モルヌピラビル、ニルマトレルビル、ファビピラビルの同時紫外可視分光法定量のための生物由来化学計測法：医薬製剤および環境試料への応用

COVID-19治療薬と水の検査が重要な理由

モルヌピラビル、ニルマトレルビル、ファビピラビルのようなCOVID-19治療薬が広く使われるようになると、新たな課題が浮上しました：これらの薬が正しく製造されているか、そして残留薬物が水源を汚染していないかを、迅速かつ低コストで安全に確認する方法です。従来の実験室技術は高精度である一方、しばしば遅く、費用がかかり、大量の化学廃棄物を生み出します。本研究は、重装備の機器の代わりに単純な光測定と賢いコンピュータアルゴリズムを用いることで、より環境に優しく経済的に三剤を同時に測定する手法を提示します。

三つの抗ウイルス薬、増え続ける分析上の課題

モルヌピラビル、ニルマトレルビル（Paxlovidの主要成分）およびファビピラビルはウイルスに対して異なる作用機序を持ち、併用療法として一緒に研究されることがあります。また、病院の廃水中で同時に検出されることもあります。品質管理の現場では、同一製造ラインを共有する複数製品の交差汚染を防ぐために検査が必要であり、環境科学の分野では水中にどれだけの薬物が流出しているかを追跡したいと考えています。しかし本研究以前には、三剤を単一の走査で同時に定量できる単純な紫外（UV）光ベースの手法は存在していませんでした。既存の多くの方法は高性能な液体クロマトグラフィーや質量分析に依存しており、これらは高価な機器、熟練した技術者、多量の有機溶媒を必要とします。

重なり合う光信号を明確な答えに変える

紫外可視分光法は試料がどれだけ光を吸収するかを測る手法で、安価で迅速、広く利用可能です。しかし三つの抗ウイルス薬は非常に近い波長域でUV吸収を示し、スペクトル曲線が強く重なります。これにより、生の信号から各薬の量を単純に判読することは不可能です。著者らはこれを、UV測定と化学計測学──データ駆動型のパターン認識──を組み合わせることで解決しました。彼らは進化を緩やかに模した遺伝的アルゴリズムと、蛍が明るい閃光に向かって移動する様子に着想を得たホタル（ファイアフライ）アルゴリズムという二つの生物由来の探索戦略を比較し、最も情報量の多い波長を選び出しました。こうして選ばれた波長は部分最小二乗回帰（PLS）で処理され、信号が混ざり合っていても各薬の寄与を分離しました。

ホタル対遺伝：どちらのアルゴリズムが勝つか？

モデルを構築・検証するために研究者らは、それぞれ既知濃度の成分を含む多数の混合試料を用意し、実際的な濃度範囲をカバーしました。遺伝的アルゴリズムに基づくモデルとファイアフライに基づくモデルの両方を訓練し、新しい未見の混合試料に対する予測性能を比較しました。ファイアフライ手法はより少ない波長を用い、内部パラメータも少なくて済む単純なモデルを生み、なおかつ予測精度が優れていました。三剤すべてについて、ファイアフライモデルは予測値と真値の高い相関（R²が0.996を超える）と低い予測誤差を示しました。残差プロット（予測と真値のずれを示す図）はファイアフライ法の方がより狭く、ランダムに散らばっており、信頼性が高く隠れたバイアスが少ないことを示しています。

実際の錠剤、実際の水、そしてより環境に優しい足跡

ファイアフライベースの手法を国際ガイドラインに従って調整・検証した後、研究チームは実試料に適用しました。市販の各抗ウイルス薬含有製品を分析したところ、その結果は既報の高性能液体クロマトグラフィー法と精度・再現性の面で一致しました。また、蛇口水に既知量の薬物を添加して回収実験を行ったところ、加えた量の約95％〜104％が回収され、簡単な抽出処理の後でも環境試料で手法が機能することが示されました。環境影響を評価するために、著者らは溶媒使用、エネルギー需要、廃棄物、実用性、総合的な持続可能性を考慮するいくつかの“グリーンスコア”体系を用いました。複数の独立した指標において、この手法は「良好」から「優秀」な評価を得ており、連続的な有機溶媒の使用を避け、低消費電力で広く利用できる機器を使う点が主な理由でした。

研究の実務・環境への意味

本研究は、基本的なUV分光計に情報量の多い波長選択と生物由来のデータ処理を組み合わせることで、医薬品と水中の重要なCOVID-19薬物の監視において、より複雑な機器に匹敵する性能が得られることを示しています。ファイアフライベースのアプローチは正確な測定を提供し、コストを抑え、化学廃棄物を減らすため、日常的な品質管理や、高度なクロマトグラフィーや質量分析が利用できない資源制約のある環境で有望です。平たく言えば、賢いアルゴリズムを用いれば、単純な光測定で抗ウイルス薬の適正な製造を確認し、その残留物が環境に静かに蓄積するのを防ぐ手助けができる、ということです。

引用: Abdelzaher, A.M., Al kamaly, O. & Rahman, M.A.A. Bio-inspired chemometric methods for simultaneous UV spectrophotometric determination of molnupiravir, nirmatrelvir, and favipiravir in pharmaceutical formulations and environmental samples. Sci Rep 16, 12590 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49288-3

キーワード: COVID-19抗ウイルス薬, 紫外可視分光法, 化学計測解析, グリーン分析化学, 環境モニタリング