診断改善のための合成アフィニティー試薬の開発

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新型コロナウイルス感染症のパンデミックが浮き彫りにしたように、効果的な診断技術は病気の発生への対応に不可欠な部分です。 ただし、従来のアプローチを使用して診断を迅速かつ大規模に開発することは困難な場合があります。 MIP Discovery は、抗体に比べていくつかの利点を提供する合成アフィニティー試薬であるモレキュラーインプリントポリマー (MIP) を設計することで、これらの問題に対処しようと取り組んでいます。

MIPS の詳細と、MIPS が体外診断アッセイでの使用に特に適している理由について詳しく知るために、MIP Discovery の化学責任者である Francesco Canfarotta 博士に話を聞きました。 このインタビューでカンファロッタ博士は、MIP Discovery の nanoMIP™ テクノロジーと、ビル & メリンダ ゲイツ財団からの最近の資金が同社によって将来のパンデミック対応に使用する nanoMIP を開発するためにどのように使用されるかについても語ります。

アンナ・マクドナルド (AM): MIPS とは何なのか、またどのように作成されるのか説明してもらえますか?

フランチェスコ・カンファロッタ博士 (FC): MIPS は、バイオマーカー、つまり対象の標的を中心に、その形状と表面機能を模倣するように設計および製造される合成アフィニティー試薬です。 本質的に、これらは結合イベントを必要とする用途に利用できる機能的な結合ポケットを備えたポリマーです。

AM: MIP Discovery の nanoMIP テクノロジーについて、また他のアプローチとの比較について詳しく教えていただけますか?

FC: 分子インプリンティング技術は十分に確立されていますが、結果として得られる「インプリント」分子のサイズの制限と認識の不一致により、これまでほとんど実用化されていませんでした。 これは主に、インプリントがどのように作成されるかに依存します。多くの場合、インプリントは溶液中で作成され、そのようなインプリントがどのように生成されるかについての特定の戦略はありません。 MIP Discovery は、これらの問題を克服する独自のテクノロジー、nanoMIP を開発しました。 私たちのアプローチは、必要な認識品質を積極的に設計することに基づいています。 私たちのチームは、ハイエンドの分子モデリング ソフトウェアを使用して、標的分子と個々のモノマー (ナノ MIP の構成要素) の間の相互作用をモデル化します。 これにより、小分子からタンパク質、またはウイルス全体に至るまで、固定化されたターゲットの周囲で重合反応を設計および制御できるようになります。 これにより、nanoMIP アフィニティー試薬が形成され、固定化されたターゲットから溶出され、選択された用途での性能が評価されます。 その結果、厳密に制御された高性能のアフィニティー試薬 (通常、サイズは 10 ～ 60 nm) が得られ、特定の配向で選択した標的に特異的に結合できます。

私たちがベンチマーク対象とする主なテクノロジーは抗体ですが、アプタマーやアフィマーなどの代替テクノロジーも認識しています。 nanoMIP と他のテクノロジーの共通の違いは、正しい物理化学的特性と結合特性を備えた nanoMIP を作成するために使用できる構成要素の数が膨大であることです。 MIP Discovery は、抗体/アフィマーに使用される約 20 個のアミノ酸、またはアプタマーに使用される 50 ～ 100 個のヌクレオチドに対して、慎重に選択された 600 以上のモノマーに依存しています。 この拡大された設計スペースにより、nanoMIP に明確な利点が与えられ、ターゲットとの接触点の数が増える可能性によってさらに強化されます (サイズに応じて、抗体の場合は通常 5 ～ 6 の接触点であるのに対し、nanoMIP では 10 以上の接触点)。ターゲットの）。

抗体に関しては、その産生はさまざまな程度に動物対象または成分に依存しています。 倫理的な側面とは別に、畜産や細胞培養の拡大によって引き起こされる重要なスケジュールは言うまでもなく、無菌性と汚染に関する課題が生じます。 nanoMIP は完全に合成されており、化学的に定義されており、動物性成分は含まれていません。 さらに、温度、圧力、pH の極端な条件にさらされる可能性があるため、機能を維持したまま滅菌することができます。

抗体はタンパク質の認識に関して十分に確立されており、この点で選択される試薬となっていますが、他の標的クラスにはあまり適していません。 nanoMIP は、原子価のみで分離された個々のイオンの識別から、乱用薬物などの小分子、さらにはペプチドやタンパク質に至るまで、幅広い認識範囲を持つことが示されています。

AM: nanoMIP が体外診断アッセイでの使用に適している理由は何ですか? MIP が使用される他のアプリケーションはありますか?

FC: nanoMIP には、診断アッセイ開発者にとって興味深い独特の特性が数多くあります。 1 つ目は堅牢性です。ポリマー構造により過酷な環境や温度変動に耐えることができるため、現場のデバイスに最適です。 カナダの警察車両に搭載されている薬物検査装置を想像してみてください。この装置は、性能に影響を与えることなく、季節の極端な気温に加えて日常の取り扱いにも耐える必要があります。 これを生物学的試薬で達成するのは難しい場合がありますが、ナノMIPはこれを克服できます。 多くの関心を集めている nanoMIP のもう 1 つの特徴は、そのスケーラビリティと再現性であり、これは必然的に供給の安全性につながります。 化学的製造方法は、バッチ間の一貫性を容易に達成でき、抗体クローンが生産されなくなるなどのサプライチェーンのリスクを排除できることを意味します。 診断アッセイを超えて、当社は多くのパートナーと協力して、バイオプロセス、特にセンシングやクロマトグラフィー用途に使用するナノMIPの開発に取り組んでいます。 ここでのニーズは、特に細胞治療と遺伝子治療によって促進されています。

AM: MIP は抗体に比べてどのような利点がありますか?

FC: 抗体は素晴らしいテクノロジープラットフォームであり、これは研究開発、診断、その他のアプリケーションを通じた抗体の使用に大きく反映されています。 ただし、その性質上、抗体には限界があります。 市販されている抗体の大部分は免疫応答によって生成されていますが、免疫応答は制御できず、最終的には数百万年にわたる生物学の影響を受けます。 このため、特定のクラスの分子、または特定の分子の特定の特徴を認識することが非常に困難になります。 nanoMIP は、イオン、有機小分子、タンパク質、さらには完全なウイルスに至るまで、ほぼすべての対象標的に対して設計できます。 このため、有毒物質、薬物、その代謝産物などの種を標的とするのに理想的な選択肢となります。

製品プロファイルの観点から見ると、nanoMIP は化学的に定義されており、動物成分を含まないため、大規模かつ迅速な生成が可能です。 これは、もちろん、低・中所得国における大規模な感染症検査に取り組むビル＆メリンダ・ゲイツ財団の関心を集めている重要な機能の 1 つです。

AM: MIP Discovery は最近、ビル & メリンダ ゲイツ財団から資金提供を受けました。 この資金がどのように使われるのか、またプロジェクトが与えると予想される影響について説明してもらえますか?

FC: ビル&メリンダ・ゲイツ財団からの助成金は、将来のパンデミック対応に使用するナノMIPを開発する革新的なプロジェクトを支援しています。 このプロジェクトは、風土病やパンデミックの発生時に低中所得国向けに低コストで大量の診断検査を迅速に可能にする抗体の改善として、サッヒロスなどの他のパートナーへの資金提供と並行している。 このプロジェクトの主な目的には、現在のスケジュールを短縮して、4 週間以内に新しい検出試薬の設計とスケールアップを可能にすることが含まれます。 nanoMIP 検出試薬は、ハイスループットの診断プラットフォームを使用して世界規模で展開できます。 当社の「スケールアウト」アプローチにより、MIP Discovery は大規模診断に必要な量を達成しながら、複数の診断マーカーに一度に取り組むことができます。

私たちは、このプロジェクトが、自然発生的かどうかにかかわらず、業界がパンデミックや風土病の状況に対応できる速度に影響を与えると期待しています。

AM: 非感染性疾患の診断用の NanoMIP を開発する計画はありますか? MIP に対してさらにどのようなイノベーションを想定していますか?

FC: 今後 24 か月間、私たちは感染症以外にも、生活の質に影響を与える可能性のある、満たされていない大きなニーズを伴う問題の解決に焦点を当てます。 最初に焦点を当てているのは、薬物乱用、特に北米におけるフェンタニルのパンデミックです。 より優れた現場検査を可能にする試薬を作成することは、この化学物質の蔓延との戦いにおける重要なステップの 1 つです。

私たちが重点を置いている 2 番目の分野は、特に細胞および遺伝子治療に関するバイオプロセスです。 細胞治療および遺伝子治療は、あらゆる医療サービスの中で最も高価なものの 1 つです。 それらは複雑で、製造コストがかかります。 nanoMIP は、工業環境におけるインラインセンシングおよびクロマトグラフィープロセスに理想的に適しており、より低コストで高品質の治療法を生成できる可能性があります。

Francesco Canfarotta 博士は、Technology Networks の暫定編集長である Anna MacDonald と話していました。