1. 바이오산업 제조에 관련된 전반적인 Overview

 

생물학적 제제는 말 그대로 생물로부터 얻어진 약의 물질이다.  아직 우리가 분자구조를 구현하는 게 고도로 발전하지 않아서 우리는 세포가 만들어낸 물질을 정제해서 사용하는 편이다. 생물에서 만들어냈기 때문에 정제하는 것이 굉장히 까다로울 수밖에 없다. 세포로부터 얻어낸 '이물질'로 여겨질 수 있는 물질을 우리의 몸에 넣는 것이기 때문이다. 이번 글에서는 이 바이오 물질들을 생성해 내고 얻어내는 데에 있어서 전반적인 과정에 대해서 살펴보려고 한다. 

 

 

바이오산업제조

1. Upstream

세포에서 물질을 얻어내야 하기 때문에 일단 세포를 길러야하지 않겠는가? 이를 우리는 Upstream과정이라고 한다. 일반적으로는 '배양'이라고 한다. 우리는 USP라고도 해서 USP가 어떤 의미인지 한번 찾아보았는데, 역시 UpStream Process여서 USP이다. 

 

배양은 원하는 물질을 얻어내기 위한 첫번째 단계로, 통제된 환경 해서 세포를 배양하는 과정을 의미한다. 이 세포들은 미생물, 효모 혹은 CHO (Chinse Hamster Ovary  cell)  cell 등의 동물세포가 될 수 있다. 이 배양하는 세포에 따라서 공장의 환경이 설정된다. 동물세포를 기르는 경우, 당연히 대장균이랑 같이 못 기른다. 

 

1.1 세포주 개발

세포배양의 첫번째 단계는 세포주 개발이다. 효과적인 목적 단백질 생산을 위한 세포의 선택과 최적화 과정을 포함한다. 아래와 같은 단계로 세포개발은 진행된다. 

1) 목표 단백질의 결정 : 제조하고자 하는 바이오의약품의 유형을 결정하고 이에 적합한 세포를 선택한다. 바이오의약품의 유형으로는 항체, 백신, 호르몬 등이 예로 들 수 있고, 적합한 세포 유형에는 CHO, HEK 293 세포 등을 예로 들 수 있다. 

2) 목표단백질을 생성할 수 있도록 해당 단백질을 합성해 낼 수 있는 유전자를 세포에 주입한다. 이때 사용되는 방법으로는 플라스미드를 이용할 수 있고, 바이러스 벡터를 이용할 수 도 있고, 유전자를 이용할 수 도 있다. 

3) 이후에 제대로 유전자가 도입된 세포들중 세포주를 선별하는 작업을 거친다. 이 단 계에서는 제한 희석법, 형광활성 새포 분류 (FACS)등의 기술을 통해 이뤄질 수 있다. 

4) 세포주 최적화: 선별된 세포주의 생산성을 극대화하기 위해 배양조건을 최적화하여야 한다. 이 단계에는 온도, pH, 배지의 종류 등의 조건에 포함 도니다. 

5) 검증 및 안정성 평가: 최종 세포주의 생산 능력과 유전적 안정성을 장기간에 걸펴 평가한다. 

6) cell bank 화: cell 들을 소분해서 cell banking 화를 진행한다. 이때 cell bank는 MCB(Master cell bank)와 WCB (Working cell bank)로 나눠진다. 장기보관 혹은 future production을 위해 사용한다. 

 

1.2. 배지 선택 및 최적화 : 

세포주를 개발하고 난 이후에 해당 세포주가 어느 배양 배지에서 잘 자라는지 선택하고 최적화하여야 한다. 배지의 최적화는 수율과 제품 품질 극대화를 위해 필수적인 단계라고 한다. 

 

1.3. 세포의  배양: small scale의 flask 배양에서부터 large scale의 bioreactor까지 배양을 해서 세포들을 대량 배양해 낸다. 이 배양기 내에서는 온도, pH, DO, 및 교반 rpm 같은 매개변수로 세포 배양조건을 최적화하여 통제하고 길러낸다.

하나의 step 으로 분리되었지만 세포 배양 내에서도 다양한 절차가 존재한다. 

 

 

 

2. Downstream (정제공정)

세포들을 길러서 원하는 단백질을 쭉쭉 뽑아냈다면,  그 원하는 단백질들만 정제해 낼 필요가 있다. 그 과정을 down stream에서 진행한다. 

2.1 Harvest: 세포배양액에서 세포만 최대한 남기기 위해 정화과정을 거친다. 보통의 harvest 공정은 배양의 마지막 공정으로 포함되는 경우도 있다. 

2.2  Purification and polishing  : Chromatography 와 UFDF를 거쳐 

2.3  Fomulation  : 단백질은 전달가능한 상태로 제형화되며 이때 안정제와 부형제가 추가된다. 

2.4  Bulk Fill : 정제된 단백질들을 packaging 하는 단계라고 보면 된다. 

 

 

3. 품질 관리 및 검증

 Quality Control은 최종 제품의 안전성을 보장하기 위해서 필요한 부분이다. 

보통 배양과 정제 중간중간에 sample 을 collect 하고 testing 하면서 지속적으로 제품의 품질을 검증해 나간다.  Quality Control 에는 두 가지의 것을 확인할 수 있다. 

3.1.  분석 검사: 제품 생산하는 동안 중간중간에 test해보고 원하는 물질대로 제대로 뽑히고 있는지 확인하는 단계

3.2.  공정 검증:  우리 회사에서는 이 공정검증을 하는 부서가 따로 있어서  공정이 일관되게  진행되고 있는지 매번 관리진행한다. 

 

 

이렇듯 바이오산업군에서의 제조는 생물학적 치료법을 생산해내는데 있어서 복잡한 단계를 거친다. 하나의 step으로 간략하게 설명하였지만 실상 자세하게 좀 더 뜯어보면 하나의 회사 내에서는 그것만을 맡고 있는 조직이 있을 정도로 굉장히 내용이 방대하다. 앞으로의 글감에서는 각 단계와 관련된 혹은 위 내용에서는 소개되지 않았지만, 바이오제조에 있어 필요한 조직과 관련되어서 글을 작성해보려고 한다.