1/9【添付資料】
2020/4/20制作
2020/4/23改訂

SARS-CoV-2（新型コロナウイルス）感染症（COVID-19）
関連研究に資する放射光技術～研究課題リスト～

東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター
COVID-19対策チーム

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1．創薬支援技術に関する研究
Phase Ⅲ

生きたウイルスの構造変異部位を可視化し、予測する計測・解析技術の確立■ 研究開発対象： ウイルスの構造解析、ダイナミクスの迅速計測技術（例）可視化されたウイルスのダイナミックな構造-化学状態変化と変異部位との相関研究

新たな解析技術の構築
Phase Ⅱ

抗ウイルス剤の新規開発に資する高速・高確度計測プロトコルの構築■ 研究開発対象： ウイルス感染を阻害する薬剤とウイルス表在因子、ウイルス増殖を阻害する薬剤と標的因子の相互作用計測技術（例）構造生物学的解析による薬剤の反応部位と親和性の可視化、計算科学の活用による薬効の確度の高度化

既存解析プロセスの高度化・高速化
Phase Ｉ

既存の抗ウイルス薬とウイルス、ヒト細胞の相互作用の研究■ 研究開発対象： ウイルスとヒト細胞の相互作用、ウイルス増殖制御因子の構造生物学的計測技術（例）COVID-19タンパク質に対する人工抗体の開発および（感染・非感染）細胞内元素動態の解析
ACS Chem. Biol.
7 (2012)817-812

3/9（研究提案例A）ウイルス感染を阻害する抗体医薬とウイルス表在因子の相互作用の構造生物学的解析
ウイルス表在因子

タンパク質の細胞受容体

bicyclic peptide（人工抗体）の取得と化学合成

https://www.nordicbiosite.com/
news/sars-cov-2-2019-ncov-antigens

課題
放射光施設
感染反応のトリガーを精密に解析

実験室系
試料選別
詳細構造

蛍光顕微鏡
イメージング■ 抗体医薬反応部位が感染制御因子の機能発現を確かに阻害している状態を精密に可視化する。
https://www.efmc.info/medchemwat
ch-2011-3/researcher.php■ この情報を利用したシミュレーションによって薬効の最適化を図り、さらに強力な薬剤開発へ展開する。

次世代放射光の将来活用
ウイルス人工抗体

ヒト細胞

構造評価、
フィッティング

人工抗体の改良

ハイスループット計測、計算科学等と融合した次世代放射光計測が、ウイルス変異予測と連動した創薬技術開発を加速

変異予測
次世代放射光による可視化

（研究提案例B-1）ウイルス変異の予測と併せた治験サイクルの高速化
課題： 治療薬・ワクチンの早期開発
至急、全世界200万人以上の感染者に直ちに有効な治療薬を届け、順次、全世界約80億人に効果的なワクチンを接種する

次世代放射光の将来活用
・世界で650以上の治験登録・その他、治療薬候補

治験

治療薬の効果に対する科学的根拠解明
・Ｘ線タイコグラフィー
・Ｘ線小角散乱・軽元素軟Ｘ線分光
・走査型蛍光X線顕微鏡
次世代放射光ウイルス感染抑制と病態抑制のその場観察

N < 10

治験リスク低減メカニズム解明製薬プロセスへ

治験薬候補

高速スクリーニング
N > 10,000

創薬プロセス

それでも生じてしまった
副作用については製薬プロセス

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（研究提案例B-2）創薬・製薬研究開発テーマと放射光計測活用例
創薬
高能率創薬

バイオ医薬品製薬
ターゲット,診断マーカー探索

モデル生物系
構築

不純物解析

ターゲット・タンパク質/糖鎖等の立体構造解析

肺炎球菌がホスト生物の細胞に取り憑くのに使われるシアリダーゼNanCの構造を解析.薬剤耐性肺炎球菌に対するワクチンと治療薬のターゲットとして検討., XRD(英Diamond)

フラグメント・スクリーニング

タンパク質の微小多結晶体のハイスループッ
ト自動測定構造解析システム XRD(欧州ESRF)

抗ウイルス薬開発
X線分光

フラグメント・スクリーニングのためハイスループット装置を英国
theStructure
Genomics
Consortium と Diamond Light
Sourceが開 発。 浸漬〜結 晶 化〜測定〜解析までの各段階を
自 動 化 、 測 定 ま で の XRD( 英Diamond)

有機オスミウム剤の卵巣がん細胞内の分布を測定、ミトコンドリアに入り込むことを発見
XRF(欧州ESRF)

抗腫瘍活性Ga化
合物の化学状態と細胞内分布の可視化 KAS, XRF (英Diamond)

立体構造異性体などの多形制御

凝集状態制御医薬品の品質管理

薬剤の品質管理を目的として、微量不純物、残留した溶媒、目的薬剤の多形結晶等の問題がないかを精密測
定 XRD(英Diamond)

診断マーカー探索

リンパ芽球性白血病向けバ
イオ医薬品エルウィニア Lアスパラギナーゼ 酵素(製品名Erwinase)の臨床グレード
品質管理.立体構造異性体の検出, SAXS(英Diamond)

モデル生物系の開発

X線分光

アルツハイマー病変部で酸化還元活性のある鉄元素を見いだし、さらに反強磁性秩序状態にあることを発見。アル
ツハイマー痴呆症の初期段階でのNMR等での診断の可能性 XAS, XMCD (英Diamond)

ヒト幹細胞の内部構造の3次元可視化などμCT(米APS)

バイオ医薬品 モノクロナー
ル 免疫グロブリンG1抗体の低分子薬との抗体-薬物複合体。水中でのコロイド不安定性を発見, SAXS(仏SOLEIL)

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2．生命維持・治療技術、診断技術、感染拡大防止技術に関する材料開発
生命維持・治療装置材料

殺菌材料・プロセス（例）体外式膜型人工肺（ECMO）材料の（例）界面活性剤利用の吸着殺菌開発（例）ナノバブルの殺菌効果の応用

・高機能膜（フィルター）・血栓形成を軽減する生体適合材料
・人工肺に組み込まれるセンサー

・100 nmサイズのウイルス内の化学状態分布のイメージング
・脂質二重膜エンベロープ構造を持つウイル
スと界面活性剤の吸着状態の可視化

フィルター材料

ウイルスを分解する光触媒材料（例）ナノ～ミクロフィルター材料の開発（例）光触媒材料の衣類、生活資材、・エアロゾルの挙動と化学状態の可視化

衛生材料、車両内装材への応用

・フィルター製造工程の開発

・塗布加工技術の開発

・フィルター機能を活かした診断キットの・成膜プロセスの可視化

開発

・光照射条件in situ 触媒反応の可視化・耐久性等の評価（形状、化学状態）

PennMedicine.org/clinical-briefings
FY-16_10007 05.16

https://newswitch.jp/p/21589

3．次世代の施設活用の標準化
ロボット導入によるリモート実験➡オンラインディスカッション➡研究成果の流れを強化する
現状課題■リモート測定やメールイン測定は、世界の各施設それぞれが独自に実施しており、その形態は、常時スタッフがビームラインにおいて面倒を見ている場合も、完全自動化によって遠隔操作している場合もある。
■次世代の放射光施設の活用方法として、人の移動を伴わないリモート計
測から、オンラインディスカッションを経て、研究成果まで繋げる一連の流れを可能とする環境の整備を、COVID-19の対策課題研究を推進しながら強化する。この流れを、放射光施設間アライアンス等を利用して国内外の放射光施設の次世代活用方法として標準化することを目指す。

ロボットを導入した自動計測のイメージ

オンラインディスカッションのイメージ

https://www.arinax.com/2018/01/29/arinax-md3-up-diffractometer-gearing-up-for-serial-crystallography/

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