모든 일회용 기술이 동일하게 만들어지지는 않습니다 – 그 차이를 어떻게 설명할 수 있을까요?

Ray Baldwin – 비지니스 개발 매니저, Watson-Marlow Fluid Technology Solutions (WMFTS)

바이오프로세싱 분야에서는 위생적이면서 제품의 무결성을 보장하기 위해 일회용 시스템을 점점 더 많이 사용하고 있습니다. 하지만 일회용 시스템이 모든 곳에 사용하기 적합한 것은 아닙니다. 특히 해당 어플리케이션에 맞게 설계되지 않은 일회용 시스템이라면 더욱 심각합니다. 오염을 방지하고 시스템을 지키기 위해 올바른 제품을 사용하는 것은 매우 중요합니다. 특히 제조업체와 환자를 지키고, GMP 규정을 준수하기 위해서는 필수적이라고 할 수 있습니다. 

바이오 제약 분야에서 일회용 시스템을 사용했을 때의 장점

바이오 제약 분야는 블록버스터급 의약품 시대에서 벗어나고 있으며, 그 속도도 매우 빠르게 진행되고 있습니다. 따라서 바이오 제약사들은 비지니스의 리스크를 줄이고, 사업적 성공 가능성을 높이기 위해 여러 의약품을 동시에 개발하는 방향으로 전환하고 있습니다. 그렇기 때문에, 생산 라인은 높은 수준의 무균 및 오염 방지 상태를 유지하면서도 서로 다른 배치 간의 전환이 가능하도록 유연성을 확보해야 합니다. 이는 특히 여러 제약사에게 특화된 서비스를 제공하는 위탁개발생산업체(CDMOs)에 해당하며, 이들은 배치 간 신속하고 효율적인 전환이 특히 더 요구됩니다. 특화된 서비스에 대한 수요가 늘어남에 따라, CDMO 시장은 2028년까지ⁱ 제약 산업을 앞지를 것으로 예상되지만, 경쟁이 심화됨에따라 오염 방지에 대한 신뢰성 확보가 비지니스 성공의 핵심 요소가 될 것입니다.

일회용 시스템은 기존의 스테인레스 장비보다 훨씬 유연하기 때문에, 그 인기가 나날이 높아지고 있습니다. 하지만 결코 자만해서는 안 됩니다. 제약 산업에서 효과적이며, 효율적이고, 또 안전한 프로세싱 라인을 구축하기 위해 일회용 시스템을 선택할 때 고려해야 할 중요한 요소들이 있습니다.

왜 일부 일회용 시스템은 만족스럽지 못한가?

시대에 뒤떨어짐

많은 일회용 시스템들이 20년 전의 사양을 만족하도록 설계되었습니다. 하지만 그 사이 최적의 프로세싱 매개변수, 가용 재질, 규제 등에는 많은 변화들이 일어났습니다. 설계를 변경하는 것이 손쉬운 해결책으로 보일 수도 있겠지만, 모든 변경 사항은 명확하게 문서화하고, 승인을 거치면서 올바른 변경 통제 거버넌스가 적용되어야 합니다. 제약 산업과 같이 규제가 엄격한 분야에서 밸리데이션에 대한 부담 또한 문제입니다. 규제 사항을 위반할 경우 개발에 있어 일정 지연 및 추가 비용이 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 공급업체가 제공하는 밸리데이션 서비스를 이용하면 규제를 준수함과 동시에 새로운 사양으로 업데이트하는 데 주저함을 없앨 수 있습니다.

오프라벨(Off label) 사용

많은 일회용 구성품이 본래 의도된 용도를 넘어 잠재적인 이점을 제공합니다. 하지만 이는 양날의 검으로 작용하기도 합니다. 실제 밸리데이션 조건(온도, 압력, 시간 등)과 다른 상황에서 사용하게 되면 제품의 품질이 저하될 수 있습니다. 특히 유체 관리 부문에 있어서는, 일관된 생산 품질과 정확한 부피 제어를 위해 일정한 압력과 유량을 유지하는 것이 필수적입니다. 더 긴 시간 동안 더 높은 온도와 압력에서 작동하면 튜빙의 성능이 떨어지고, 압력과 유량의 변동이 발생할 수 있으며, 무결성의 손상 및 누액의 위험도 초래할 수 있습니다.

적합한 장비의 조합

연동 펌프는 정량 주입 정확도가 높기 때문에 바이오제약 산업에 이상적이어서, 바이오리액터나 최종 투여 시 정확한 양을 주입할 수 있습니다. 하지만 펌프가 원래 의도한 용도 이외의 작업에 사용되는 경우, 마모를 초래할 수 있습니다. 

와인과 다르게, 시간이 지날수록 더 좋아지는 것이 아닙니다!

이 산업에서는 오염 제어가 GMP 준수의 핵심 요소이며, 포괄적인 오염 제어 전략(CCS)은 이제 Annex 1의 요구 사항이 되었습니다.ⁱⁱ 이 프로세싱에는 종종 고가의 소모품과 고부가가치 제품이 포함되며, 일부는 유해할 수 있으므로 누출을 방지하는것 또한 위험과 생산 비용을 낮추는 데 꼭 필요합니다. 따라서 시스템 수명 전체에 걸쳐 무결성을 완전히 유지할 수 있도록 시스템을 설계하는 것이 무엇보다도 중요합니다.

바이오 제약 공정에서 사용하는 화학물질 중에는 수산화나트륨처럼 부식성이 있을 수도 있습니다. 장시간 이러한 물질에 노출되면 일회용 구성 요소에 손상이 발생할 수 있습니다. 튜브의 내구성에는 다양한 특성들이 영향을 미치는데, 여기에는 재질, 화학물질에 대한 저항성, 두께 등이 포함됩니다. 따라서 어떤 튜브를 선택하는지에 따라 그 사이클을 버틸 수 있는지 결정됩니다. 이는 일회용 시스템에 기회를 제공합니다. 배치 간 유체 경로의 구성 요소를 변경함으로써 생산 라인을 특정 공정에 맞게 최적화할 수 있으며, 이때 생산성에는 어떠한 영향도 주지 않을 수 있습니다. 노출 시간이 길어지는 것 또한 성능 저하에 영향을 줄 수 있기 때문에, 일정한 유량으로 정체 시간을 줄이는 것이 도움이 될 수 있습니다.

추출물과 침출물의 이해

마모의 위험성은 효율성과 시스템의 무결성을 저하할 뿐만 아니라, 일회용 시스템에 사용하는 소재로 인해 소재 자체에서 오염이 발생할 수 있습니다. 따라서 시스템의 기능, 사용하는 유체 및 용매에 따라 추출물과 침출물이 제품을 오염시킬 가능성이 있는지 고려하는 것이 중요합니다. 핵심 질문은 다음과 같습니다: 해당 어플리케이션에 대해 소재가 승인을 받았는가? 그리고 구체적으로 어떤 요건을 만족해야 하는가?

추출물은 실험실 조건에서 일회용 기술(SUT)로부터 추출될 수 있는 화합물로, 대부분의 바이오의약품 제조 공정에서 흔히 발생할 수 있는 최악의 조건을 반영한 상태로 용매, 노출 시간, 노출 온도를 사용하여 평가합니다.ⁱⁱⁱ

일부 화학물질의 경우 유체 경로를 통해 약물 제품에 섞이게 되면 유해할 수 있습니다. 추출물 테스트는 일회용 구성품 중에서 유체 경로로 침출될 가능성이 있는 화학물질을 식별하기 위해 수행됩니다.

추출물은 BioPhorum Operational Group(BPOG)의 지침에 따라 테스트를 진행하며, 2026년 5월 발효 예정인 새로운 USP 표준(USP <665>)도 적용됩니다. 일회용 기술을 통해 선택한 용매를 24시간에서 70일까지 펌핑하고, 휘발성, 반휘발성 및 비휘발성 화합물뿐 아니라 원소 불순물의 존재를 테스트합니다.

이러한 결과는 화학물질의 등록 평가 허가 및 제한(REACH), 유해 물질 제한(RoHS), 독성 물질 규제법(TSCA)등 독성 물질의 배출을 통제하는 규정을 준수했음을 보여주는 데 사용됩니다. 바이오제약 회사들은 이 결과를 사용하여 공급업체의 특정 제품이 자사의 바이오프로세싱에 적합한지 결정할 수도 있습니다.

추출물 결과는 공정 중 침출될 수 있는 화학물질에 대해 일반적인 이해를 제공하며, 해당 SUT가 공정에 적합한지 판단하는 데 도움이 됩니다.

침출물 테스트는 추출물 테스트와 유사하지만, 일반적인 방식이 아니라 특정 바이오프로세싱에 대해 수행됩니다. 여기에는 공정별 온도, 기간 및 실제 사용 제품을 고려하여 특정 SUT를 추출하는 것이 포함됩니다. 이는 공정에서 침출 가능한 화학물질에 대한 실제적 이해를 제공하고, 유해한 화학물질이 SUT를 통해 약물로 유입되지 않는다는 것을 보증합니다. 
 
최종 의약품 제조에서는 공정 조건 하에 유해 화학물질이 침출되지 않는다는 것을 증명해야 합니다. 이는 추출물 결과와 독성학 분석을 조합하여 수행하게 되지만, FDA나 EMA같은 규제 당국은 종종 침출물 연구 자료를 요구하기도 합니다. 

“품질은 그냥 얻어지는 것이 아닙니다. 지적인 노력의 결과입니다.”

John Ruskin

효율을 포기하면서까지 품질을 높여야 하는가?

제품의 품질을 보호하기 위해 고려되는 모든 사항때문에, 효율성은 상대적으로 우선순위가 떨어지는 것처럼 보일 수 있습니다. 신약을 개발하는 비용은 수십억에 이릅니다. 따라서 제약 회사는 상업적으로 생존 가능성을 높이기 위해 이 개발 비용을 줄일 수 있는 부분을 찾는 것이 매우 중요합니다.
 
유체 공정 설계 경험이 적은 조직에서는 제품의 품질을 우선시할 때 효율성 향상의 영역이 간과되기 쉽습니다. 한 바이오 제약 회사는 프로세스에서 상대적으로 작은 내경의 튜브를 사용하고 있었는데, 이는 흡입에 최적화된 사이즈가 아니었습니다. WMFTS와의 파트너십을 통해, 유체 처리 전문가들은 그 문제를 인지하게 되었고, 더 큰 보어의 튜브 옵션을 추천하여 기존 시스템을 약간만 수정하면서도 향상된 생산성을 구현할 수 있게 되었습니다. 제조사들은 해당 산업의 세세한 요구 사항을 잘 이해하고 있는 전문가와 협력하여 신뢰할 수 있는 시스템을 구축하고, 시스템을 개선에 필요한 조언을 받을 수도 있습니다.

연속 제조 - 바이오제약의 성배?

대부분의 산업과 마찬가지로, 바이오 제약 또한 더욱 효율적으로 의약품을 만드는 방법을 끊임없이 모색하고 있습니다. 연속적인 바이오프로세싱은 이 업계의 미래로 크게 주목받아 온 실현 가능한 솔루션입니다. 다른 산업들은 수십 년간 이 방식을 사용해 왔지만, 바이오 제약의 경우는 예외 규정의 적용이나 공정 매개변수의 정확한 제어로 인해 상대적으로 좀 늦게 적용하게 되었습니다. 그러나 이러한 변화는 이미 진행 중이며, 많은 조직에서 이미 그 혜택을 누리고 있습니다. 

연속적인 바이오프로세싱의 성장은 공정 사이클을 최대 90일로 늘렸습니다. 일회용 시스템을 적용할 때, 설계자는 각 구성품의 기능 수명에 세심한 주의를 기울여야 합니다. 시스템의 일부는 단 몇 시간, 며칠을 위해 설계되었지, 몇 달을 사용하기 위해 설계된 것이 아닙니다! 따라서 유연한 튜브가 연속적인 바이오프로세싱의 일반적인 공정 조건에서도 장기간 사용할 수 있다는 것을 보여줘야 합니다. 또한 제품의 일관성과 품질을 유지하기 위해 생산 주기 전체에 걸쳐 일정한 유량을 구현해야 합니다. 

다가올 미래를 준비

미래의 프로세싱 시스템에 어떤 요구 사항이 생길지는 그 누구도 알 수 없습니다. 이처럼 빠르게 변화하는 산업에서는 새로운 치료 방식과 개발 방법론에 대하여 끊임없는 혁신과 개발이 이루어지고 있으며, 이는 앞으로 바이오 제약 산업을 완전히 바꿔놓을 수 있습니다. 바이오 의약품의 수요 증가로 알 수 있듯이, 이러한 치료제의 요구 조건을 만족하기 위해서는 완전히 새로운 프로세싱 시스템이 필요할 수 있습니다. 이러한 발전은 품질과 환자의 안전을 확보하기 위한 규제의 요구 사항 증가가 수반되며, 이 모든 요소는 공정 라인의 미래에 대한 대비를 불가능하게 만듭니다.

일회용 시스템은 새로운 요구사항에 맞춰 새로운 구성품으로 쉽게 업데이트할 수 있기 때문에, 현재와 미래의 요구 사항을 모두 만족시킬 최적의 선택입니다. 그러나 이러한 구성품의 공급 또한 함께 고려되어야 합니다. 최근 공급망 붕괴의 혼란이 업계 전반에 아직 생생하게 남아있는 만큼, 안전한 공급망을 갖춘 글로벌 파트너와 협력한다면, 향후 산업의 공급망 이슈에 대한 영향을 최소화하는 데 도움이 될 것입니다.

그렇다면, 일회용 시스템을 사용하려면 어떤 계획을 세워야 할까요?

이 모든 요소를 모두 고려하는 것은 부담으로 다가올 수 있습니다. 하지만 이러한 노력은 높은 품질의 제품을 신뢰할 수 있고, 효율적이며 효과적인 프로세싱 시스템으로 보상받을 수 있습니다. 시스템이 필요로 하는 부분과 최종 목표를 이해하는 것에서부터 시작하십시오. 바이오프로세싱 전문가들이 단기적인 효과만 보여주는 값싼 솔루션에 현혹되지 않고, 장기적인 비용 절감을 구현할 수 있도록 시스템을 설계하여 제공할 것입니다. 

믿을 수 있는 맞춤형 밸리데이션 시스템

규제 당국의 한층 더 강화된 요구 사항들을 만족하기 위해, Watson-Marlow Fluid Technology Solutions의 밸리데이션 팀은 전문 지식을 바탕으로 맞춤형 밸리데이션 패키지를 제공합니다. 이 팀에서는 자격을 갖춘 테스트 파트너와 함께 업계에서 인정하는 최신 표준을 사용하여 밸리데이션 연구를 설계합니다. 이러한 평가에는 엄격한 테스트와 데이터 분석이 포함되어 있으며, 수십 년간 축적된 바이오 의약품 장비 제조 경험을 바탕으로 각각의 품질 보증 요구 사항을 철저하게 준수합니다. 

특징 및 이점

• 제품 품질에 대한 완전한 자신감
• 밸리데이션에 대한 부담을 경감시키는 설계
• 특정 요구 사항에 맞는 맞춤형 밸리데이션 패키지
• 10-6 SAL(멸균 보증 수준)의 제품 품질 보증

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참고 문헌

i. https://www.fiercepharma.com/pharma/2024-forecast-cdmos-business-booming-even-employment-and-funding-hitches-persist original reference: https://www.evaluate.com/webinar/how-can-cdmos-succeed-2024-beyond/ 
ii. https://health.ec.europa.eu/system/files/2020-02/2020_annex1ps_sterile_medicinal_products_en_0.pdf 
iii. https://www.biophorum.com/download/extractables-testing-of-polymeric-single-use-components-used-in-biopharmaceutical-manufacturing/