執筆者： エリザベス・フィゲロア博士（Ph.D.）、DHCシニアコンサルタント
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要旨
生体内（in vivo） 遺伝子治療は、これまで治療法がほとんど、あるいは全く存在しなかった疾患において驚異的な成果を上げてきました。しかし、その治癒の可能性にもかかわらず、遺伝子治療の分野は広く普及しておらず、効果的な商業化にも至っていません。生体内（in vivo）遺伝子治療が直面している課題とは何か、そして非ウイルスベクターはそれらのギャップを埋めることができるのでしょうか。 in vivo 遺伝子治療が直面している課題とは何か、そして非ウイルスベクターはそれらのギャップを埋めることができるのでしょうか。
本ホワイトペーパーでは、製品ライフサイクルの各段階において、現在広く普及している生体内（in vivo）ウイルス技術の代表であるアデノ随伴ウイルス（AAV）ベクターと、新興の非ウイルス技術の代表である脂質ナノ粒子（LNP）非ウイルスベクターを比較することで、これらの疑問を検証します。非ウイルスベクターの登場は、 in vivo 遺伝子治療をより広く商業化し、その影響力を世界的に拡大する好機となります。LNPは、生体内（in vivo）での遺伝子導入およびゲノム編集アプローチにおいて、初めて商業的に承認される非ウイルスベクターとなる見込みです。LNPはAAVと比較して前臨床開発のハードルが高い可能性がありますが、臨床開発および商業化のプロセスはより効率的になると予想されており、治療可能な臨床適応症の範囲を拡大することが期待されています。 in vivo 遺伝子治療をより広く商業化し、その影響力を世界的に拡大する好機となります。LNPは、生体内（in vivo）での遺伝子導入およびゲノム編集アプローチにおいて、初めて商業的に承認される非ウイルスベクターとなる見込みです。LNPはAAVと比較して前臨床開発のハードルが高い可能性がありますが、臨床開発および商業化のプロセスはより効率的になると予想されており、治療可能な臨床適応症の範囲を拡大することが期待されています。 in vivo 遺伝子導入およびゲノム編集アプローチにおいて、初めて商業的に承認される非ウイルスベクターとなる見込みです。LNPはAAVと比較して前臨床開発のハードルが高い可能性がありますが、臨床開発および商業化のプロセスはより効率的になると予想されており、治療可能な臨床適応症の範囲を拡大することが期待されています。 生体内（in vivo） 遺伝子治療
はじめに
遺伝性疾患は、点変異、欠失、重複といった病原性遺伝子変異によって引き起こされます。 生体内（in vivo） 遺伝子治療は、疾患の根本的な遺伝的原因に対処することを目的とした、新しいクラスの先進的医薬品です。これらの治療法では、治療用タンパク質を産生するための導入遺伝子、遺伝子サイレンシングのためのオリゴヌクレオチド、あるいはゲノムを恒久的に改変するためのゲノム編集ツールを体内に届けます。導入遺伝子送達アプローチは、治療用タンパク質や野生型タンパク質の産生量を増加させたり、新たな機能獲得（GOF）をもたらしたりすることが可能です。ゲノム編集アプローチでは、ゲノム上の特定の部位で遺伝子のノックアウトやノックインを行い、恒久的な遺伝子サイレンシング（インデルを介した遺伝子ノックアウトなど）、遺伝子修正（塩基編集など）、あるいは機能獲得（新しい遺伝子産生のための標的遺伝子挿入など）を実現します。
[Unbridled Excellenceの専門家ウェビナー第10回をご覧ください （フィゲロア博士およびフエンテス博士による本トピックの詳細解説）]
アデノ随伴ウイルス（AAV）を用いた 生体内（in vivo） 遺伝子治療は、一過性の遺伝子導入を目的としており、現在の米国の細胞・遺伝子治療（CGT）市場において主流となっています。10年以上にわたる規制当局の承認実績があるにもかかわらず、患者1人あたり最大350万ドルという極めて高額な費用が、これらの治療へのアクセスを制限しています。売上原価（COGS）が高騰する主な要因には、生物由来の原材料、流通におけるコールドチェーンの維持、そして複雑な製造プロセスや分析工程が挙げられます。
遺伝子標的の特定やゲノム編集ツールの開発といった科学的進歩の治療的ポテンシャルを最大限に引き出すには、費用対効果が高く、効率的で安全な送達ベクターを活用することが不可欠です。導入遺伝子の送達には従来AAVのようなウイルスベクターが利用されてきましたが、ゲノム編集技術の登場により、より大きな積載容量や複数のペイロードの送達が必要となり、ウイルスベクターでは対応が困難なケースが出てきました。LNPのような非ウイルスベクターは、大きな積載容量、低い免疫原性、そして低い売上原価（COGS）という利点から注目を集めています。一部の研究グループでは、DNAテンプレートとゲノム編集ツールをそれぞれ送達するために、同一の医薬品中でAAVとLNPのアプローチを組み合わせる手法も採用されています。
AAVベクターとLNPベクターは、製品開発ライフサイクル全体を通じてそれぞれ大きく異なる課題に直面しており、それが商用化の可能性を左右します。これらの課題は、前臨床開発、臨床開発、そして商用化という各フェーズの観点から検討することができます。
表1～3は、AAVウイルスベクターおよびLNP非ウイルスベクターを用いた in vivo 遺伝子治療における利点と課題をまとめたものです。この評価から得られる最も重要な結論は、万能なベクターソリューションは存在しないということです。LNPは前臨床開発において大きなハードルに直面する可能性がありますが、製品開発ライフサイクルの後期段階では、初期段階の課題をはるかに上回る利点を発揮すると期待されています。最終的に、LNPは低い売上原価、向上した安全性、製造の容易さにより、ウイルスベクター市場のシェアの一部を獲得し得る競争力を高めています。
前臨床開発
前臨床開発を詳しく見ると、LNPはその汎用性と制限のない積載容量から魅力的です。一方、 in vivo 遺伝子治療のゴールドスタンダードであるAAVは5kb弱のDNAしか送達できませんが、LNPはmRNA、DNA、siRNA、タンパク質など、さまざまな積載物を組み合わせた形でも封入可能であり、積載容量に制限がありません。さらに、LNPの一過性の発現プロファイルは、一部の導入遺伝子送達用途では望ましくない場合もありますが、ゲノム編集の安全性という観点からは利点とみなされています。このため、LNPは、ゲノムの標的を絞った安全かつ精密な編集を実現するために、より大きな積載物を必要とするゲノム編集用途（プライムエディターやジーンライターなど）により適している可能性があります。
しかし、LNPベクターの初期製剤開発では、モデルや構造と機能の相関関係が不明確であることが頻繁に課題となります。さらに、mRNA-LNPの製剤開発は積載物や標的に依存するため、重要な品質特性（CQA）を最適化するには、脂質とmRNAのさまざまな比率をスクリーニングする必要があります。市販のLNP製剤であっても、広範な開発と最適化が不可欠です。多くの場合、候補となるLNP製剤を迅速に特定するために、マイクロ流体技術、ベンチトッププロセス、あるいは最近ではバーコーディング手法を用いたハイスループットアプローチが活用されています。その後、複数の候補製剤をさまざまな非臨床疾患モデルでスクリーニングし、生体内分布と安全性を評価する必要があります。LNP製剤に新規脂質を使用する場合は、その新規添加剤の安全性プロファイルを明らかにするための追加の安全性試験が求められます。加えて、一部の非臨床モデルにおける生体内分布は、ヒトにおける生体内分布を予測できない場合があります。
LNPのサプライチェーンも複雑であり、非汎用的な試薬の使用や、一筋縄ではいかない製造プロセス開発がその要因となっています。GMPグレードの脂質合成では、前駆体試薬の入手可能性、大量の溶媒や熱の使用、プロセス残留物などの影響により、異なる合成経路が必要になる場合があります。さらに、精製は困難を伴うことがあり、生分解性が製造収率に影響を与える可能性もあります。しかし明るい面として、LNPの製造は他のCGT（細胞・遺伝子治療）製造プロセスと比較して比較的単純です。LNPは通常、有機溶媒中の脂質と水溶媒中の核酸またはタンパク質の積載物を自己組織化させ、その後に精製、濃縮、ろ過を行うことで製造されます。対照的に、AAVの製造では、AAVを産生するためにトランスフェクションされた細胞株を用いた上流工程が必要であり、その後、細胞溶解、そして精製、濃縮、製剤化、充填仕上げを含む下流工程が必要となります。AAV製造に必要なプロセス変動と管理の量は、生物学的プロセス残留物や安全性の懸念から、LNP製造よりもはるかに広範であり、その結果、より多くのプロセス上の課題と高い売上原価が生じています。
臨床開発
臨床的な観点からは、安全性と標的化が重要なトピックです。おそらく、LNPの臨床導入を制限する最も重大な課題は、 in vivo 遺伝子治療は、全身投与による生体内分布の改善が課題です。LNP（脂質ナノ粒子）は本来の指向性を持たず、血清タンパク質との非特異的な相互作用を受けやすいため、網内系に取り込まれやすい性質があります。これらの要因が重なり、肝臓に優先的に蓄積してしまうため、結果として臨床における in vivo 遺伝子治療のLNP応用は、これまで肝臓、肺、血液を標的とするものに限られてきました。しかし、 in vivo 非ウイルス性遺伝子治療の臨床前開発では、その対象が眼、肺、中枢神経系、固形腫瘍、心血管系へと拡大しています。これは多くの場合、組織特異的な抗原を標的とする抗体やペプチド、その他のリガンドをLNPに結合させることや、新しい脂質化学の革新によって実現されています。それでもなお、 in vivo での他臓器への標的送達を実現するには、生体バリアを越える輸送を強化するためのLNP設計の革新が必要不可欠です。
しかし、LNPはウイルスベクターと比較して優れた安全性プロファイルを有しています。持続的な発現や挿入変異誘発の可能性を評価する必要がなく、既存の中和抗体に関する懸念もありません。また、LNPは再投与が可能であるため、臨床的な安全性の観点から魅力的であり、開発コストや複雑さの面でも有利に働きます。
商業化フェーズ
商業化の観点から広範な普及の可能性を検討すると、コールドチェーンの保管と流通の面でLNPはAAVを上回ります。AAV医薬品の大部分は-60℃での保管が必要ですが、LNPは凍結乾燥に成功しており、コールドチェーン供給の負担を大幅に軽減できる可能性があります。より高い温度での保管が可能になれば、欧米の主要な都市部以外の医療機関でも利用できるようになり、真の意味でのグローバルな患者アクセスと医療公平性の向上が期待できます。これは、 in vivo 遺伝子治療、特に希少疾患への適用における臨床的インパクトを深めるだけでなく、対象となる患者集団を拡大させ、開発者がより有利な投資収益率（ROI）と製造の規模の経済を実現することにもつながります。
LNPの知的財産（IP）環境は複雑であり、mRNA、脂質、LNP製剤がいずれも特許の対象となりやすいため、開発者にとって参入障壁となる可能性があります。しかしその一方で、独自の製剤を開発することは、開発者が新たな知的財産を生み出す機会でもあり、それを用いて共同研究やライセンス契約を結び、新たな収益源を確保することも可能です。あるいは、社内に製剤開発の専門家がいない場合、特許取得済みの製剤をライセンス供与することで開発期間を短縮するという選択肢もあります。
規制の観点からは、LNP製剤における脂質を有効成分、添加剤、あるいは医薬品成分のいずれとして位置づけるかについて、不透明な部分があります。脂質を積荷を安定させるための不活性成分とみなし、新規添加剤として分類するのが適切だと考える向きがある一方で、脂質はLNP製剤の機能に不可欠であり、有効成分または医薬品成分として分類すべきだと考える専門家もいます。これらの非汎用試薬に対して求められる管理や試験の程度に影響を与えるため、今後の規制当局の動向を注視する必要があります。
結論
ウイルスおよび非ウイルスを用いた in vivo 遺伝子治療は、プロセス開発、サプライチェーン、安全性、製造、COGS（売上原価）など、製品開発において特有の課題に直面しています。非ウイルスプラットフォームは、ウイルスベクタープラットフォームと比較して安全性に優れ、製造コストも抑えられますが、ウイルスベクターは組織指向性と送達効率の面で利点があります。AAVは in vivo 遺伝子治療ベクターのゴールドスタンダードですが、LNPは初の商用承認された非ウイルス性 in vivo 遺伝子治療ベクターとなる見込みです。AAVは積載容量が小さいため、より大きなカーゴの送達が難しく、プライムエディターや全遺伝子挿入といった最先端の遺伝子治療アプローチにおいては、その優位性が揺らぐ可能性があります。LNP製品開発特有の前臨床段階のハードルは、肝臓以外の標的を対象とした他のLNP製品が承認されるにつれて低減し、肝臓以外への優先的な取り込みが可能であるという臨床的な概念実証が確立されると予想されます。 in vivo 遺伝子治療が広く普及し、商業的に成功するかどうかは、安全で費用対効果が高く、有効な医薬品を市場に投入できるかどうかにかかっています。現在の課題はあるものの、LNPはAAVよりも効果的にこの要件を満たす態勢が整っています。
* 本稿における定義：
非臨床開発とは、関連する in vitro および in vivo モデルシステム。一方、前臨床開発とは、非臨床開発や製造プロセス開発を含む、臨床用製造に至るまでのすべての開発活動と定義されます。
ベータレビューにご協力いただいた皆様に感謝いたします： Brent Morse, M.S.、 Christina Fuentes, Ph.D.、および Anne Lamontagne, M.S.
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