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抗体医薬における細胞構築・培養・ダウンストリームのすべて《普及版》

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Advanced Cell Culture Process Engineering for Production of Biologics(Popular Edition)

2015年刊「抗体医薬における細胞構築・培養・ダウンストリームのすべて」の普及版。抗体医薬のアップストリームからダウンストリーム、品質評価、培養/精製/解析装置まで各プロセス技術を解説している。

商品コード:
B1368
監修:
大政健史
発行日:
2021年12月6日
体裁:
B5判、273ページ
ISBNコード:
978-4-7813-1580-5
価格(税込):
5,390
ポイント: 490 Pt
関連カテゴリ:
ファインケミカル
新刊・近刊
テクニカルライブラリシリーズ(普及版)

Review

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キーワード:

バイオ医薬 / 基盤技術 / 遺伝子組換え-糖鎖改変 / 細胞構築 / 動物細胞育種 / 培地設計 / 細胞培養 / 細胞内代謝 / シングルユース / 精製 / クロマト分離 / ウイルス除去膜 / 品質管理・評価 / 微粒子分散・凝集 / 糖鎖解析 / 自動電気泳動装置 / 精製装置 / 小規模培養装置

刊行にあたって

 抗体医薬に代表されるような蛋白質医薬品製造においては、生命現象を利用したタンパク質合成は欠くことができない工程の一つである。特に、蛋白質医薬品の多くは生体内生理活性に翻訳後修飾が必要であり、高等真核生物である動物細胞を用いた生産技術が必要とされる。特に21世紀に入って動物細胞を用いた生産技術は長足の進歩を遂げ、さらに周辺技術も格段に発展し、10g/Lを超える生産例も報告されている。
 一方では、複雑な高等生物から構築された細胞株を用いる生産系そのものの解明は依然として明確にはなされてはいない。望むべき生産系を自在に構築して目的物を自在に生産するためには、この複雑な生物そのものとも呼べる細胞株の解明と制御が必要である。ある意味ではこれは人工生命を構築し、利用することに等しく、簡単に解決できる問題ではない。さらに、蛋白質医薬品製造プロセスは細胞株構築・培養・精製・レギュレーションなどといった様々な分野の高度な科学技術を総合して初めて可能となるプロセスであり、これら各ステップやその複雑な相互関係の解析と利用は基盤的技術として必要とされる。
 2010年に発行された『抗体医薬のための細胞構築と培養技術』では、小生はプロダクションに関わるサイエンス、「プロダクションサイエンス」を提唱し、これに関わる細胞構築から培養、精製、品質までの最新の知見を幅広くまとめて紹介した。本書は、この5年間の最新の進歩を包括しながら、本分野における我が国の「使うため」の高度な基盤技術・科学・工学に焦点をあてた実用的な面からの紹介を試みている。このように様々な分野の高度な科学技術を結集して行われる蛋白質医薬品生産は高度先進国でしかなしえない産業であり、我が国においても一層の発展が望まれる。ここ5年間において、我が国における抗体医薬を始めとするバイオ医薬品への関心の高まり、技術的な集積は特筆すべきものがある。本書がさらに道標となり、産業界ならびにアカデミアにおける発展の一助になれば幸いである。

大阪大学
大政健史


〈普及版の刊行にあたって〉

 本書は2015年に『抗体医薬における細胞構築・培養・ダウンストリームのすべて』として刊行されました。普及版の刊行にあたり、内容は当時のままであり、加筆・訂正などの手は加えておりませんので、ご了承ください。

著者一覧

大政健史   大阪大学
広田潔憲   (独)産業技術総合研究所
山﨑友実   東洋紡(株)
清水正史   エーザイ(株)
堀内貴之   (株)ちとせ研究所
上平正道   九州大学
田地野浩司  (株)chromocenter
山内清司   (株)chromocenter
良元伸男   名古屋大学;大阪大学
黒田俊一   名古屋大学;大阪大学
松崎祐二   東京化成工業(株)
熊田純一   東京化成工業(株)
山本憲二   石川県立大学
佐伯尚史   JX日鉱日石エネルギー(株)
倉田博之   九州工業大学
寺田 聡   福井大学
小川亜希子  鈴鹿工業高等専門学校
鬼塚正義   徳島大学
新城雅子   ジーンデータ(株)
澁谷明宏   サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)
松田博行   藤森工業(株)
古一杏美   千代田化工建設(株)
門屋利彦   前橋工科大学
巌倉正寛   (独)産業技術総合研究所
井出正一   旭化成メディカル(株)
岡村元義   (株)ファーマトリエ
内山 進   大阪大学
クラユヒナエレナ (株)ユー・メディコ
橫山雅美   (株)ユー・メディコ
野田勝紀   (株)ユー・メディコ
十時慎一郎  (株)島津製作所
橋井則貴   国立医薬品食品衛生研究所
原園 景   国立医薬品食品衛生研究所
木下英樹   シャープ(株)
矢部公彦   シャープ(株)
松永貴輝   シャープ(株)
小林正男   (株)パーキンエルマージャパン
水口博義   (株)京都モノテック
石川陽一   エイブル(株);(株)バイオット
杉山弘和   東京大学

執筆者の所属表記は、2015年当時のものを使用しております。

目次+  クリックで目次を表示

[第1編 総論]

第1章 バイオ医薬品生産における次世代生産技術について
1 はじめに
2 我が国におけるバイオ医薬品生産に関する大型プロジェクトの変遷
3 次世代バイオ医薬品製造技術研究組合を通した抗体製造に関わる開発プロジェクト

第2章 抗体医薬品製造技術の動向
1 はじめに
2 抗体医薬品の動向
3 抗体医薬品の製造技術
4 プラットホーム技術
5 製造技術の進歩
6 次世代抗体医薬
6.1 ポテリジェント抗体
6.2 抗体薬物複合体(ADC)
6.3 リサイクリング抗体,スイーピング抗体
7 おわりに

[第2編 基盤技術]

第1章 Mammalian PowerExpress System(R)を用いたバイオ医薬品製造のための細胞構築
1 はじめに
2 安定発現株の構築
2.1 安定発現株の構築フロー
2.2 エピジェネティック制御因子の利用
2.3 高発現株選択の効率化
2.4 Mammalian PowerExpress System(R)の構築
2.5 dhfr遺伝子増幅系の適用
3 Mammalian PowerExpress System(R)を用いた原薬製造用の細胞構築の一例
3.1 抗体発現株のスクリーニング
3.2 1LバイオリアクタースケールでのFed-batch培養
4 まとめ

第2章 突然変異育種によるCHO細胞の高機能化 ―増殖性の改善を例に―
1 はじめに
2 不均衡変異導入法によるCHO細胞育種の概略
3 不均衡変異導入法による変異体ライブラリーの特徴
4 増殖性の改善を目的とした細胞育種事例
4.1 増殖差分判定法による細胞育種
4.2 限界希釈クローニング判定法および段階希釈播種法による細胞育種
5 おわりに

第3章 組換え酵素を用いた動物細胞染色体への逐次遺伝子組込み技術
1 はじめに
2 Cre-loxPによる逐次遺伝子組込みシステムの概要
3 プラスミドおよびCHO細胞を用いた遺伝子組込み反応の評価
3.1 プラスミドでの遺伝子組込み(試験管内での反応)
3.1.1 P1とP2の反応によるP12の生成
3.1.2 P1+P2+P3の反応によるP123の生成および2サイクル目の組込み反応の確認
3.2 細胞染色体上での遺伝子増幅(動物細胞内での反応)
4 おわりに

第4章 哺乳類人工染色体ベクターの抗体タンパク質生産技術への応用
1 はじめに
2 人工染色体ベクター
2.1 構築方法の違いによる人工染色体ベクターの種類
2.1.1 トップダウン型
2.1.2 ボトムアップ型
2.1.3 SATACs型
2.2 人工染色体ベクターの特徴
2.3 微小核細胞融合法
3 遺伝子を搭載した人工染色体ベクターのタンパク質生産技術への応用例
4 抗体生産技術への応用
4.1 宿主細胞の選択および抗体遺伝子の搭載
4.2 宿主細胞の育種
5 おわりに

第5章 1細胞育種を実現する全自動1細胞解析単離装置の開発 1 はじめに
2 抗体産生細胞の樹立と問題点
3 1細胞解析単離技術を高速化する装置
4 抗体高産生細胞の1細胞レベルでの検出例
5 抗体高分泌細胞の1細胞解析と単離
6 おわりに

第6章 エンドM酵素を用いる抗体糖鎖の改変技術と改変用糖鎖供与体の化学合成
1 はじめに
2 エンド型グリコシダーゼの糖転移活性
3 Endo-M-N175Qを用いる糖鎖転移反応
4 抗体(IgG)の糖鎖改変(シアロ複合型糖鎖の導入)
5 抗体IgGの糖鎖の多様なリモデリングに向けて
5.1 糖鎖構造の抗体機能に対する影響
5.2 N-結合型糖鎖の供給体制の現状
5.3 多様なN-結合型糖鎖の化学合成
6 まとめ

[第3編 細胞構築・培地設計]

第1章 完全合成培地の開発とその利用について
1 はじめに
2 培地最適化プロセス
3 培地最適化手法
3.1 増殖培地の改良
3.2 フィード培地の改良
4 培地評価方法
4.1 培養方法
4.2 分析方法
5 培地組成が生産物の品質に及ぼす影響
5.1 微量金属類
5.2 アミノ酸
5.3 ビタミン類
5.4 糖類
5.5 その他化合物
6 その他トピックス
7 おわりに

第2章 システム工学的アプローチを用いた細胞モデリング
1 システム生物学
2 設計原理理解とダイナミクス予測
3 数学モデル一般
4 動力学的モデル
5 代謝パスウエイモデル
5.1 Flux Balance Analysis
5.2 Elementary Mode Analysis
6 CHO細胞のdFBAモデル
7 モデルの選択

第3章 植物由来多糖を利用した新規培地添加剤と抗体精製後廃液の再生利用
1 概要
2 ラッキョウ由来多糖フルクタン
3 抗体精製後廃液を利用した培地添加剤
4 脱脂肪米糠抽出物を利用した培地添加剤

第4章 ケミカルシャペロンを用いたタンパク質凝集防止培地の開発
1 はじめに
2 トレハロース含有培地を用いた抗体産生CHO細胞の培養
3 細胞培養過程における抗体凝集抑制効果
4 まとめ

第5章 ゲノム時代のCHO細胞構築におけるコンピュータソリューション
1 はじめに
2 抗体医薬品生産の宿主細胞育種・生産プロセス開発のワークフロー
3 宿主細胞育種からプロセス開発まで:オミクスの活用
4 最先端CHOシステムズバイオロジー時代の幕開けとコンピュータソリューション
5 CHO細胞株ゲノムの精査と系統株の比較解析
5.1 CHO-K1株およびハムスターゲノムシーケンスとアノテーションの精査
5.2 異なるCHO細胞株系統における変異プロファイル
5.3 CHO DG44株におけるDHFR遺伝子欠損領域の解析
5.4 代謝パスウェイ上での生化学的解釈:統合解析と比較ゲノム
6 培養プロセス最適化
7 おわりに

[第4編 細胞培養]

第1章 細胞培養における代謝と酸素供給の基本
1 細胞培養における代謝
2 動物細胞プロセスにおける代謝工学的アプローチ
3 酸素供給の基本
4 おわりに

第2章 細胞培養におけるSingle-Use Technology
1 はじめに
2 S.U.B.の仕様
3 SUTと品質の確保
4 SUTとプロセスエコノミー
5 まとめ

第3章 シングルユース培養バッグによる微生物・動物細胞培養
1 はじめに
2 シングルユース製品について
2.1 シングルユースバッグ製品活用の意義
2.2 シングルユース製品の弱点
2.3 シングルユースバッグのフィルムについて
2.3.1 フィルムからの溶出物
2.3.2 フィルムへの吸着
2.3.3 フィルムのガス透過性
3 シングルユース培養バッグによる微生物培養
3.1 微生物培養の各方法の比較
3.2 シングルユース培養バッグでの培養の利点
3.3 シングルユース微生物培養バッグの原理
3.4 シングルユース培養バッグでの実例
3.5 シングルユース培養バッグの応用
4 シングルユース培養バッグによる動物細胞培養
4.1 細胞培養について
4.2 シングルユース動物細胞培養バッグを使用する利点
4.3 シングルユース培養バッグでの実例
5 シングルユース培養バッグの課題
6 おわりに

第4章 抗体医薬品設備におけるシングルユース技術
1 はじめに
2 シングルユース技術の特色
2.1 運用面における特色
2.2 コスト面における特色
3 シングルユース技術の導入
3.1 導入プロセス(工程)の決定
3.2 プロセス(工程)間の接続方法・送液方法・運搬方法の決定
3.2.1 接続方法
3.2.2 送液方法
3.2.3 運搬方法
4 シングルユース技術を利用した設備設計事例
5 おわりに

[第5編 ダウンストリーム技術]

第1章 抗体医薬品のクロマト分離プロセス
1 はじめに
2 不純物
2.1 宿主細胞由来タンパク質(HCP : Host cell proteins)
2.2 宿主細胞由来DNA
2.3 抗体重合体
2.4 抗体分解物
2.5 抗体の翻訳後修飾体
2.6 漏出 Protein A
2.7 ウイルス
2.8 微生物,発熱性物質
2.9 培地成分由来化合物類
3 抗体精製に用いられるクロマトグラフィーモードと精製効果
3.1 サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)
3.2 イオン交換クロマトグラフィー(IEC)
3.3 疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)
3.4 マルチモードクロマトグラフィー(MMC)
3.5 ハイドロキシアパタイトクロマトグラフィー(HAC)
3.6 Protein Aクロマトグラフィー
4 クロマトグラフィー充填剤の基材特性
5 クロマトグラフィー充填剤の選択
6 抗体精製プロセスの構築
6.1 Protein Aクロマトグラフィーを使用するプラットフォームプロセス
6.2 Protein Aクロマトグラフィーを使用しない精製プロセス
6.3 プロセス構築の迅速化
7 精製スケールとスケールアップ
8 カラムと装置の洗浄
9 抗体医薬製造におけるクロマトグラフィーの課題
10 おわりに

第2章 抗体医薬品におけるテーラーメイド精製技術
1 はじめに
2 抗体医薬品製造におけるプロテインAクロマトグラフィーの問題点
3 プロテインAの代替技術や改良
3.1 低分子化合物
3.2 アミノ酸
3.3 ペプチド
3.4 プロテインAの改良蛋白質
4 テーラーメイド精製技術
5 アフィニティ担体
6 リガンド蛋白質のデザインおよびそのライブラリー
7 クロマトグラフィーをその場観測できるリガンド・アレイ解析装置
8 最適なリガンド蛋白質のデザイン,抗体精製用担体の作製・評価
9 おわりに

第3章 ウイルス除去膜
1 はじめに
2 生物学的製剤のウイルス安全性
3 ウイルス除去膜について
4 市販されているウイルス除去膜
4.1 ウイルス除去フィルターの選定
4.2 プロセス設計と最適化
5 プラノバの製品群
6 プラノバの特徴
7 血漿分画製剤での応用例
8 バイオ医薬品での応用例
9 プラノバの特徴研究

[第6編 品質管理・評価]

第1章 コンパラビリティ・品質恒常性のための製造方法とは
1 恒常的品質を目指した製造
1.1 目標の設定
1.2 何を精製し,何を除く必要があるのか?
1.3 生物汚染をいかに防ぐか?
2 品質の恒常性を目指した精製法
2.1 最適化の進め方
2.2 リスク評価に基づく頑健なプロセス構築と恒常性

第2章 超遠心分析による蛋白質凝集体の評価
1 はじめに
2 SV-AUCが必要な理由―SECの限界―
3 C(s)解析による蛋白質凝集体の定量
4 SV-AUCによる凝集体分析例,精度・再現性
5 まとめ

第3章 微粒子分散・凝集の物性評価
1 はじめに
2 タンパク質凝集体の大きさによる分類と測定方法
3 定量化レーザ回折法(qLD)
4 qLD法によるシリカ粒子の測定
5 ストレスによるバイオ医薬品の凝集
6 おわりに

第4章 抗体医薬品の糖鎖解析
1 はじめに
2 抗体糖鎖と生物活性
3 抗体糖鎖と免疫原性
4 抗体糖鎖と体内動態
5 培養工程パラメータと糖鎖不均一性
6 糖鎖解析
6.1 HILIC/FL,RP-LC/UV
6.2 CE/FL
6.3 LC/MS
6.4 CE/MS
7 グリコフォーム分析(intact MS分析)
8 糖鎖不均一性のモニタリング(PATへの応用)
9 おわりに

[第7編 装置]

第1章 自動電気泳動装置

1 自動電気泳動装置による評価
1.1 はじめに
1.2 自動二次元電気泳動システム
1.2.1 タンパク質の二次元電気泳動の時間短縮
1.2.2 二次元電気泳動の自動化
1.2.3 自動二次元電気泳動装置を用いた各種タンパク質混合液の分離
1.3 自動二次元電気泳動システムを用いた抗体医薬の分離と評価
1.3.1 抗体医薬用高解像度短時間分析ゲルの開発
1.3.2 抗体医薬の自動二次元電気泳動分離
1.3.3 抗体医薬の評価
1.4 展望

2 自動電気泳動装置を使用した生産物の一括解析
2.1 はじめに
2.2 電気泳動法:キャピラリーとマイクロフルイディクス
2.3 GXII Touchで可能なアッセイ
2.3.1 タンパク質サイズ解析
2.3.2 高感度タンパク質サイズ解析
2.3.3 糖鎖解析
2.3.4 等電点変異体解析
2.4 実例について
2.4.1 培養条件の検討
2.4.2 培養条件が決まったら
2.4.3 その他のアッセイ
2.5 最後に

第2章 高効率を可能にする精製装置
1 はじめに
2 シリカモノリスの特徴
3 シリカモノリスの抗体精製カラムへの応用
3.1 マクロ細孔の影響
3.2 メソ細孔径の影響
3.3 プロテインA修飾シリカモノリスの耐アルカリ性
4 高効率抗体精製・濃度測定ツール
5 おわりに

第3章 小規模培養装置
1 はじめに
2 リジッド小規模培養装置
2.1 50ml 8連培養装置
2.2 0.5~220Lオートクレーブ型培養装置
2.3 シングルユース簡易型培養装置
2.4 シングルユース高機能培養装置
2.5 蛍光式酸素センサー
2.6 蛍光式pHセンサー
3 フレキシブルバッグを利用したシングルユース培養装置
3.1 WAVE培養装置
3.2 Xcellerex培養装置
4 おわりに

[第8編 バイオ医薬品生産における統合化]

第1章 医薬品生産における統合化工学とは
1 はじめに
2 統合化工学の視点
2.1 現象レベル
2.2 プロセスレベル
2.3 業務レベル
3 統合化工学のツール
3.1 アクティビティモデリング手法IDEF0
3.2 役割分担記述手法RACI
3.3 IDEF0とRACIの応用例
4 おわりに