Development of Quantitative Assays to Evaluate the Safety of Cell Substrates and Vaccines
キース・ペデン（PhD）
ワクチン研究・審査室
ウイルス製品事業部
DNAウイルス研究室
バイオスケッチ
キース・ペデン博士は、英国エディンバラ大学動物学部のMRC哺乳類ゲノムユニットで博士号を取得した。その後、英国エディンバラ大学分子生物学科、ボルチモアのジョンズ・ホプキンス大学医学部分子生物学・遺伝学科でDan Nathansとともにポスドク研究を行う。ポスドク研修後、Peden博士はパスツール研究所で1年間（1988/89）、Luc MontagnierとともにHIVの研究に従事した。この研究では、HIV-1とHIV-2の感染性分子クローンを作成し、ウイルスのアクセサリー遺伝子に関する研究を開始した。その後、NIHで5年間、HIV-1とHIV-2の研究を続け、1994年にCBER/FDAに移籍した。
CBERでのペデン博士の研究は、まずHIVに焦点を当てたが、その後、ウイルス性疾患に対するワクチン製造のための腫瘍性細胞基質の使用に関する安全性の問題への取り組みに転じた。現在、FDAのCBERにあるOffice of Vaccines Research and ReviewのDivision of Viral ProductsのDNAウイルス研究室のチーフとして、ワクチン製造のための細胞基質に関する安全性の問題に引き続き取り組んでいる。最近では、ワクチンの有効性を評価するためのマイクロニュートラリゼーションアッセイの開発に取り組んでいる。この2つの研究分野の全体的な目的は、ウイルス性疾患に対する効果的なワクチンの導入を促進することである。
一般的な概要
ウイルスワクチンは、「細胞基質」と呼ばれる動物細胞で製造される。そのため、この細胞基質の特性がワクチンの品質に影響する。当部門では、ウイルスによる感染症に対するワクチンを規制しており、ウイルスワクチンの製造に使用される細胞基質の安全性を評価するための新しいツールの開発と、ワクチンの有効性を評価する方法の開発の両方を研究している。
ポリオ、インフルエンザ、麻疹、おたふくかぜ、風疹、水痘、天然痘、ロタウイルスなどのウイルス性疾患から国民を守るために、多くのワクチンがある。これらのワクチンは、サル、ニワトリ、ヒトの細胞基質で作られ、安全で効果的である。しかし、2つの理由から、すべてのワクチンを現在の細胞基質で製造できるわけではない：
1）ワクチンウイルスがこれらの細胞で増殖できない可能性がある、
2）ウイルスの収量が低すぎて製品が商業的に成り立たない可能性がある。
しかしながら、新興・再興感染症ウイルス（パンデミックインフルエンザウイルス、エボラウイルス、MERSコロナウイルス、ジカウイルス、ラッサウイルスなど）やHIV/エイズ対策には、新しいワクチンが必要であるため、新しい細胞基質が求められている。
限られた種類の細胞基質しか使用されない理由は、1950年代の科学者が、予防ワクチンの製造にヒト腫瘍から樹立した細胞株を使用すべきではないと結論付けたからだ。この決定の根拠は、細胞基質がヒト腫瘍に由来する場合、あるいは動物に腫瘍を形成することが実験的に示された場合（すなわち、その細胞が腫瘍形成性を有する場合）、その細胞から得られる成分が、その細胞で製造されたワクチンに含まれ、これらの成分がワクチンの受領者に癌やその他の疾患を誘発する可能性があるという懸念に基づいている。
しかし、一部のウイルスの増殖にはこの種の細胞の使用が必要であり、結果として、これらの細胞を使用して新しいワクチンを開発することは依然として関心事となっている。過去数十年の間に、研究者はがんがどのように発生するかについて多くを学んだ。この知識により、FDAはワクチン製造に腫瘍性細胞を使用する際の安全性に関する問題を再び取り上げ、メカニズム的かつデータ駆動型の方法でこれらの懸念に対処することができるようになった。私たちの研究室では、齧歯類モデルや試験管内試験研究を用いて、ワクチン製造に腫瘍原性細胞やヒト腫瘍由来の細胞を使用することが、そのワクチンのレシピエントに安全性の懸念をもたらすかどうかを調査する新しいアプローチを開発している。
さらに、ワクチンによって誘導される中和抗体を測定できるアッセイを開発し、ハイスループットに対応できるようにしているのも特徴である。ほとんどのワクチンは、ウイルスの感染や産生を阻止するタンパク質である中和抗体の誘発によって効果を発揮するため、ワクチン接種後に中和抗体が誘発されるかどうかを調べることは、ワクチンが有効だろうかどうかを判断する上で重要な要素である。さらに、新しい中和アッセイを開発することで、ワクチンの有効性を評価することができ、その結果、ワクチンの認可が容易になるかもしれない。
科学的概要
認可ワクチンの製造に使用される細胞基質の種類は、鳥やサルの初代細胞、ヒト二倍体細胞、VERO細胞株などに限られている。このレパートリーでは、次世代のワクチンを製造するには不十分である。評価中の哺乳類細胞基質は、不死身であるためすべて腫瘍性であり、一部は腫瘍原性である。1950年代に腫瘍性細胞がワクチン製造のために禁止された主な理由は、細胞基質の成分がワクチン接種者に癌を誘発する恐れがあるためだ。いくつかの専門家委員会は、これらのタイプの細胞を使用する際の主な懸念は、偶発的な病原体の存在の可能性と、ワクチン中に残留する少量の細胞基質DNAの不可避な存在であると結論付けている。私たちの研究室では、後者の問題、すなわち、残存する細胞DNAが安全性のリスクとなりうるかどうかについて、新規細胞基質の安全性を評価するためのアッセイを開発している。細胞基質DNAは感染性ゲノムをコードしている可能性があり（DNAの感染活性）、DNAはワクチン接種者の細胞を癌化させる可能性のある優性活性化癌遺伝子をコードしている可能性がある（DNAの癌化活性）ため、DNAによるリスクの可能性はその生物活性から来る。DNAのがん原性を評価するために、私たちはDNAのがん原性を定量化する生体内試験アッセイを開発している。このアッセイでは、支配的ながん遺伝子のポジティブコントロール発現プラスミドのがん化活性を検出できる感度の高いげっ歯類系を同定する。このような齧歯類系が同定できれば、細胞基質からのDNAをこれらの系で発がん性活性を評価することになる。これらの研究により、DNAによる発がん性リスクを推定することができる。この推定値は、利用可能な最も感度の高いアッセイに基づいているため、保守的なものとなる。
第二のプロジェクトは、細胞が腫瘍化するメカニズムを明らかにすることである。多くの哺乳類細胞基質（VERO、MDCK、CHO）は、培養中の継代によって初代細胞から派生した。これらの細胞は不老不死、すなわち無期限の継代が可能な細胞となるが、継代を重ねることで腫瘍化することがある。このような腫瘍化した細胞をワクチン製造に使用することによるリスクはないのか、そのメカニズムを調べている。
第3のプロジェクトは、ウイルスに対する中和抗体を検出するための定量的ハイスループット微量中和アッセイの開発である。認可されたワクチンの多くは中和抗体の誘発によって効果を発揮するため、これらの抗体を定量化できる方法はワクチン開発にとって重要である。ヒト病原性ウイルスが標準的な実験室条件下で増殖できず、高い封じ込めが必要な場合（例：エボラウイルス、ラッサウイルス、ニパウイルス）、さらにBSL-3封じ込めが必要なウイルス（例：SARS-CoV、MERS-CoV、最近分離されたSARS-CoV-2）、これらのウイルスに対する中和抗体の評価は複雑である。私たちは、中和抗体を定量化するために、標準的なBSL-2実験室で使用できる代替手法を模索している。例えば、複製コンピテントハイブリッドウイルスを使用する。また、ハイブリッドウイルスは、それ自体がオリジナルウイルスの生物学的研究、ワクチン開発のための試薬の生成に利用することができる。