微小重力下の医薬研究、ISSでの結晶研究から商業製造へ拡大
微小重力を利用した医薬研究は、ISSでの結晶成長実験から商業製造の検討段階へと広がりつつある。新たなISS実験やVardaとUnited Therapeuticsの提携は、医薬品の安定性、送達、生産性の向上を目指している。
NASAは、スペースシャトル時代の始まり以来、数十年にわたり、微小重力が医薬品開発に与える影響を科学者らが研究できるようにしてきた。民間宇宙企業のVarda Space Industriesは、重力のない環境で医薬品を処理できる自律型バイオリアクターを搭載した小型無人カプセルの飛行を開始しており、これらは数週間から数カ月にわたり微小重力環境に滞在する。Vardaはさらに、希少な肺疾患に対する治療の改善を目指し、微小重力の活用を探るためUnited Therapeutics Corporationとの提携を発表した。
この期間には注目すべき成果もいくつかあり、例えば2019年には、がん治療薬Keytrudaの、より均一な結晶形を成長させることに成功した。これにより、患者が薬剤を静脈内投与で受けるために医療機関で何時間も過ごす必要がなくなり、注射による投与の可能性が開けた。
Henry M. Rowan College of Engineeringの化学工学助教であるGerard Capelladesは、5月12日火曜日、結晶化実験をInternational Space Stationに向けて地球周回軌道へ送る予定だ。この研究を通じて、彼は錠剤や粉末充填カプセルに含まれるような結晶の形成に微小重力がどのように影響するかをより深く理解し、これらの医薬品の生産改善につなげたいと考えている。
Capelladesの実験は、微小重力下で高品質なタンパク質結晶を育成するためのRedwireの自動化プラットフォームPIL-BOX内で実施される。これまでも宇宙で医薬品の結晶化は行われてきたが、従来の実験は1種類の物質からなる結晶に焦点を当てていた。Capelladesの実験は、このプロセスに添加剤を組み込む初の試みとなる。
医薬品の錠剤、半導体、鋼、チョコレート、さらには腎結石まで、いずれも結晶である。溶液中の分子はまず結晶表面へ移動し、その後、成長中の結晶に結合する。微小重力はこの初期の移動を遅らせ、多くの場合、結晶成長全体の速度も低下させる。結果として、より形が明瞭で高品質な結晶が得られる。
Capelladesは、今回の実験でISS上で成長した結晶はよりゆっくり発達し、その結果、より均質な生成物になると見込んでいる。過去の実験では、血糖調節に関わるインスリンの結晶は、宇宙で成長させると異例に大きく、秩序だった構造になることが示された。結晶の大きさや規則性は薬剤の放出に影響し得るため、送達の改善につながる可能性がある。
現在、結晶性医薬品の多くは単一成分を含んでいる。Capelladesは、2つ目の安全な成分を加えて医薬合金を生み出すことに関心を持っている。彼の実験では、アセトアミノフェンのような一般的な物質を結晶化させ、紫色の色素を添加剤として用いる。色は、結晶内部でそれらがどのように分布しているかを示す視覚的マーカーとして使われる。これらの実験は、SpaceX CRS-34商業補給ミッションでISSへ運ばれる。
今回の最新調査では、Rowan UniversityがRedwireに代わって、相互の研究機会を前進させるために取り組んでいる。Redwireは、NASA In-Space Production Applicationsプログラムの契約を通じて本研究に資金を提供している。準備済みのPIL-BOXがISS内の所定位置に設置されると、軌道上運用チームが自動プログラムを起動して結晶化プロセスを開始する。また、モジュール内部に搭載された顕微鏡カメラが数分ごとに画像を撮影し、地上のチームが実験の進行をほぼリアルタイムで観察できるようになる。
NASAはこの研究の多くを補助しており、通常は研究をISSへ輸送するための多額の費用や、そこで研究を行う宇宙飛行士の作業時間の費用を負担してきた。ただし、研究を宇宙へ送るまでに長い準備期間を要するなどのトレードオフもあった。それでもなお、宇宙で医薬品を製造することには商業的応用の可能性があることが明らかになってきた。
Vardaは最初の機体W-1を2023年半ばに打ち上げ、それ以降さらに5機が打ち上げられている。United Therapeuticsとの契約の一環として、VardaとUnited Therapeuticsは、治療用化合物の構造や結晶化特性に対する微小重力の影響を活用し、その安定性と送達の改善を目指す。
結果がどうであれ、製薬企業がただちに製造を軌道上へ移す可能性は高くないが、宇宙技術の進歩によって、将来的には地球外での生産の実現可能性がますます高まるかもしれない。Capelladesは、新たな結晶構造を添加剤が安定化する場合、製薬企業が宇宙で育成した結晶を地上でより良い結晶成長を行うための種結晶として利用するようになると見ている。結晶性合金の完全な宇宙内生産が理にかなうのは、ごく少量しか用いられない高付加価値材料、例えば特定の半導体やレーザー光学系向け材料などである可能性が高い。