ペプチド医薬品

ペプチド医薬品は、短いアミノ酸鎖（ペプチド）を用いた治療薬で、タンパク質や抗体と比べて小さな分子です。ペプチドは生体内で自然に産生され、多くの生物学的機能を持っています。ペプチド医薬品は、これらの生体内での機能を利用して、さまざまな疾患の治療に役立てられます。

ペプチド医薬品の主な利点：

1. 高い選択性：ペプチドは特定のタンパク質や受容体に対して高い選択性を持つため、副作用のリスクが低くなります。
2. 生物学的活性：ペプチドは生体内で自然に産生されるため、生物学的活性が高く、効果的な治療薬となる可能性があります。
3. 合成の容易さ：ペプチドは化学合成や生物学的合成によって容易に作製できるため、製造コストが抑えられます。

ペプチド医薬品は、糖尿病、骨粗しょう症、がん、自己免疫疾患、感染症などの治療に使用されています。代表的なペプチド医薬品には、インスリン、グルカゴン様ペプチド-1 (GLP-1) 受容体作動薬、骨吸収抑制剤などがあります。

ペプチド医薬品市場は、2020年時点で約150億ドルと推定されており、2027年までには約220億ドルに達すると予測されています。市場の成長要因には、高齢化社会に伴う慢性疾患の増加、新規ペプチド医薬品の開発、バイオシミラーやジェネリック医薬品の普及が挙げられます。

ただし、ペプチド医薬品にはいくつかの課題もあります。例えば、ペプチドの経口投与の困難さ、生物学的利用能の低さ、ペプチドの安定性の問題などが挙げられます。これらの課題に対処するため、新しい技術や創薬手法が開発されています。

細胞・遺伝子治療

細胞・遺伝子治療（核酸医薬品含む）は、新たな治療法を提供する急速に成長する医療分野です。このカテゴリは、以下の主要な部分に分けられます。

1. 遺伝子治療

2. 細胞治療

3. 核酸医薬品（RNAi、抗酸素性核酸、mRNA療法など）

1. 遺伝子治療： 遺伝子治療は、病気の原因となる遺伝子を直接修復、置換、または変更することを目的とした治療法です。これにより、遺伝性疾患やがんなどの疾患の根本的な原因に対処することができます。遺伝子治療の例には、脱容器ウイルス（AAV）やレトロウイルスを用いた遺伝子導入や、CRISPR-Cas9などの遺伝子編集技術があります。

2. 細胞治療： 細胞治療は、生きた細胞を患者に移植することで、損傷組織の修復や免疫システムの調節などの治療効果を発揮する治療法です。細胞治療の例には、幹細胞療法、免疫細胞療法（CAR-T細胞療法など）、および再生医療があります。

3. 核酸医薬品： 核酸医薬品は、RNAやDNA分子を標的にすることで、病気の原因となる遺伝子や異常なタンパク質の生産を阻止する治療法です。核酸医薬品の例には、RNA干渉（RNAi）療法、抗酸素性核酸（ASO）療法、mRNA療法、エクソンスキッピング療法などがあります。

これらの治療法は、従来の治療法では対処が難しい疾患に対して効果を発揮することが期待されており、今後の医療分野の成長と革新に大きく貢献すると考えられています。細胞・遺伝子治療（核酸医薬品含む）の市場規模は、2020年時点で約180億ドルと推定されており、2027年までには約580億ドルに達すると予測されています。この成長は、以下のような要因によって支えられています。

1. 遺伝性疾患やがんなどの難治性疾患に対する新たな治療オプションの需要
2. 遺伝子編集技術の発展（CRISPR-Cas9など）やiPS細胞技術の進化
3. バイオテクノロジー企業や製薬企業の積極的な研究開発投資と提携
4. 規制当局による新規治療法の承認や政策の整備

しかし、この分野の成長にはいくつかの課題も存在します。例えば、開発コストの高さ、製品の製造・供給の困難さ、安全性や効果の確認に必要な長期的な臨床試験などが挙げられます。

それにもかかわらず、細胞・遺伝子治療（核酸医薬品含む）は、今後の医療分野において革新的な治療法を提供し続けることが期待されており、市場規模の拡大が予測されています。

モダリティ別市場規模予測

各モダリティによる医薬品市場規模と将来予測について、2021年9月までのデータに基づいて説明します。以下の主要な医薬品モダリティに焦点を当てます。

1. 低分子化合物
2. 生物製剤（抗体やタンパク質療法）
3. 細胞・遺伝子治療（核酸医薬品含む）
4. その他（ペプチド、核酸アプタマーなど）

1. 低分子化合物： 小分子化合物は、従来の医薬品市場で最も一般的なモダリティです。市場規模は、2020年時点で約8700億ドルと推定されており、2027年までには約1兆ドルに達すると予測されています。

2. 生物製剤： 生物製剤は、特にがんや自己免疫疾患の治療において急速に普及しています。2020年時点での市場規模は約2600億ドルと推定され、2027年までには約4400億ドルに達すると予測されています。

3. 細胞・遺伝子治療（核酸医薬品含む）： 細胞・遺伝子治療は、遺伝子治療、細胞治療、および核酸医薬品などの新たな治療法を含む急速に成長する市場です。2020年時点での市場規模は約180億ドルと推定され、2027年までには約580億ドルに達すると予測されています。

4. その他： ペプチド、核酸アプタマーなどのその他の医薬品モダリティの市場規模は、2020年時点で約150億ドルと推定されており、2027年までには約220億ドルに達すると予測されています。

これらの予測は、治療領域の拡大、製薬企業やバイオテクノロジー企業の積極的な投資、技術革新、新しい治療法の市場投入などの要因により、医薬品市場全体が引き続き成長することを示しています。

核酸医薬品の市場規模

核酸医薬品の市場規模と将来予測について説明します。核酸医薬品市場は、遺伝子治療やRNA干渉療法、抗酸素性核酸療法などの革新的な技術を含む急速に成長する分野です。2019年時点での市場規模は約30億ドルと推定されていますが、2027年までには約100億ドルに達すると予測されています。

将来的な市場成長の要因としては、以下の点が挙げられます。

ー高齢化社会の進行に伴う慢性疾患の増加
ーがんや遺伝性疾患など、従来の治療法では対処が難しい疾患に対する新たな治療オプションの需要
ー遺伝子編集技術（CRISPRなど）の発展による核酸医薬品の研究開発の進展
ー製薬企業やバイオテクノロジー企業の積極的な投資や提携による技術革新

ただし、核酸医薬品市場の成長を阻む要因も存在します。例えば、製品開発における高いコスト、規制当局による厳格な審査や承認プロセス、患者のアクセスや保険適用の問題などが挙げられます。

これらの要因を考慮しても、核酸医薬品市場は引き続き成長が見込まれる分野であり、今後も新たな治療薬の開発や市場投入が期待されています。

核酸医薬品

核酸医薬品は、遺伝子治療やRNA干渉（RNAi）療法などの新しい治療法で使用される一義的な薬物です。核酸医薬品は、遺伝子やRNA分子を標的にすることで、病気の原因となる遺伝子や異常なタンパク質の生産を阻止することができます。これにより、病気の進行を遅らせたり、逆転させたりすることが期待されています。また、核酸医薬品は、がんや遺伝性疾患など、従来の治療法では対処が難しい疾患に対しても効果を発揮することが期待されています。

いくつかの核酸医薬品が承認され、市場で利用可能となっています。例として以下の薬剤が挙げられます。

パティサラン (Patisiran) - 商標名：オンパトロ (Onpattro)。これは、遺伝性アミロイドポリニューロパチー（hATTR）という希少疾患の治療に使用されるRNA干渉療法です。
ナサニセルセン (Nusinersen) - 商標名：スピンラザ (Spinraza)。これは、脊髄性筋萎縮症（SMA）という遺伝性疾患の治療に使用される抗酸素性核酸（ASO）療法です。
エテプラセン (Eteplirsen) - 商標名：エクスオンディス51 (Exondys 51)。これは、デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）という筋肉の弱さや機能低下を引き起こす遺伝性疾患の治療に使用されるエクソンスキッピング療法です。
ガルシクロビル (Galsikrovir) - 商標名：ヴィクラヴィ (Veklury)。これは、SARS-CoV-2（新型コロナウイルス）感染症（COVID-19）の治療に使用される核酸アナログです。

これらの薬剤は、遺伝子治療やRNA干渉療法などの革新的な技術を利用して、それぞれの疾患に対して効果を発揮することが期待されています。ただし、核酸医薬品は比較的新しい技術であるため、さらなる研究と開発が必要とされています。

Lead optmizationの順番

リード最適化プロセスのステップは厳密に連続しているわけではなく、その多くは創薬プロセスを迅速化するために並行して実行することが可能です。例えば、医薬品化学者が構造活性相関（SAR）解析に基づいて新しい類似化合物を合成している間に、計算科学者はインシリコモデリングを使って、生物活性とADME特性に対する構造改変の影響を予測することができる。

同様に、物理化学的特性評価やin vitro ADME試験と並行して、効力、選択性、作用機序のin vitroアッセイを実施することができます。このような並行的なアプローチにより、研究者は化合物の特性と潜在的な負債をより迅速に包括的に理解することができます。

リード化合物の最適化プロセスは反復的であり、目的のプロファイルを持つ最適なリード化合物が得られるまで、何度も構造修正と評価を行うことが重要です。この繰り返しにより、リード化合物は継続的に改良され、改善されます。

あるステップは並行して行うことができるが、他のステップはそれらの間に依存関係があるため、順次実行する必要がある場合がある。例えば、in vivo薬物動態試験や有効性試験は、一般に最適化されたリード化合物の同定後に行われます。これらの試験には、より多くの資源と時間を投資する必要があるからです。

全体として、リード化合物の最適化プロセスには、並行的なステップと連続的なステップがあり、研究者は有望な医薬品候補を特定するために効率的かつ効果的に作業を行うことができます。

Lead optimizationのプロセス詳細

リード最適化は、創薬プロセスにおける重要な段階であり、前臨床試験に進む前に、特定されたリード化合物を改良して、効力、選択性、薬物動態特性を向上させるものです。リード化合物の最適化の主な目的は、より優れた医薬品的特性を持つ化合物を開発し、後の開発段階での成功の可能性を高めることにあります。ここでは、リード最適化プロセスの詳細な内訳を説明します：

構造活性相関（SAR）分析： リード最適化の最初のステップは、化合物の化学構造と生物学的活性の関係であるSARを理解することです。化合物の力価や選択性に寄与する主要な構造的特徴を特定することで、研究者は、どのような構造改変が望ましい効果をもたらすかについて、十分な情報を得た上で意思決定することができます。

アナログの合成 SAR分析に基づき、メディシナルケミストは、特定の官能基や置換基を変更したリード化合物の新しいアナログを設計・合成する。これらのアナログは、構造変更の影響を評価するために生物学的活性をテストされます。

In vitroアッセイ： 合成されたアナログは、その効力、選択性、作用機序を測定するために、様々なin vitroアッセイで評価されます。これらのアッセイには、ターゲットや希望する読み取りに応じて、生化学的アッセイ、セルベースアッセイ、生物物理学的アッセイなどが含まれることがある。

物理化学的特性の評価 アナログは、溶解度、親油性、安定性などの物理化学的特性についても評価されます。これらの特性は、化合物の吸収、分布、代謝、排泄（ADME）特性を決定するために重要です。

In vitro ADME試験： In vitro ADME試験は、化合物の代謝安定性、血漿タンパク質結合、薬物-薬物相互作用の可能性を評価するために実施されます。これらの研究は、化合物の薬物動態プロファイルを予測し、代謝とクリアランスに関連する潜在的な負債を特定するのに役立ちます。

インシリコモデリングと予測： 分子ドッキング、分子動力学シミュレーション、定量的構造活性相関（QSAR）モデルなどの計算手法を用い、化合物と標的タンパク質との相互作用や、生物活性やADME特性に対する構造改変の影響を予測することができる。

反復的な最適化 リード化合物の最適化プロセスは反復的であり、医薬品化学者は何度も構造変更を行い、得られたアナログ化合物の力価、選択性、薬物動態特性が改善されているかどうかを評価します。このサイクルは、希望するプロファイルを持つ最適化されたリード化合物が得られるまで続けられます。

In vivo薬物動態試験と有効性試験： 最適化されたリード化合物が得られたら、動物モデルで吸収、分布、代謝、排泄を評価するin vivo薬物動態試験を実施します。さらに、関連する疾患モデルでの治療効果を評価するために、in vivo有効性試験を実施します。

毒性・安全性評価 最適化プロセスと並行して、毒性および安全性の予備的評価を行い、前臨床および臨床開発への移行を妨げる可能性のある負債を特定します。

リード化合物が最適化され、有望な効力、選択性、薬物動態特性、安全性プロファイルを示すと、前臨床開発に進み、臨床試験に進む前に、より広範な安全性と有効性の試験が実施されることになります。

構造活性相関（SAR）

構造活性相関（SAR）とは、医薬品化学やドラッグデザインにおいて、化合物の化学構造とその生物活性との関係を表す概念である。言い換えれば、SARは、化合物の分子構造の変化が、標的タンパク質、酵素、受容体との相互作用、ひいては潜在的な薬剤候補としての効力や有効性にどのように影響するかを理解することを目的としています。

SAR解析は、創薬プロセス、特にリード化合物の最適化段階において重要な要素です。リード化合物が特定されると、医薬品化学者はSAR情報を利用して、効能、選択性、薬物動態特性を改善した新しい類似化合物の設計と合成を導きます。この反復プロセスでは、リード化合物に体系的な構造変更を加え、その結果生じる生物学的活性の変化を評価します。

SARデータの作成には、以下のようないくつかの手法が用いられます：

アナログ合成： アナログ合成：化学者は、構造的に関連する一連の化合物（アナログ）を合成し、官能基や置換基を変化させた場合の生物学的活性への影響を評価する。

計算機によるモデリング： 分子ドッキング、分子動力学シミュレーション、定量的構造活性相関（QSAR）モデルなどの計算手法を用い、化合物と標的タンパク質との相互作用や、構造改変が生物活性に与える影響を予測することができる。

フラグメントベースのドラッグデザイン： 標的タンパク質に結合する構造的に単純な低分子化合物（フラグメント）をスクリーニングし、そのフラグメントを最適化して組み合わせることで、より強力な化合物を生成するアプローチ。


SAR研究の最終的な目標は、化合物の生物学的活性に寄与する主要な構造的特徴を特定し、より効果的で安全な薬剤候補の設計に役立てることである。化合物の構造と活性の関係を理解することで、研究者は、どのような構造変更を行えば、効能、選択性、薬物動態特性が改善される可能性が高いかについて、情報に基づいた決定を下すことができます。

HTS CROの差別化２

ハイスループット・スクリーニング（HTS）ベンダーやCROは、サービス、技術、専門知識、経験など様々な側面に着目することで、互いに差別化を図っています。ここでは、HTSベンダーやCROが差別化を図るためのいくつかの方法を、その例とともに紹介する：

テクノロジーとプラットフォーム： 技術・プラットフォーム：HTSベンダーやCROの中には、競合他社に対して優位性を持つ独自の技術プラットフォームを有している場合がある。例えば、大手CROであるCharles River Laboratories社は、ラベルフリー技術、ハイコンテントイメージング、自動パッチクランプシステムなど、多様なHTSプラットフォームを有しており、様々なターゲットやアッセイタイプに対応することが可能である。

特定の治療領域における専門性： HTSベンダーやCROの中には、特定の治療分野やターゲットクラスに特化しているところもあり、関連するプロジェクトに取り組む顧客にとって魅力的である。例えば、グローバルな創薬CROであるエボテック社は、神経科学、腫瘍学、代謝性疾患などの分野に精通している。これらの治療分野に対する深い知識により、これらの分野のクライアントに対して、より専門的でカスタマイズされたサービスを提供することができます。

独自の化合物ライブラリー： HTSベンダーやCROは、独自の化合物ライブラリへのアクセスを提供することで差別化を図ることができる。例えば、HTS サービスと化学物質ライブラリーのプロバイダーである ChemBridge 社は、独自の DIVERSet-CLK ライブラリーを含む 100 万以上の低分子化合物の多様なコレクションを提供しています。このライブラリーは、生物学的に関連する化学空間を最大限に多様化し、カバーするように設計されているため、新薬候補を求める顧客にとって魅力的なものとなっています。

データ解析とインフォマティクス機能： HTSベンダーやCROは、高度なデータ解析やインフォマティクス機能を提供することで、差別化を図ることができます。例えば、HTS サービスとデータ管理ソリューションを提供する Collaborative Drug Discovery（CDD）は、クラウドベースのプラットフォーム CDD Vault を提供し、HTS データの保存、分析、コラボレーションを可能にします。このプラットフォームにより、顧客はHTS結果の可視化と探索、構造活性相関（SAR）分析の実行、予測モデルの生成を行うことができます。

AIと機械学習の統合： 一部のHTSベンダーやCROは、AIや機械学習技術を活用してスクリーニングプロセスを強化し、より効率的で正確なヒット化合物の特定を提供しています。例えば、計算化学のSchrödinger社は、AIを活用したバーチャルスクリーニングと実験的HTSを組み合わせ、より包括的で効率的な創薬サービスを提供しています。同社のプラットフォームであるLiveDesignは、AIを使用して創薬候補の設計と最適化をガイドするため、創薬活動の加速を求める顧客にとって魅力的な選択肢となっています。

これらは、HTSベンダーやCROが市場でどのように差別化できるかのほんの一例に過ぎません。独自の強み、専門知識、技術に焦点を当てることで、これらの企業は、競争の激しい創薬分野において、顧客に特化したオーダーメイドのサービスを提供することができます。

HTSのプロセス

ハイスループット・スクリーニング（HTS）は、大規模な化合物ライブラリーから潜在的な薬剤候補を迅速にテストし、同定するために創薬で使用されるプロセスである。HTSのプロセスは、いくつかのステップに分けることができる：

ターゲットの同定と検証： 最初のステップは、研究対象の疾患に関連するタンパク質や酵素などの生物学的標的を特定し、検証することである。このターゲットは十分に特性化されている必要があり、疾患プロセスにおけるその役割も理解されている必要があります。

アッセイ開発： ターゲットとライブラリ内の化合物との相互作用を調べるためのアッセイを設計する。アッセイは、感度が高く、特異的で、多数の化合物に対して再現性のある結果を出すのに十分な堅牢性を持つ必要がある。アッセイには、生化学的アッセイ、セルベースアッセイ、生物物理学的アッセイなど、ターゲットや求める読み取りに応じていくつかのタイプがある。

化合物ライブラリーの選択 スクリーニングのために、多様で代表的な化合物ライブラリーが選択される。このライブラリーは、薬物様特性を持つ構造的に多様な化合物を多数含んでいる必要があり、ターゲットやスクリーニング戦略に応じて、低分子化合物と生物学的製剤の両方を含むことができる。

化合物の調製 ライブラリから化合物をスクリーニングに適した形式と濃度で調製する。このステップでは、通常、自動リキッドハンドリングシステムを使用して化合物プレートを作成し、アッセイに使用します。

ハイスループット・スクリーニング： 調製された化合物プレートは、多数のサンプルを迅速に処理するため、自動化されたロボットシステムを用いてアッセイでテストされます。スクリーニングの結果、ターゲットに対する各化合物の活性や反応を示すデータセットが得られる。

データ解析 HTSで得られたデータを解析し、ターゲットに対して望ましい効果を示す化合物（ヒット化合物）を特定します。この段階では、データのパターンや傾向を特定し、偽陽性や偽陰性を除去するために、計算機による手法や統計解析が行われます。

ヒットの検証・確認 同定されたヒットは、二次アッセイや直交法を用いて、その活性を検証・確認する。このステップでは、偽陽性を排除し、最も有望な化合物を優先的に評価することができます。

ヒット化合物をリード化合物に最適化します： 確認されたヒット化合物は、化学修飾や構造活性相関（SAR）研究によってさらに最適化されます。このステップでは、化合物の効力、選択性、薬物動態特性を向上させ、さらなる開発のためのリード候補化合物を創出することを目的としています。

リード化合物の最適化と前臨床評価 最適化されたリード化合物は、有効性、安全性、薬物動態に関する残された問題を解決するために、さらなる試験と最適化が行われます。成功すれば、リード化合物は前臨床試験に進み、最終的には臨床試験に進みます。

HTSプロセスは創薬に不可欠な要素であり、研究者は大量の化合物ライブラリーから潜在的な薬剤候補を迅速に特定し、最適化することができます。自動化、ロボット化、計算手法の進歩により、より効率的かつ効果的にHTSを実施することが可能となり、創薬プロセスの加速が期待されています。