1. 개요

가. 개념 정의

바이오의약품의 생산공정 업스트리밍(Upstreaming) 단계로 바이오의약품(항체, 단백질치료제, 세포치료제 등)의 생산을 위하여 세포를 배양하는 배양공정을 관리하는 시스템 및 이에 사용되는 부품을 의미함

▪바이오의약품 생산을 위해서는 우선 세포은행에서 마스터 셀(Master cell)를 채취한 뒤 플라스크 배양공정(inoculum)을 통해 세포 수를 늘리고 100ℓ급 이하 소형 바이오리액터에서 씨앗(Seed)배양으로 세포 수를 더 늘리며, 상업화 물량 공급을 위해선 200ℓ급 이상의 대규모 바이오리액터에서 세포를 배양함

바이오의약품 생산시스템 중 배양공정에 사용되는 주요 시스템 및 부품으로는 동물/미생물 세포배양기, disposable bioreactor, CIP(clean-in-place)기기, 배지 및 버퍼 제조, 저온저장혼합기, 무균튜브연결시스템, 각종 센서 등이 있음

나. 중요성 및 의의

세포배양공정은 백신생산, 신약개발, 의약품생산, 항체생산, 줄기세포를 이용한 세포치료 등 고부가가치의 바이오의약품 산업에 핵심 활용 기술임

▪바이오의약품산업에서 생산이 중요한 부분을 차지함에 따라 세포증식 및 배양공정 관련 시스템이 시장에서 주목을 받고 있으며, 핵심 소재인 세포의 대량 배양 시스템의 종합적 개발이 요구되고 있음

바이오의약품생산 배양시스템 공정은 세포의 해동, 분주, 배양액교환, 원심분리, 계대배양, 모니터링 등 여러 단계를 무균상태에서 진행해야 하는 고난도 기술로 관련 핵심기술개발이 필요

▪배양액의 미생물 오염 정도, 수소이온(hydrogen Ion, pH), 온도, 용존산소량(dissolved oxygen, DO), 유속 등을 실시간으로 모니터링, 기록, 제어할 수 있는 시스템 및 부품이 필수적임(gas/media flow조절, 일회용 센서(pH/DO 센서) 및 housing 등)

▪세포수를 늘리기 위한 계대배양 시 잦은 화학·물리적 처리과정에서 세포의 질이 떨어지고 특성이 변하는 것을 방지할 첨단 배양기술 개발이 필요

세포 특이적 배양환경 최적화, 맞춤형 배양, 자동화 배양, 원가절감, 안전성 확보, 배양기간 단축 등 세포 대량배양 기술의 병목요인 극복이 시급함

▪자동화가 쉽고 계대를 최소화할 수 있는 배양용기, 자동화된 세포 추출 장치 개발이 필요함

바이오의약품생산 배양공정관리 시스템에 사용되는 pH/DO 센서는 수중에 존재하는 수소이온과 용존산소 파라미터를 측정하는 센서로 생물반응기에서 세포활성 등을 모니터링 하는 분야에 활용될 수 있으며, 목표 단백질을 분리 및 정제하는 downstream에서도 사용가능하고 음용수의 수질, 식품의 신선도 등 다양한 분야에 활용될 수 있음

식약처 바이오의약품 생산 기준, USP 등 국내외 품질관리기준을 충족하는 생산시스템 개발 필요

▪바이오의약품의 제조 공정은 대부분 무균 작업 공정으로 이루어져야 하고, 작업자의 수동으로 작업이 이루어지는 경우가 많아 GMP 규정에 따른 각종 설비와 품질 관리 방안이 함성 의약품 보다 더욱 엄격하며, 품질안전기준을 만족해야 함