Yoshizawa Shunsuke

吉澤 俊祐

Tsukuba Repository

Stabilization of solution formulation with
protein-cosolvent interaction
著者 Yoshizawa Shunsuke
発行年 2018
その他のタイトル タンパク質-共溶質間の相互作用を利用した溶液製
剤の安定化
学位授与大学 筑波大学 (University of Tsukuba)
学位授与年度 2017
報告番号 12102甲第8479号
URL http://hdl.handle.net/2241/00152744
  
 
 
氏 名            吉澤 俊祐   
学 位 の 種 類             博 士 （ 工学 ） 
学 位 記 番 号          博 甲 第  ８４７９  号 
学位授与年月日          平成 ３０年 ３月 ２３日 
学 位 授 与 の要 件          学位規則第４条第１項該当 
審 査 研 究 科          数理物質科学研究科 
学 位 論 文 題 目 
     Stabilization of solution formulation with protein-cosolvent interaction 
      （タンパク質-共溶質間の相互作用を利用した溶液製剤の安定化） 
      
      
主 査         筑波大学教授 博士（理学） 白木賢太郎 
副 査         筑波大学教授 博士（工学） 長谷宗明 
副 査         筑波大学教授 博士（農学） 辻村清也 
副 査         筑波大学教授 博士（理学） 加納英明 
 
 
論    文    の    要    旨 
  
 審査対象論文は、タンパク質と共溶質間の相互作用を利用し、溶液製剤を安定化するメカニズムと方法
に関して検討を加えたものである。 
 
 第一章では、タンパク質の基本的な性質に関して情報を整理し、産業的な応用について述べたもので
ある。タンパク質は水溶液中で機能するにもかかわらず、水溶液中では不安定であり、化学的な劣化や
物理的な変性を受けやすいという性質がある。そのため、近年、市場が広がっているタンパク質製剤にお
いても課題になっていることを述べている。この課題を解決するため、水溶液中に共溶質を加える手法が
開発されていることを、そのメカニズムにもふれながら整理している。 
 
 第二章では、溶液添加剤としてのアルギニンの効果に対し、対イオンの影響について精査した内容を
述べている。アルギニンは、一般に、水溶液中でのタンパク質を安定化することが知られているが、対イオ
ンの効果については系統的に精査された例がなく、本論文のなかで調べる価値があるという視点にたっ
て研究を行ったものである。とくにホフマイスター系列を指標にし、対イオンを変化させることでアルギニン
の多様な効果をさらに高めるのではないかという仮説のもと、芳香族との相互作用に着目し、アルギニン
と共存する対イオンとして塩化物イオンの他、リン酸イオン、硫化物イオン、酢酸イオン、クエン酸イオン及
びギ酸イオンを対象に研究を行っている。2 価のイオンであるリン酸イオンと硫化物イオンを対イオンとし
て用いたアルギニン塩は、アルギニン塩酸塩を用いた場合よりも芳香族化合物の溶解度が低下すること
を明らかにしている。また、弱い酸として知られている酢酸イオンとギ酸イオンを対イオンとして用いること
で、芳香族化合物の溶解度が向上することを明らかにしている。さらに移相自由エネルギーというパラメ
ーターを用いて解析を行うことで、アルギニンの効果は対イオンによらず一定であることを示している。 
 
 第三章では、水溶液中での抗体の凝集に対し、アルギニンをはじめとした添加剤の効果を網羅的に調
べた内容について述べている。抗体タンパク質はその特異性や生体適合性が高いことから、がんやリウマ
チをはじめとした難病に対する薬剤として期待されているが、機能の喪失や免疫原性などを回避するた
めに、安定に保存する技術の開発が重要であることを述べている。アルギニンを含む抗体溶液を 75°C
で 2 分間加熱した後に溶液クロマトグラフィーや円偏光二色性を用いて詳細に分析したところ、アルギニ
ンは可溶なオリゴマーから不溶な凝集体への会合を抑制することを明らかにしている。さらに他の共溶質
に対しても検討を行った結果、トレハロースやグルコース、キシリトールはモノマーの量を増やし、対してグ
アニジンや尿素といったタンパク質の変性剤はモノマーの量を減らすことを明らかにしている。最終的に
は抗体の凝集は、 (i)熱力学的に不安定な Fab 領域の変性、(ii)モノマー同士の会合によるオリゴマーの
形成、(iii)オリゴマー中に存在する比較的安定な Fc領域の変性、(iv)変性したオリゴマー同士の会合によ
る不溶な凝集体の形成というモデルで描けることを明らかにすることに成功している。 
 
 第四章では、防腐剤として利用されるベンジルアルコールに誘起される凝集に対し、添加剤によって安
定化が可能かを調べたものである。一般に、マルチドーズバイアル製剤は、一つのバイアルに複数回投
与ができる医薬品溶液を入れた製剤形態であり、(1)廃棄量が少なく抑えられる、(2)包装コストが抑えられ
る利点があるが、保存剤を入れて細菌の増殖を抑制する必要があるという研究の背景を述べている。しか
し保存剤がタンパク質凝集を引き起こすために、どのような添加剤がタンパク質変性をふせぐことができる
かを述べたものである。抗体のモデルとしてヒト血清ガンマグロブリン(IgG)を、防腐剤のモデルとしてベン
ジルアルコールを用い、添加剤の効果をスクリーニングした結果、トリメチルアミン N-オキシド(TMAO)に
高い効果があることを明らかにしている。そのメカニズムに関して、共溶質とタンパク質間の相互作用及び
共溶質とベンジルアルコール間の相互作用という点に着目し、TMAO とベンジルアルコール間の親和性
が重要であることを示している。本研究で得られた、疎水性相互作用の抑制と安定化を同時に達成する
添加剤が有用であるという事実は、免疫グロブリンのマルチドーズバイアル製剤の共溶質への応用が期
待できると述べている。 
 
審    査    の    要    旨 
〔批評〕 
 
  審査対象論文は、タンパク質と共溶質分子間の相互作用を利用して溶液中におけるタンパク質製剤
の安定性を高めることに成功したものである。各論としては、アルギニンの対イオンを変えることで、低分
子薬剤や芳香族アミノ酸、タンパク質との相互作用が変わること、および、抗体の加熱凝集に対して凝集
抑制剤が異なる効果を示すこと、マルチドーズバイアル製剤で頻繁に使用されるベンジルアルコールに
対する凝集の抑制法を発見したことがあげられる。これらの研究は、タンパク質と添加剤分子間の相互作
用を活かしたタンパク質の可能性を広げるもので、学術的に価値の高いものと認められる。 
 
〔最終試験結果〕 
 平成 30年 2月 16日、数理物質科学研究科学位論文審査委員会において審査委員の全員出席のもと、
著者に論文について説明を求め、関連事項につき質疑応答を行った。その結果、審査委員全員によっ
て、合格と判定された。 
 
〔結論〕 
 上記の論文審査ならびに最終試験の結果に基づき、著者は博士（工学）の学位を受けるに十分な資格
を有するものと認める。 
  


タンパク質-共溶質間の相互作用を利用した溶液製剤の安定化

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タンパク質-共溶質間の相互作用を利用した溶液製剤の安定化

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