン)、細孔径、ローディング量、粒子径(合成機の流路・背圧に適合するか)、プレフィルド合成カラムかバルクか、5'修飾・3'修飾やユニバーサル担体の要否、GMP/医薬グレードの供給可否を合わせて確認します。プレフィルドカラムはスケール(nmol〜mmol)ごとに用意され、合成機のフォーマットとの整合が重要です。

Point
  • 3'末端の最初のヌクレオシドを共有結合で固定する出発担体
  • 材質はCPG(剛直・低膨潤・長鎖に強い)とポリスチレン(小スケール・高収率)が主流
  • ローディング量(µmol/g)はスケール当たり収量とステップ収率のバランスを決める
  • 細孔径(500/1000/2000Å)は合成可能な鎖長と相関し長鎖・RNAで大きくする
  • dA/dC/dG/dTプリロード担体とユニバーサル担体(任意3'末端)がある
  • スクシニルリンカーが一般的で、切り出し・脱保護条件と整合させる
  • プレフィルド合成カラムはスケール・合成機フォーマットに合わせて選ぶ
  • GMP/医薬グレードの供給とロット間再現性が原薬製造では重要

使用方法

基本的には、目的の3'末端と合成スケールに合うローディング・細孔径の担体(充填済みカラム)を選び、合成機にセットして固相合成サイクルを回します。

13'末端塩基・スケール・鎖長から担体と細孔径を選ぶ
2ローディング量と充填済みカラム(またはバルク充填)を準備する
3合成カラムを合成機の流路にセットする
4脱トリチル・カップリング・キャッピング・酸化を繰り返す
5合成完了後に担体から切り出し・脱保護する
6粗生成物を回収しUV/HPLCで収量・純度を確認する
実際の条件は、3'末端の種類(標準塩基/ユニバーサル/修飾)、合成スケール、鎖長、RNA/DNAの別、担体材質・細孔径・ローディング量、合成機のカラムフォーマット、GMP要件によって変わります。

使用される工程

固相合成担体は、オリゴ核酸医薬や各種オリゴの合成工程で、鎖伸長の出発点として使われます。

オリゴ合成(固相伸長)

3'末端を固定し、ホスホロアミダイト法で鎖を伸長する出発点。

主な用途
  • 3'末端固定
  • 鎖伸長の起点

スケール設計

ローディング量とカラムスケールで合成スケール・収量を設計する。

主な用途
  • µmolスケール
  • 収量設計

長鎖・RNA合成

大きな細孔径の担体で長いオリゴやRNAの合成に対応する。

主な用途
  • 大細孔径
  • 長鎖対応

切り出し・脱保護

合成後に担体から切り出し、保護基を外して粗生成物を得る。

主な用途
  • 切り出し
  • 脱保護

GMP原薬製造

医薬グレード担体でロット再現性を確保し本製造に使う。

主な用途
  • GMP
  • ロット再現性

使用されるモダリティー

固相合成担体は、オリゴヌクレオチドを化学合成するモダリティーで広く使われます。

アンチセンス核酸(ASO)
関連度
固相合成出発担体鎖伸長
DNA系オリゴの合成でローディング・細孔径を選んで使う中心部材。
siRNA/核酸医薬
関連度
RNA鎖合成長鎖合成
RNA合成では大きな細孔径の担体で各鎖を合成するのに使われる。
アプタマー/CpGオリゴ
関連度中〜高
長鎖オリゴ合成
比較的長い機能性オリゴの合成で大細孔径担体が選ばれる。
mRNA医薬・LNP
関連度低〜中
プライマー/キャップ関連オリゴ
mRNA本体はIVTだが、関連する短鎖オリゴの化学合成で使われる。
ガイドRNA/ゲノム編集
関連度
合成gRNAオリゴ原料
化学合成によるガイドRNAやオリゴ原料の合成で使われる。

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