1.はじめに
mRNA医薬は, メッセンジャー RNA (mRNA)を体内に直接投与して，mRNAによってコードされたタンパク質を標的細胞で発現させることによって治療を行う医薬品である(Fig. 1).近年世界的に研究開発が活発化しており，近い将来の実用化が期待される．欧米ベンチャー企業では修飾mRNAを用いたワクチンの開発が先行しているが，疾患治療への応用も研究が進んでいる.  mRNAは核への輸送が不要で,ゲノムへの挿入変異リスクもないため，安全性に優れる一方， mRNAは生体内では極めて不安定な物質であり，その効率良い生体内投与にはDDS技術などの応用が不可欠である.  mRNAは原理的にどのようなタンパク質でも産生することができ,ワクチンとしてはがんの個別化治療,感染症領域ではウイルス変異への迅速な対応、パンデミックへの対応が期待される. 疾患治療用mRNAとしては,更に広範な応用の可能性があり，酵茶補充療法や成長因子徐放など分泌因子を局所又は全身に徐放させる目的だけでなく，標的細胞のシグナル制御，分化誘導などを通じて,再生医療やゲノム編集治療への応用も期待される. mRNA医業としての承認例は世界的にもまだであるが,既にフェーズIIIに入ったパイプラインもあり，近い将来の実用化が期待される.以上の動向を踏まえ，日本核酸医業学会レギュラトリーサイエンス(RS)部会において， mRNA医薬にフォーカスしたシンポジウム(第10回核酸医薬RSシンポジウム街) : mRNA医薬の開発動向と品質・安全性評価の考え方)が企画・開催された．当シンポジウムでは，mRNA医業に関する五つの講演が行われた後，パネルディスカッションにおいて，mRNA医薬の品質・安全性評価の考え方について活発な議論がなされた．本誌では，当シンポジウムに242医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス  Vol. 50 No.5 (2019)おける講演並びにパネルディスカッションの概要を紹介すべく，2019年５月号並びに６月号において，「mRNA医薬開発の世界的動向」並びに「mRNA医薬品の品質・安全性評価の考え方」と題した総説を連載で掲載する。第1回となる本稿では， mRNA医薬の研究開発の立場から，これまでの歴史的背景,現状,将来展望について概説する.
2.   mRNA医薬研究開発の歴史的経緯
mRNAをクスリとして直接体内に投与するというアイディア自体は比較的古く，プラスミドDNA (pDNA)を動物の骨格筋に投与してタンパク発現させた，非ウイルス性遺伝子導入の最初の報告例である1990年のScience論文で，既に合成されたmRNAの投与実験も行われている".論文では, 培養細胞へのin vitro遺伝子導入では, mRNA,  pDNAとも遺伝子導入試薬を最適な条件で用いた場合，ほぼ同等のタンパク質発現が得られているが， in vivo骨格筋筋注を行うと， mRNAによるタンパク質発現はpDNAを大きく下回るものに止まっている。その理由として， mRNAが生体内で非常に不安定であるためと考察され，遺伝子治療への応用にはpDNAを用いることが有望であると結論されている。以後は周知の通り，遺伝子治療の研究開発はウイルスベクター及びpDNAを中心に進められ、一時ウイルスベクターによる死亡事故,治療後の白血病発症³などのトラプル等により研究が下火になった時期もあるが，その後安全性の高められたウイルスベクターを中心に臨床応用例も多くなっている.ただ,先の論文でmRNAから抗原提示することによるワクチンヘの応用が既に言及されていることは興味深く，先見の明を感する.その後暫く，mRNA投与の治療への応用は論文レベルでわずかに報告されるに止まっていた。おそらく動物に投与しても，治療に十分なタンバク発現が得られないことが多かったためであろう.その後徐々にというよりは,特に2010年代に入り急にmRNAの生体内投与に関する報告が再び増え始めた。特に論文レベルの検索では、2010年代初めはまだごく限られた研究グループ，企業からの報告が中心であったが，この数年で飛躍的にplayerの数が増加している印象がある.このmRNAリバイバルの理由として，いくつかのポイントが挙げられるが，まず重要なプレイクスルーはARCA法(anti-reverse cap analogues)の開発であろう6. mRNAは鋳型DNAからのin vitro転写(IVT)によって作成するが，真核細胞ではmRNAからタンパク質翻訳させるためにはmRNA5’末端にcap構造を必要とし9 , IVTされたmRNAにこのcapアナログを付加する必要がある. Pharmaceutical and Medical Device Regulatory Science   Vol. 50 No. 5  (2019) No reproduction or translation of articles in this journal without permission. Moreover, copy or reproduction without permission is prohibited except for exception under copyright laws. 243しかし従来はこのcapアナログを付加させる方向を制御できなかったため，原理的には1/2の確率でしかタンパク質翻訳可能なmRNAができなかった.  ARCA法はこの付加反応の方向を制御する手法で，原理的にはこの効率を100%にすることができる.現在はキット化された試薬が販売されており，更に近年はより高い翻訳効率を持つcap樹造(cap1)の利用も可能となっている.またcodon optimizationも重要である。タンパク質を構成する各アミノ酸は三つの核酸の配列によってコードされるが(コドン)，通常は一つのアミノ酸に対応するコドンは複数ある。したがって，あるタンパク質を発現するために,その天然の遺伝子配列ではなく,同じアミノ酸をコードする他のコドンを用いても，同じタンパク質を発現させることができる. 外部から遺伝子を導入してタンパク質発現させる場合，天然型配列より異なった配列を用いた方が効率の高まることがあり，細胞内タンパク質翻訳メカニズムの重要な研究手法ともなっている”.このことを利用して，外部から投与するDNAやmRNAの配列を最適化する技術codon optimization が， 1990年代後半から2000年代にかけて活発に研究された。現在では商業ベースでのサービスとして広く用いられる手法となっており，翻訳効率を高めるためだけでなく，特殊な制限酵素を使用してベクター設計する際にも有用である.これらの技術はmRNA投与後のタンパク質発現を高める方法として，生体内投与だけでなく，培養細胞に対するin vitro transfectionにおいても有用な技術である．現在,分子生物学研究や幹細胞研究などにおいて, mRNA transfectionが広く用いられる手法となっていることにも，これらのmRNA作成技術の向上は寄与している.一方mRNAの生体内投与に向けて重要なもう一つのポイントは， mRNAの免疫原性の制御である。 mRNAは自然免疫機構を介した強い免疫原性を持ち，薬物として使用する際にはその制御が不可欠である.メチル化核酸,シュードウリジンなど修飾核酸に関する基礎研究から， mRNAに修飾核酸が含まれると免疫原性が減少することが明らかとなり、 2000年代に入って、 mRNA投与後の炎症反応を軽減させるためのmRNA修飾プロトコールが多く報告された²￼.  mRNA医薬開発の歴史的な観点からは, これらの技術を特許基盤としたベンチャー企業が欧米で多く設立され,現在のmRNA医薬開発の主要なplayerとなっていることが重要な点であろう.ただ,これらベンチャー企業で用いられる修飾プロトコールの詳細は現在非開示のものが多く，その最適な条件を学術的に検討することは難しい。また自験例だが，論文等で報告される種々の修飾mRNAの翻訳効率，免疫原性をスクリーニングすると, mRNAの核酸配列，標的細胞，そして投与法によっても,最適な修飾プロトコールは異なる結果となり，その最適化は難しいのが現状である10 .
3.  mRNA医薬開発の現状
mRNA医薬はmRNAという物質自体が薬理効果を持つわけでなく，細胞に取り込まれたmRNAからタンパク質が翻訳され、そのタンパク質が種々の治療効果を発揮するという細胞内遺伝子発現のメカニズムを介した作用機序なので，広義の遺伝子治療の範疇に分類される。一方，従来のウイルスベクターやDNAを用いた遵伝子治療と異なり， Table 1に示すような特長がある．特にゲノムへ取り込まれないことが安全性の観点で重要であり，比較的重篤な疾患に適応が限られた従来の遺伝子治療と異なり, mRNA医薬は非遺伝性の疾患，加齢変性疾患，外傷など,幅広い疾患領域・病態への適応の可能性が考えられる.また，mRNAからのタンパク質翻訳という細胞本来の生理的機構を介して薬理効果を得るという点からは，むしろ生体にとって異物である一般的な低分子薬剤より, mRNAは生体に優しい治療薬であるとさえいえる. もちろんその治療効果は発現するタンパク質によってもたらされるもので，その医薬品としての性能は対象疾患，標的組織。そして投与遺伝子によって個別の議論となる．現状ではまだmRNA医薬として承認に至ったものはなく, mRNA医薬全体を俯瞰するには時期尚早だが， mRNAワクチンを中心に欧米ベンチャー企業で進められている研究開発を中心に，その現状や方向性を概説する.
3.1  mRNAの改変・最適化
これまで述べたように，mRNAの性能向上，精製技術の改良がmRNA医薬実用化に向けて大きな推進力となってきたが，今後もタンパク質発現効率の向上・持統化は重要な検討課題である．更に本項目は特許戦略として重要であり,天然の核酸分子のままでは物質特許は取れないので,
医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス  Vol. 50  No. 5 (2019) mRNAの改変が有力な戦略となる.  Fig. 2はそのmRNA構造の改変・最適化に関わる研究項目の例であるが11 , これ以外にも今後多くの研究課題が考案・実施されるものと想定される.ただし、現状の臨床試験等で主に用いられているmRNA改変は，本来生体内にも見られるvariationの範時での改変が主のようである。レギュレーションの観点からは，全くヒトmRNAには存在しないタイプの核酸を用いることは，安全性評価のハードルが高くなることは避けられない。一方、非翻訳領域(5’UTR, 3’UTR)の改変や, PolyA鎖長の制御など,核酸配列を変化させる改変は,薬物として新しい物質を用いているわけではなく，むしろ自在に配列を変えることが可能であるという核酸医薬の特徴を活かした研究開発として，比較的高い自由度で認められる可能性が高い.
3.2  DDS
mRNAは通常そのままで体内への投与に用いることはできず、DDS及び投与法の工夫が必要である。 Table 2に示すように,現状では脂質ナノ粒子(LNP)及びポリマー粒子が主に用いられているが，まだmRNA送達に最適な決定打のようなものは出ていない。逆説的だが、mRNAワクチン開発が先行した背景として，特に皮下投与などに際しては，高性能のDDSが必要ないからという理由は間違いなくある。多くのLNPはその詳細な構造が非開示で,第三者がその性能を客観的に評価することは難しいが，血中投与で全身に広くタンパク質発現を可能とするシステムも報告されている. ただLNPは一般的に炎症反応を惹起しやすく，標的疾患や対象臓器によっては使用が難しい。一方、ポリマー粒子は数十ナノメートル以下への粒径制御により局所での組織浸透性に優れ， mRNAの免疫原性を抑制する機能にも優れる.おそらく,適応によって最適なDDSがその都度選択されるとの状況が，今後しばらく統くと想定される.
3.3 対象疾患
現在mRNA医薬実用化に向けて最も開発が進んでいるのは，mRNAワクチンとしての応用である．感染症ワクチン及びがんワクチンが２大適応で，いずれもmRNAからのタンパク質発現によって抗原提示を行うという点では共通し，核酸配列を変えることによってどのような抗原タンパクに対しても対応可能であることがポイントとなる.
3.3.1   感染症mRNAワクチン
感染症子防に用いる従来のワクチンは，病原性をなくしているとはいえ細菌やウイルスなどが元になるので，健常人に対する投与においても一定のリスクが避けられないが， mRNAではこれらł原体を用いないので安全性に優れる。また、核酸配列を変えるだけで，どのような抗原タンパクに対しても対応可能である。例えば，新型インフルエンザ,ジカ熱などの新興(再興)感染症が最近問題となっているが、これらの感染拡大を防止するためのワクチン設計，大量製造を迅速に行うことは，従来のワクチンでは容易ではない.一方, mRNAでは新しいウイルス型の確定,ゲノム配列の確認ができれば，ワクチン設計は比較的容易で，製造についても今後mRNA製造の技術進展，スケールメリットが働くことによって，大きくコストダウンは期待される.現在Moderna (アメリカ)、BioNTech、CureVac (ドイPharmaceutical and Medical Device Regulatory Science   Vol. 50 No. 5  (2019) 245 No reproduction or translation of articles in this journal without permission. Moreover, copy or reproduction without permission is prohibited except for exception under copyright laws.
mRNAのin vivo投与で疾患外傷モデル動物に対する治療効果が確認されている文献を収集した．投与タンパク質として分泌型タンパク質，シグナル因子など細胞内タンパク質に大別した.ツ)などの欧米ベンチャー企業,メガファーマではGSKが開発の中心となっており，対象の疾患としてエイズ，インフルエンザ，ジカ熱などが挙がっている(Table 3)。多くは従来のワクチンと同様に皮内投与で，DDSを用いないmRNA単独の投与もあるようである．一方ほとんどのケースでは，mRNAのみでは免疫賦活化作用が十分でなく、アジュバントの併用となっている。mRNA分子を部分的に二本鎖構造として，抗原提示能と免疫賦活化作用を併せ持つmRNA開発も，まだ基礎段階であるが研究が進められている121従来のワクチンと比較して，mRNAやDNAをワクチンとして用いる最大のポイントの一つは，液性免疫だけでなく細胞性免疫も誘導可能となることである．がん細胞に特異的ながん抗原に対して，細胞性免疫を誘導するためのがんワクチン療法のアイディアは1990年代に広まり，ペプチドワクチン，樹状細胞ワクチンなど臨床試験も行われるが，まだ一般的ではない．一方mRNAは配列を自由に変えることができるので，患者ごとに異なるがん抗原に対応した個別化がんワクチン治療が可能となる.この分野で先頭に立つのはBioNTechで，2017年にメラノーマ患者に対するneo-antigen mRNAワクチンの治療効果を報告し,世界中から注目された13 . その後腎がん,肺がんなどを含む固形がんでのneo-antigen mRNAワクチンの臨床試験がBioNTech，CureVac，Moderna等によって進められ，一部は既にフェーズIIまで進んでいる.がんmRNAワクチンはPD- (L) 1阻害剤など免疫チェックポイント阻苦剤との併用で，がん免疫治療の効果を高めることが基礎試験で検証されており，BioNTechはGenentechとPD-L1抗体の併用臨床試験を進めており,更にCureVac,  Modernaも各々Eli Lilly,  Merckと同様な併用試験を進めている。今後，これらの併用でのPOCが取得された場合には，regulatory agencyが個別化ワクチン療法のplatformを薬剤承認の対象とするかが大きな246医薬品医療機器レギュラトリーサイエンス    Vol. 50  No. 5  (2019)
mRNA医薬を一般的な治療を目的として用いる場合,その作用機序からは，mRNAにコードして投与する遺伝子として，成長因子や酵素などの分泌型タンパク，又は標的となった細胞内又は細胞膜上で発現するシグナル因子・膜タンパクなどの２種に大別して考えることが妥当であろう(Table 2).前者は標的細胞から局所あるいは全身にタンパク質が分泌されるので，リコンビナントタンパクの投与による治療がベンチマークとなる。この分野では，アストラゼネカ社が行う心虚血疾患に対するVEGF mRNAの応用が世界をリードしており，現在フェーズIIである14.15 . VEGFなどの成長因子は，overdoseによる組織の異常が起きやすく，mRNAを用いることによって，正常な血管再生を促進するVEGFの局所濃度環境が得られると説明されている．また，つい先日同社からII型糖尿病患者に対するVEGF mRNA皮下投与の安全性試験も報告され、局所での血流改善効果、明らかな有害事象のなかったことが示されている16 ).その他は基礎研究段階であるが，近年モデル動物を用いた成果が多く報告され始めており，再生医療領域への応用は活発である。成長因子の徐放による組織再生の試みに加え，特に自験例ながら，軟骨，椎間板といった自力での再生能のない組織に対する治療用転写因子mRNAの応用は,他の薬物ではできない全く新しい病態修飾療法として注目される17.18 。脳神経系も重要な標的組織で，神経細胞を代表とする非分裂の成熟細胞にも導入可能なmRNAの特長を生かして，自験例を含めて種々の試みが行われている19-23 .一方，遺伝性稀少疾患に対する酵素補充療法は当然重要な標的で，ベンチャー企業等の公開情報では研究開発対象として多く掲げられるが、現状では論文レベルでの報告例は少ない24)一般の疾患に対する治療用mRNAは，対象疾患や標的組織によってその戦略は大きく異なる。投与する遺伝子の選択に加えて，mRNAの作用を時間的，空間的に制御するDDSが重要な役割を果たすことも特徴である。また,低分子薬剤開発で行われるスクリーニングプロセスを経ず，病態に関わるシグナルなどの分子生物学的知見が，直接mRNAを用いて投与する候補因子となりうるという,創薬プロセスのパラダイムシフトをもたらすことも期待される.これまで述べたように，mRNA医薬は新しい医薬品カテゴリーとして今後大いに発展が期待される。一方、研究開発は産学ともにアメリカ,ドイツが中心で,日本は少々立ち後れているというのが実情である．日本の強みとしては，2014年に施行された医薬品医療機器等法に含まれる再生医療等製品(遺伝子治療用製品)の枠組みでの実用化が展望される点があり，新しい医療マーケットの創出に向けた法規制面の整備は進んでいる。 mRNA医薬の適応は広範と想定されるので，mRNAの特徴を生かして十分な治療効果の期待できる対象疾患・治療遺伝子・DDSの選択肢を豊富に持ち，実用化に向けては欧米の動向も睨みながら、競争力のある医療分野に重点的に投資していく姿勢Pharmaceutical and Medical Device Regulatory Science   Vol. 50  No. 5  (2019) 247 Wolff, J.A.; Malone, R.W.; Williams, P.; Chong, W.; Acsadi, G.; 1) Jani, A.; Felgner, P.L. 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