생물의약품(바이오의약품)은 생명체에서 유래한 물질을 원료로 하여 제조된 의약품을 의미합니다. 일반적인 합성의약품과 달리, 생물의약품은 복잡한 구조와 정밀한 생산 공정을 필요로 합니다. 이러한 특성으로 인해 동일한 성분을 가지는 복제품을 만들기 어려우며, '제네릭(Generic)'이 아닌 '바이오시밀러(Similar)'라는 용어를 사용합니다.
생물의약품에는 다양한 유형이 있으며, 대표적으로 생물학적 제제, 유전자재조합 의약품, 세포배양 의약품, 첨단바이오의약품 등이 포함됩니다. 이들 의약품은 일반적으로 크기가 크고, 구조가 복잡하며, 낮은 고유 독성을 가지지만, 정교한 제조 공정이 요구됩니다.
* 생물의약품의 대표적인 생산 공정
- 전배양(Pre-culture)
- 본배양(Main culture)
- 세포회수(Cell harvesting)
- 단백질 크로마토그래피(Protein chromatography)
- 바이러스 불활화(Virus inactivation) 단계 1
- 이온교환 크로마토그래피(Ion exchange chromatography)
- 바이러스 불활화 단계 2
- 소수성 크로마토그래피(Hydrophobic chromatography)
- 제형화(Formulation)
생물의약품의 주요 유형
(1) 유전자재조합 의약품
- 유전자 조작 기술을 활용하여 특정 단백질이나 호르몬을 생산하는 의약품입니다. 인슐린, 성장호르몬 등이 대표적인 사례입니다.
(2) 세포배양 의약품
- 세포를 배양하여 유효성분을 생산하는 방식으로 제조된 의약품입니다. 단클론항체 치료제 등이 이에 해당합니다.
(3) 세포치료제
- 환자의 자가세포 또는 동종세포를 체외에서 배양, 증식, 선별하여 치료 효과를 증대시키는 의약품입니다. 대표적인 예로 CAR-T 치료제가 있습니다. CAR-T 치료제는 환자의 T세포를 추출하여 암세포를 인식하는 CAR 단백질을 적용하는 방식으로, 선택성이 높지만 비용이 높고 사이토카인 폭풍 등의 부작용이 발생할 수 있습니다.
(4) 유전자치료제
- DNA 또는 RNA를 인체에 직접 주입하는 방식의 치료제입니다. 벡터(vector)로서 바이러스, naked DNA, 전기천공법(electroporation), 리포솜(liposome) 등이 사용됩니다.
(5) 항독소(Antitoxin)
- 독성 물질에 대한 항체를 기반으로 한 치료제로, 특정 독소에 대한 중화 작용을 수행합니다.
생물의약품 생산 시 고려해야 할 위험 요소
생물의약품은 복잡한 제조 공정을 포함하며, 생산 과정에서 다양한 위험 요소가 존재합니다. 밸리데이션(Validation)은 이러한 위험 요소를 식별하고 허용 기준 이하로 낮추는 과정을 의미합니다.
* 주요 위험 요소
- 단백질 분해 또는 응집으로 인해 효능이 변형될 수 있으며, 면역 반응을 유발하는 물질이 생성될 가능성이 있음
- 회수 및 정제 과정에서 불순물이 제품 품질에 영향을 줄 가능성이 있음
- 필터 또는 장비에서 침출된 물질이 독성을 유발할 가능성이 있음
- 예상치 못한 오염물질이 축적될 가능성이 있음
- 미생물 위험군(Risk Group, RG)에 대한 분류 및 안전성 평가 필요
- 생물안전등급(Biosafety Level, BSL)에 따른 시설 및 작업 환경 조성 필요
생물의약품의 분석 방법 및 단위조작 공정
공정 밸리데이션(Validation)과 분석법
공정 밸리데이션을 실시하기 전, 제품 분석 방법을 밸리데이션하는 과정이 필요합니다. 생물의약품 제조 과정에서는 다양한 분석 방법이 사용됩니다.
단위 조작 공정
(1) 세포배양 단계
- 단백질 생산을 위한 세포배양은 생물공학에서 가장 중요한 첫 단계입니다.
- 대표적인 세포주로는 CHO(Chinese Hamster Ovary) 세포가 있으며, 이는 재조합 단백질 생산에 가장 널리 사용됩니다.
- 수확한 세포는 무균 상태 및 오염 여부를 철저히 검사해야 합니다.
(2) 초기 정제 공정
- 세포 배양 후, 단백질을 회수하고 불순물을 제거하기 위해 여과 단계를 수행합니다.
- 원심분리, 팽창층 흡착 등도 활용될 수 있습니다.
(3) 후속 정제 공정
- 단백질의 순도를 높이기 위해 여러 단계의 크로마토그래피(Chromatography) 과정을 수행합니다.
- 크로마토그래피법(Chromatography)과 여과(Filter)를 통해 불순물을 제거하고 순도를 향상시킵니다.
- 여과 장치는 멸균, 바이러스 제거, 작은 분자 제거, 버퍼 교환 등에 사용됩니다.
생물의약품 밸리데이션 과정
(1) 칼럼 및 필터 재사용
- 충전된 크로마토그래피 칼럼(Column)은 재사용이 가능하지만, 적절한 세척 및 살균이 필요합니다.
- 여과 필터(Filter) 또한 재사용되는 경우가 많으며, 필터의 성능 검증이 필요합니다.
(2) 세척 및 살균
- 미생물 오염 방지를 위해 칼럼 및 필터는 철저히 세척 및 살균해야 합니다.
- 최근에는 세척 및 살균이 용이한 수지와 필터가 개발되고 있습니다.
(3) 바이러스 제거 및 불활화
- 바이러스 제거를 위해 pH 처리, 용매 및 세제 처리 등의 불활화 방법을 사용합니다.
- 필터 및 크로마토그래피 공정을 통해 물리적으로 바이러스를 제거하는 방식도 활용됩니다.
생물의약품 품질 기준서 - 4대기준서
- 제품표준서(Product Specification)
- 품질관리기준서(Quality Control Standards)
- 제조관리기준서(Manufacturing Control Standards)
- 제조위생관리기준서(Manufacturing Hygiene Standards)
생물의약품은 복잡한 제조 공정과 정밀한 품질 관리를 요구하는 분야입니다. 이에 따라 철저한 밸리데이션을 수행하여 제품의 안전성과 유효성을 확보해야 합니다. 특히, 세포배양, 정제 공정, 바이러스 제거 등 모든 단계에서 밸리데이션이 수행되어야 하며, 지속적인 품질 관리가 필요합니다. 이러한 과정이 적절히 이루어질 경우, 생물의약품은 다양한 질병 치료에 효과적인 솔루션을 제공할 수 있을 것입니다.
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