はじめに
バイオ医薬品のCMC資料を読んでいると、USPという略語が頻繁に出てきます。
ここでいうUSPは、多くの場合、Upstream Process、すなわち上流工程を意味します。
ただし、医薬品業界ではUSPという略語が別の意味で使われることもあります。代表例が**United States Pharmacopeia（米国薬局方）**です。そのため、CMC文書や技術移管資料では、文脈を見て「Upstream Process」なのか「米国薬局方」なのかを判断する必要があります。
本記事では、バイオ医薬品のCMCで使われるUSP＝Upstream Processについて、DSP、Drug Substance、工程開発、製造管理との関係も含めて整理します。
USPとは：Upstream Processの意味
バイオ医薬品製造における**Upstream Process（USP）**とは、一般に、目的タンパク質や抗体などを産生するために、細胞や微生物を培養し、目的物を含む培養液または収穫液を得るまでの工程を指します。
典型的には、以下のような工程がUSPに含まれます。
| 区分 | 主な内容 |
|---|---|
| 細胞株・種細胞 | セルバンク、WCBの解凍、種培養 |
| 培地・フィード | 培地調製、フィード戦略、栄養制御 |
| 培養 | フラスコ、シードバイオリアクター、本培養バイオリアクター |
| 工程制御 | 温度、pH、DO、攪拌、通気、圧力、培養時間 |
| 収穫 | 細胞培養液の回収、ハーベスト、場合により清澄化前後の扱い |
EMAのバイオテクノロジー由来有効成分のプロセスバリデーションガイドラインでは、上流工程のバリデーションは、たとえばWCBの解凍から、定められた培養終了基準に基づく最終ハーベストの回収までの細胞培養ステップを対象にする、という趣旨で説明されています。
USPとDSPの違い
バイオ医薬品製造では、USPと対になる用語としてDSPがよく使われます。
DSPはDownstream Process、すなわち下流工程です。
簡単に言うと、USPは「作る工程」、DSPは「取り出して精製する工程」です。
| 用語 | 英語 | 日本語のイメージ | 主な目的 |
|---|---|---|---|
| USP | Upstream Process | 上流工程 | 細胞を増やし、目的物を産生させる |
| DSP | Downstream Process | 下流工程 | 目的物を回収・精製・濃縮する |
たとえば抗体医薬品では、USPでCHO細胞などを培養して抗体を産生させ、DSPでProtein Aクロマトグラフィー、ウイルス不活化、イオン交換、UF/DF、ウイルス除去ろ過などを組み合わせて原薬を得ます。
つまり、USPとDSPは別々の工程名ではありますが、製品品質の観点では密接に連動しています。USPで得られるハーベストの品質、宿主細胞由来タンパク質、宿主細胞DNA、細胞破砕物、培地成分、凝集体傾向などは、DSPの負荷や精製設計に大きく影響します。
CMCでUSPが重要になる理由
CMCでは、製品の品質を一貫して確保できる製造方法であることを示す必要があります。
USPは単なる培養操作ではなく、製品品質を作り込む工程です。
特にバイオ医薬品では、低分子医薬品のように化学反応だけで目的物を作るのではなく、生きた細胞や微生物を利用します。そのため、培養条件のわずかな違いが、目的タンパク質の量だけでなく、糖鎖、電荷バリアント、凝集体、切断体、不純物プロファイルなどに影響する可能性があります。
CMCでUSPが重視される理由は、主に以下です。
| 観点 | USPで重要になる理由 |
|---|---|
| 収量 | 細胞増殖、発現量、培養期間により生産性が変わる |
| 品質特性 | 糖鎖、電荷バリアント、凝集体などに影響し得る |
| 不純物 | HCP、HCDNA、培地由来成分、細胞破砕物が変動する |
| 安全性 | 外来性ウイルス、微生物汚染、細胞基材管理が重要 |
| スケールアップ | 小スケールの結果が商用スケールで再現できるかが課題 |
| バリデーション | 工程が意図した通りに再現性よく機能することが求められる |
ICH Q5A(R2)は、ヒトまたは動物細胞株由来のバイオテクノロジー応用医薬品等について、ウイルス安全性の評価、試験、ウイルスクリアランスの考え方を扱うガイドラインです。USPでは細胞基材、培地、原材料、培養工程そのものがウイルス安全性評価と関係します。
USPに含まれる代表的な工程
USPは製品や製造方式によって異なりますが、抗体医薬品や組換えタンパク質では、一般に次のような流れになります。
1. セルバンクの解凍
製造は、多くの場合、Working Cell Bank、すなわちWCBの解凍から始まります。
WCBは、製造に使用する細胞の出発点です。WCBの管理状態、解凍条件、初期生存率、増殖性は、その後の培養工程全体に影響します。
2. 種培養・シードトレイン
解凍した細胞を段階的に増やし、最終的に本培養バイオリアクターへ接種できる量まで拡大します。
この段階では、細胞密度、生存率、倍加時間、培地交換、継代数、培養期間などが重要です。