シングルユースの台頭 シングルユースシステムは大きく進化しています。

Avantor社の新製品開発部門ディレクターのTimothy Korwan氏とゼネラルマネージャーのSean DeFusco氏が、バイオファーマがこれまでに経験したシングルユース技術について説明し、新薬の製造にシングルユースが選ばれるようになった理由を考察します。

シングルユースの初期に戻って...

Korwan氏：90年代後半、私はバイオテック企業で働き始めました。そこではステンレススチールに大きく依存していましたが、すぐに効果が見られるシングルユース技術を徐々に導入していきました。洗浄工程を省くことですぐに効果が現れ、一部のアプリケーションではターンアラウンドが早くなりました。次第に、シンプルな2D/3Dバッグや保持容器、非滅菌アプリケーション用バッファにもシングルユースを採用するようになりました。
DeFusco氏：業界では常に使い捨て製品を使用してきましたが、以前はそれをディスポーザブル製品と呼んでいました。例えば、フィルターは再利用可能な金属製のハウジングに収まっていますが、フィルター自体は1回使用したら捨てられます。また、チューブなども使い捨てになりがちでした。シングルユースの意味を持つようになったのは、これらの部品を組み合わせてより高度なシステムを構築するようになってからです。早くから、すぐに使えるシステムをステンレス製の環境に組み込むことが求められていましたが、そのためにはステンレスと嵌合する装置が必要でした。そこで、ステンレス製のシステムにシングルユース技術を導入するクロスオーバーが始まったのです。コネクターが開発されるやいなや、シングルユースの真のメリットが発揮され、プロセスの効率化とコスト削減が図られました。

シングルユースが本格的に普及し始めたのはいつ頃ですか？

DeFusco氏：ひとつの決定的な出来事は、2000年代初頭に無菌ディスポーザブルサンプリングシステムが導入されたことです。これにより、ステンレス製バイオリアクターからのサンプリング方法が根本的に変わりました。それまでは、サンプルを採取するために、すべての金属部品やガラス瓶を蒸気殺菌する必要があり、しばしば悪い結果が出ていました。誤検知が多く、気付いた時には手遅れになることもありました。密閉式の使い捨てサンプリングシステムが登場したことで、従来の方法でサンプリングを行う人はいなくなりました。新しい金属製のバイオリアクターの設計により、蒸気漏れがなくなり、これまで方法で運転する必要さえないプラントも建設されました。もう偽陽性はなく、正確な結果が得られるようになりました。シングルユースの可能性が浮き彫りになったことで、製薬会社はシングルユースによる他のプロセス改善方法を想像し始めたのだと思います。Korwan氏：もう一つの大きな出来事は、トラベリングウェーブ型シングルユースバイオリアクターの登場です。これは、ステンレス製では簡単にスケールアップできないものでした。バイオリアクター内の酸素透過率を適正にするためにバッグを揺らすことができ、非常に良好な細胞増殖が得られました。ウェーブ型バイオリアクターと使い捨てサンプリングシステムは、バイオマニュファクチャリングの方法を根本的に変え、人々に、ステンレスを使わない、異なるやり方を考えることを促しました。シングルユースは、バイオリアクターの構築・運用方法、サンプリング方法、生産規模の拡大方法に革命をもたらしました。シングルユースの初期導入者たちは、単に「一度しか使わない」というコンセプトを広めただけでなく、バイオファーマのワークフローを根底から変えたのです。そして、最初のシングルユースの商用スケールのバイオリアクターが誕生すると、大きく前進しました。

当初はどのような懸念がありましたか？

Korwan氏：当初は、コスト、バリデーションの複雑さ、規制上の信頼性、特に抽出物や浸出物の可能性について懸念がありました。また、シングルユースが医薬品の品質に悪影響を与えるのではないかという疑問もありました。また、初期の信頼性の問題やリークに関する疑問もありましたが、一番の問題は信頼性でした。つまり、非常に貴重な医薬品をプラスチックの袋に任せられるのかということです。初期の段階では、多くの人がシングルユースをプロセス開発に応用できる面白いコンセプトだと考えていましたが、商業生産におけるこの技術の将来性を想定していなかったと思います。しかし今日、バイオファーマ業界ではシングルユースが広く普及しています。現在では、商業的な医薬品製造のために、シングルユースが迅速にスケールアップできることが認められています。初期の段階では、シングルユースは製品開発の初期段階における独自のアプリケーションに限られていましたが、今ではすべてのスケールとワークフローにおいてシームレスになっています。完全にシングルユースの施設が可能になりました。
DeFusco氏：バイオファーマの世界では、新しい技術を早期に導入しても、すぐには競合他社に対するアドバンテージにならないことが多く、人々は「様子見」をする傾向があります。今日、人々はシングルユースにより慣れてきていますが、これは主に大手製薬会社による注目を集めたテクノロジーの導入事例の存在したからです。マサチューセッツ州レキシントンにある武田薬品の施設は、洗浄システムを持たない最初の商業規模の工場の一つでした。最初から最後までシングルユースで、オーファン・ドラッグの製造には最適でした。Shireは、競合他社の厳しい目にさらされながらも、飛躍的な進歩を遂げました。この会社の成功は、他の会社の基準となった。その後、この工場では多くの医薬品が製造され、シングルユースはもはや理論的なものではなく、医薬品製造の現実的な方法であることが証明された。

シングルユースの最大のメリットは何だと思われますか？

Korwan氏：ひとつは洗浄です。ステンレス製のシステムでは、洗浄のために分解しなければならないことが多く、面倒で時間のかかる作業になります。シングルユースの場合は洗浄が不要なので、連続して生産することができます。つまり、シングルユースの工場は、従来のステンレス製の設備よりも年間で多くのバッチを生産することができるのです。洗浄が不要なことは、水やエネルギーの消費量を削減できるという環境面でのメリットもあります。一方で、ステンレスを支持する人たちは、使い捨てシステムの廃棄問題、特にリサイクルできないプラスチックの問題を指摘しています。バイオ医薬品の製造に使用される使い捨てシステムのリサイクル性を向上させることは、継続的な課題となっています。今日、シングルユース製品は、大部分の医薬品、特に新薬の製造に使用されています。その技術は必ずしもバイオリアクターにまで及ばないかもしれませんが、サンプリング、流体の移送、保管には明らかです。医薬品製造のさまざまな工程の間にある多くの流体や物質の移動の相互関係が意識されることはほとんどありませんが、施設が製造上の課題を解決するためにシングルユースに注目しているのはそこなのです。
DeFusco氏：洗浄の必要がないことは、シングルユースの良い点です。ステンレス製のシステムでは、洗浄が困難な場合があります。洗浄の必要性が減れば、結果的にコスト削減につながりますが、シングルユースの経済的な側面は、新しい施設を建設する際に最も重要になります。ステンレス製の設備は建設に何年もかかるため、投資が長期に渡って拘束されます。建設は早く始めなければなりませんが、工場が製造を開始したときにはすでに時代遅れになっているかもしれません。新車を買って、8年間ガレージに置いておくようなものです。もちろん新品であることに変わりはありませんが、非常に古くなってしまいます。また、第3フェーズ入り医薬品の多くが失敗するという事実もあります。特定の製品のために建設された施設が、使用される前に売却されたり、取り壊されたりするのは、非常にもったいないことです。シングルユースのプラントは立ち上げが早く、建設するかしないかの重要な判断を、薬の将来性がより確実になるまで遅らせることができます。施設を建設した後に状況が変わったとしても、シングルユースのシステムを簡単に変更することができます（一方、ステンレス製の施設全体に配管を変更するのははるかに困難です）。つまり、シングルユースは柔軟性が高いのです。

シングルユースを採用するかどうか迷っている企業にアドバイスをお願いします。

Korwan氏：シングルユースのアプリケーションの設計や仕様書を作成する際に、私がアドバイスするのは、アプリケーションに合わせた設計をすることです。多くのデザインが特定のベンダーのコンポーネントを指定しているのを見てきましたが、これはデザインの柔軟性を制限することになります。もちろん例外はありますが、アプリケーションと機能を最初に考えることはベストプラクティスであり、賢明な場合には容易に代替可能でセカンダリーな設計ができます。例えば、ベンダー名で仕様書を書くのではなく、用途に応じて材料を選択する。特定のベンダーの要求を仕様書に盛り込むと、そのベンダーや生産工程に問題があった場合、能力が制限されてしまいます。技術的に何を目指しているのかを考え、逆効果になるような仕様書の書き方は避けるようにしましょう。
DeFusco氏： シングルユースを採用することが第一の目標だと決めてしまうと、いくつかの失敗を見てきました。第一の目標は常に、すべてのバッチの医薬品を確実かつ予測可能に製造することです。シングルユースはその目標を達成するのに役立ちますが、シングルユースを導入することに集中しすぎるプロジェクトもあります。本当の目標を念頭に置けば、シングルユースのアプローチはうまく機能し、コストを削減することができます。しかし、最終的には自社のビジネスプランに合ったものを選ぶことになります。企業によっては、ステンレススチールにこだわりたい場合もあるでしょう。施設の立地条件や生産規模によって、どちらかの方向に進むことになるでしょう。例えば、水の供給が少ない乾燥した地域では、洗浄回数を減らすことがより大きな判断材料となります。