新しい医薬品や医療技術の研究開発においては多岐に渡る技術基盤が必要であり、また、技術基盤自体もライフサイエンス研究の進展に伴い革新し続ける必要があります。創薬研究においては、疾患発症原因分子などの創薬標的の同定・検証から始まり、各種スクリーニングにより創薬シードを創出し、リードの最適化により開発候補品を創出し、前臨床試験に進んでいきます。したがって、創薬・医療技術の研究においては1つの研究室で完結することはなく、多岐に渡る技術基盤を統括しながら組織戦で進めていくことになります。創薬・医療技術基盤プログラムでは、理研内にあるライフサイエンス系研究センターにある創薬研究機能を再構築して、各創薬基盤ユニットを組織してこれに応えています。
創薬・医療技術を実現するため研究基盤は、主に3つの研究開発領域に分類されます。すなわち、①創薬ターゲットの同定・解析などを担う基礎研究領域、②シードの探索やリード最適化を担う探索研究・開発研究領域、③開発候補品について安全性試験含む前臨床試験や臨床試験の設計や戦略立案を担うTR（トランスレーショナル・リサーチ）支援領域があります(下図）。創薬・医療技術基盤プログラムでは、これらの研究開発領域をカバーする１０の創薬基盤ユニットを運営することで研究開発を進めますが、研究所内にない技術基盤については外部機関との連携やアウトソーシングも進めています。
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創薬・医療技術を実現するための研究開発領域を支えるために、下記の研究基盤ユニットを設けています。それぞれの基盤ユニットでは、創薬研究を支える基本機能のほかに、独自の技術やノウハウについても進化を続けており、創薬・医療技術基盤プログラムならではの技術基盤ネットワークを構築します。
天然物化合物によるスクリーニング
ケミカルバンク基盤ユニットが強みとするのは、天然化合物バンク「NPdepo」にて収集した13万4千の化合物とそのデータベースNPEdiaです。さらに微生物二次代謝産物の収集・保存を行うとともに、インターネット上で化合物データベース「NPEdia」を公開する天然化合物バンク事業を推進します。これらの事業で天然化合物とタンパク質相互作用のスクリーニング研究を支援いたします。
最新モデリング理論と統計理論を駆使した
高精度インシリコスクリーニング
創薬分子設計基盤ユニットでは、標的タンパク質の立体構造と既知阻害剤情報を用いて、最新のシミュレーションと人工知能技術の両面から精度の高いインシリコスクリーニングを実現しています。実験データを機械学習させ、量子化学計算等と組み合わせて予測すること、ADMETなどを考慮した最適化設計を可能していることが特長です。
標的タンパク質の調製・相互作用解析・立体構造解析
創薬タンパク質解析基盤ユニットは、さまざまな用途にあわせたタンパク質試料の調製、物理化学的手法による抗体医薬品候補や低分子候補化合物と標的タンパク質との相互作用解析、それらの複合体構造の解析を担当し、抗体医薬品候補や低分子化合物の最適化に貢献しています。
低分子創薬を支える
メディシナルケミストリー
創薬化学基盤ユニットでは、創薬シード化合物探索基盤ユニットで見出された低分子ヒット化合物の合成化学的な構造最適化を行い、活性や標的選択性、体内動態の最適化を進めて動物病態モデルで薬効を示すリード化合物の同定 (Hit to Lead)を行います。
その過程においては創薬分子設計基盤ユニットや創薬タンパク質解析基盤ユニットで培われたin Silico スクリーニングやX線結晶構造解析など最新の技術を用いて創薬の高度化、迅速化を図ります。その後、リード化合物の薬効や毒性プロファイルの最適化を行い (Lead optimization) 、前臨床開発候補化合物の同定を目指します。
高性能計算機を活用した薬物設計技術
先端計算科学基盤ユニットでは分子動力学専用計算機MDGRAPE-4Aにより得られるタンパク構造情報を生かしたインシリコ創薬方法論を開発・構築・研究応用しています。
ハイスループットスクリーニングによる
創薬シード化合物の探索
創薬シード化合物探索基盤ユニットでは、酵素アッセイなど標的分子に対するセルフリーアッセイ系から各種細胞を用いる表現型アッセイ系まで、多様なアッセイ技術を駆使して、創薬シードとして魅力ある化合物を、数十万の化合物ライブラリーからハイスループットスクリーニング（HTS）によって見出します。
リード候補となるモノクローナル抗体の開発
抗体は、標的分子に対する特異性が高く、生体内でも安定で副反応が少ない治療薬として大変有効です。
創薬抗体基盤ユニットでは、未だ根治が困難である疾患を対象として抗体医薬品となるモノクローナル抗体の開発を行っています。優れた機能の抗体医薬のための迅速なスクリーニング技術を開発し、がん、感染症、炎症・自己免疫疾患、および老化などに対する治療抗体の開発に取り組み、樹立した抗体をヒト化など高度化し、臨床応用に向けて確立します。
疾患特異的iPS細胞から作製したモデル細胞を用いた創薬
創薬iPS細胞研究基盤ユニットでは、理研バイオリソース研究センター（理研BRC）の細胞バンクが保有する疾患特異的iPS細胞を用いて、標的細胞（疾患の原因細胞や関与細胞）の探索・同定、疾患フェノタイプの評価、標的細胞の効率的分化誘導法の開発等を行い、フェノティピックスクリーニング評価系を構築し、同評価系を用いたスクリーニング及び他部署で実施するスクリーニングへの細胞提供を実施します。
他の基盤ユニットとの連携により、疾患特定的iPS細胞を活用した革新的な創薬研究に貢献することを目指します。
理化学研究所で開発された新しいモダリティから
医薬品を創出する
aAVC（artificial Adjuvant Vector Cell：人工アジュバントベクター細胞）は、理化学研究所で創出されたユニークな細胞医薬プラットフォーム技術です。
がん領域および感染症領域における新たな治療薬創出に向け、aAVCを適用した創薬研究を推進しています。基礎的な免疫学研究において確認できた標的抗原について、臨床治験へ向けた橋渡し研究の準備を行います。
人工知能の創薬応用
人工知能(AI)は近年急速に進展し、様々なイノべーションが生まれています。また、多量・多様な情報が生成・蓄積され、それらビッグデータを活用することも求められています。
AI 創薬連携基盤ユニットでは、創薬関連ビッグデータを利用し、AIによる革新的な創薬を実現するための研究を実施しています。また、スーパーコンピュータ富岳に代表される強力な計算パワーを利用したシミュレーションも急速に発展しており、シミュレーションとAIを結びつける研究も推進しています。
脳神経疾患の病態研究と創薬への応用
脳神経創薬基盤ユニットは、AMED脳神経科学統合プログラムとも連携して、脳神経領域の創薬研究を推進します。疾患モデル動物やヒト細胞・組織を用いた分子生物学・生化学・病理組織学とAI画像解析などにより脳神経疾患の病態を明らかにし、その知見と技術を創薬へ応用します。
