注目すべきグリーンケミストリーのトレンド: CAS Insightsウェビナーのハイライト
世界中の政府は、環境および健康上の目標を達成するために、特定の物質の使用を制限または禁止しています。科学者たちは、ますます複雑化する持続可能性の課題に対処しながら、より早く結果を出さなければならないというプレッシャーに直面しています。最近のCAS Insightsウェビナーでは、業界のリーダーと教育者が集まり、グリーンサイエンスのトレンドが科学分野全体の研究開発をどのように変えているのかを探りました。
ウェビナー「注目のグリーンケミストリー動向：CASインサイトウェビナーのハイライト」では、Amy Cannon博士（Beyond Benign共同設立者兼エグゼクティブ・ディレクター）、Dan Bailey氏（武田薬品工業アソシエイト・サイエンティフィックフェロー）、およびLeighton Jones氏（CASの材料担当リード情報サイエンティスト）が、メカノケミストリー、水性反応、人工知能が、重要な持続可能性の指標に対応しながら、従来の化学プロセスをどのように変革しつつあるかについて議論しました。
教育がグリーンケミストリーのイノベーションを推進
Cannon博士と、グリーンケミストリー分野の創始者の一人であるJohn Warner博士によって共同設立されたBeyond Benignは、化学者が訓練を受ける方法と、持続可能な化学製品を生み出すために必要とされるスキルとの間の隔たりを埋めるために活動しています。Cannon博士は、化学科の卒業生の約85%が産業界に就職するものの、その多くが必須の能力を欠いていると述べています。
Beyond Benignの調査を受けた業界の専門家は、グリーンケミストリーのスキルを持つ科学者を採用するのは難しいと報告しています。必要とされる能力のリストは増え続けており、その中には、ライフサイクル評価、技術経済的評価、毒物学、研究環境でグリーンケミストリーの原理を適用する方法などが含まれています。
同組織のグリーンケミストリーコミットメントプログラムは、世界中の260以上の大学を対象に拡大しています。このプログラムは最近、参加機関の集団的な取り組みが認められ、英国王立化学会のホライズン賞（教育部門）を受賞しました。Beyond Benignは、ACS Green Chemistry Instituteと共同で作成したGreen Chemistry Teaching and Learning Communityプラットフォームを通じて、オープンアクセスのリソースを提供しています。
Cannon博士は、グリーンケミストリーは独立した分野ではなく、パラダイムシフトであると強調しました。これは困難を伴います。なぜなら、変化には専門的な能力開発と時間、そして既に過重な業務負担に直面している教育者からのリソースが必要だからです。
持続可能性を考慮した設計により医薬品の環境への影響を最小限に抑える
ブラウン大学で化学と人類学の学士号を取得したBailey氏は、武田のSustainability by Designプログラムを率いています。このプログラムは、製品の環境負荷の約80％がその寿命を通じて固定化される、製品設計段階における環境負荷の最小化に焦点を当てています。
「製薬業界ではそれが二重に当てはまると思います。これは高度に規制されたビジネスであり、新しい医薬品や新しい製品が保健当局によって承認された後は、製品や製品の製造方法に変更を加えることが非常に困難になります」とBailey氏は説明しました。保健当局が医薬品を承認すると、変更には複数の国にわたるリソース集約型の規制承認が必要となり、医薬品の寿命である15～20年にわたって環境への影響が固定されます。
武田薬品は、2035年までに事業および施設の正味ゼロ排出を、そして2040年までにバリューチェーン全体の正味ゼロ排出を達成するという野心的な環境目標に取り組んでいます。「Sustainability by Designプログラムは、これらの企業目標を個々の医薬品に対して実行できる戦略に翻訳します。これには、活性成分、製剤、包装、および医療機器を総合的に検討することが含まれます。」
ライフサイクルアセスメントは、チームが資源の採掘から製造、流通、患者の使用、廃棄までの環境への影響を理解するのに役立ちます。Bailey氏のチームは、異なる種類の薬には異なる環境要因があることを発見しました。合成分子医薬品では、製造プロセスで使用される材料が最大の環境フットプリントを生み出します。業界のベンチマーキングによると、1キログラムの活性成分を生産するには平均182キログラムの材料が必要ですが、これは投入量の1％未満が製品となり、99％が廃棄物となることを意味します。溶媒は合成分子プロセスにおける廃棄物質量の約60％を占めています。
細胞培養バイオプロセスで製造されるバイオ製剤は異なるパターンを示します。クリーンルーム環境を維持する生産施設でのエネルギー消費が、フットプリントの大部分を占めています。バイオ製剤は製品1キログラムあたり約7,500キログラムの材料投入が必要ですが、約95%は水で構成されています。
メカノケミストリーと水化学が確立された手法に課題を提起する
両パネリストは、メカノケミストリーと水中/水面化学を、化学反応の発生メカニズムに関する根本的な仮定に疑問を投げかける点で、注目すべきグリーンサイエンスのトレンドであると指摘しました。「長年にわたって私が気づいた最も大きな誤解の一つは、多くの研究者が自らの研究との関連性を認識していない、あるいは関連性がないと考えている点です」とCannon博士は述べ、グリーン化学があらゆる下位分野に適用可能であることを強調しました。
Bailey氏は、武田が約8年間水中における化学に取り組み、これらのアプローチの実施において大きな進展を遂げたと述べました。「有機溶剤は、当社製品の製造において最も大きな問題点の一つです。ですから、有機溶剤の使用を減らすためにできることは、非常に大きな影響をもたらす可能性があります」と彼は説明しました。水化学は主に有機溶媒に水を置き換えつつ、類似したプロセスを維持するため、既存の機器に容易に適応できます。
メカノケミストリーにはさまざまな種類の機器が必要であり、製薬会社ではその操作経験が不足している可能性があります。メカノケミカルプロセスのスケールアップにおける最も安全な方法については疑問が残るものの、押出機や連続ビードミルを用いた研究は有望です。こうした課題にもかかわらず、武田薬品工業は、メカノケミストリー技術が有機溶媒の消費量を大幅に削減できる可能性を秘めていることから、この分野での提携を維持しています。
Cannon博士は、これらの傾向が既存の慣習に対して根本的な疑問を投げかけていると考えました。彼女は、シンシナティ大学のJames Mack氏による研究に言及し、化学者が特定の制約の中で、主に溶媒に原材料を溶かす方法を学ぶ訓練を受けていることを説明しました。「この分野の科学者は皆、それを見て『本当に解決する必要があるのか？』と言っています。他にどうすればこれらの物質を反応させることができるのでしょうか？他にどんな形のエネルギーがあるのでしょうか？」と彼女は言いました。「イノベーションはその時起こるのだと思います。」
AIは持続可能な開発を加速する
武田は持続可能なプロセス開発のさまざまな側面でAIを成功裏に導入しています。Bailey氏は、ベイジアンオプティマイザーとミディアムスループットまたはハイスループットスクリーニングを組み合わせることで、チームが最適な反応条件を迅速に特定できる仕組みについて説明しました。マサチューセッツ工科大学（MIT）のグループと共同で開発した、カメラとレーザーだけで粉体の粒度分布を測定する機械学習モデルなど、AIを活用した分析手法によって興味深い結果が得られています。
Bailey氏とCannon博士は、グリーンケミストリーコミュニティーでAIが注目を集めている分野として、予測毒性学を挙げました。化学者は通常、毒物学の訓練を受けていませんが、この知識は分子設計に不可欠であることが証明されています。彼らは、この知識が、最終的に大規模製造に波及する可能性のある材料選択の決定において重要であると強調しました。
持続可能な化学企業に向けて行動を起こす
両パネリストは最後に、化学企業に属するすべての人々に対し、自分たちの仕事が環境の持続可能性にどのような影響を与えるかを考えるよう奨励しました。Bailey氏は現在の環境課題を認めつつ、革新に向けた刺激的な機会を強調しました。Cannon博士もこの意見に同意した。「重要なのは、自分が実行できる行動を見つけることだと思います。この分野ではそうした挑戦が必要であり、皆さんの存在も必要です。」
ウェビナーでは、グリーンサイエンスのトレンドが実験技術から企業戦略、教室での教育から規制遵守にまで及ぶ様子が紹介されました。Cannon博士が指摘したように、化学は中心的な科学として、他の多くの分野に大きな影響を与える可能性を秘めており、この責任をより十分に果たすことで、持続可能性の動きを大きく前進させることができるでしょう。
ウェビナーの全編を見る
パネリストからのより多くの洞察を探るには、ウェビナー全編の録画をご覧ください。グリーンサイエンスのトレンドが科学の領域の研究開発にどのように影響を与えているかをより深く理解できます。
