PREVER framework for specification of related substances based on in silico prediction and forced degradation studies

医薬品は静止した物体ではありません。食品が傷んだり金属が錆びたりするのと同様に、時間の経過とともに変化し得る化学的実体です。薬が分解されると、不純物や分解生成物と呼ばれる新しい物質が形成されることがあります。たとえ微量であっても、これらの新しい化学物質は、薬の効能を変化させたり、最悪の場合、服用に安全性を損なわせたりする可能性があります。新薬を開発する科学者にとっての課題は、その薬が患者の手に届く前に、これらの望ましくない副産物が正確にどのようなものであるかを予測することです。これは、薬が数ヶ月あるいは数年間にわたってどのように振る舞うかについての現実世界のデータがまだ十分に存在しない、開発の初期段階において特に困難なことです。この問題を解決するために、研究者たちは「セーフ・アンド・サステナブル・バイ・デザイン（設計段階からの安全かつ持続可能な設計）」と呼ばれる戦略にますます頼るようになっています。これは、コンピュータモデルと入念な試験を用いてリスクを予測し、最初から製品に安全性を組み込む手法です。

ブラジルのファルマギーニョススの研究チームは、この先見的なアプローチを、世界中の何百万人もの人々が苦しんでいる寄生虫疾患である住血吸虫症の治療に使用される一般的な薬剤に適用しました。対象となったのは、しばしば600ミリグラムの錠剤として販売されているプラジカンテルです。チームは、これらの錠剤にどのような不純物が現れるかを特定し、それらが許容される厳格な制限値を設定するための「PREVER」と呼ばれる新しい枠組みを開発しました。彼らの目標は、コンピュータによる予測と現実世界の実験を組み合わせた安全網を作り出し、製品の棚持ち期間を通じて薬が純粋かつ効果的であり続けることを保証することでした。

プロセスは、デジタル予測フェーズから始まりました。研究者たちはコンピュータソフトウェアを使用して、酸、熱、または光への曝露といった様々なストレス条件下で、プラジカンテルの分子がどのように分解するかをシミュレーションしました。これらのシミュレーションと既存の科学文献のレビューに基づき、彼らは理論的に形成される可能性のある6つの潜在的な不純物を特定しました。これらには、プラジクアナミンと呼ばれる物質、シクロヘキサンカルボン酸として知られる化合物、および特定の化学量を含むいくつかの他の分子が含まれていました。この段階では、これらはあくまで可能性に過ぎず、もし薬が分解された場合に存在するかもしれない理論上の化学的な幽霊のようなものでした。

これらの幽霊が実在するかどうかを確認するため、チームは実験室へと移り、再現フェーズへと進みました。彼らは実際のプラジカンテル錠剤を取り出し、通常の薬品棚での保管状態よりも早く薬を分解させるように設計された、極限のストレス条件下に置きました。彼らは錠剤を強酸、強塩基、および酸化剤に曝露させ、高温に加熱しました。高度な化学分析ツールを用いて、予測された不純物のうちどれが実際に現れるかを観察しました。実験の結果、予測された物質のうち3つ、すなわちプラジクアナミンと、チームがDP-1およびDP-2とラベル付けした2つの他の分解生成物が実際に形成されることが確認されました。チームはシクロヘキサンカルボン酸もプラジクアナミンと共に形成されると予想していましたが、実験では検出されませんでした。これは、おそらくその物質が彼らの特定の試験機器で検出されるために必要な化学構造を欠いているためと考えられます。

得られた実在の不純物リストを用いて、次に研究者たちはそれらが危険であるかどうかを判断しなければなりませんでした。動物実験を行う代わりに、時間はかかり、倫理的な懸ейも伴うため、彼らはコンピュータベースの毒性評価を用いました。イン・シリコ（in silico）試験として知られるこの手法は、新しい不純物の構造を、確立された安全性プロファイルを持つ既知の化学物質と比較するものです。コンピュータモデルは、これらの不純物のいずれもが遺伝子突然変異やその他の深刻な健康問題を引き起こす可能性は低いと予測しました。これらの安全性の計算に基づき、チームは各不純物に対する暫定的な安全限界を設定しました。例えば、プラジクアナミンは錠剤総重量の0.2パーセントを超えてはならず、DP-1は最大0.5パーセントまで許容されると決定しました。これらの数値は、製品が最終決定されるまでの間の暫定的な安全ガードレールとなりました。

最終段階であり、最も重要なステップは検証です。チームは、熱帯気候の高温多湿な条件を模した制御された環境下で、プラジカンテル錠剤を2年間保管しました。そして、予測および暫定的に制限された不純物が、通常の保管中に実際に現れるかどうかを定期的にテストしました。結果は驚くほどクリーンでした。24ヶ月後、彼らが監視していた5つの主要な不純物のうち、どれもが錠剤から検出されませんでした。薬は安定しており、予測された分解生成物は現実の保管条件下では形成されませんでした。

長期研究によって分解が見られなかったため、研究者たちは最終的な安全ルールを調整しました。個々の不純物に対して異なる制限値を設ける代わりに、単一の保守的なルールを確立しました。すなわち、単一の不純物の量、およびすべての不純物の合計量は、0.2パーセントを超えてはならないというルールです。この決定は、薬剤が想定されたワーストケースのシナリオよりも安定しているという事実に基づいたものでしたが、チームは依然として高い安全マージンを維持したいと考えました。この研究は、PREVERの枠組みが、コンピュータによる予測と実験的な証明を組み合わせることで、最終製品が安全で安定しており、この壊滅的な疾患と戦うために頼りにしている患者たちのために準備ができていることを保証し、製品開発を適切に導いたと結論付けました。