상업생산을 위한 세포주 개발 가속화 가이드 Part Ⅰ 세포주 개발 : 안정적인 바이오 생산 공정의 기초
- Ⅰ. 세포주 개발 : 안정적인 바이오 생산 공정의 기초 (Cell Line Development : The Foundation of a Reliable Production Process)
바이오제약의약품 또는 생물학적제제는 의료산업의 필수 분야가 되고 있습니다. 주로 치료용 재조합 단백질로 구성된 바이오의약품은 다양한 질병, 특히 암 및 염증성 장애를 치료하는 데 상당한 성공을 거두었습니다.
그러나 신뢰할 수 있는 바이오의약품 공정 개발은 이론 및 기술적으로 매우 어려운 작업으로 실패할 가능성 또한 많은 상황입니다. 바이오의약품 제조는 살아있는 숙주 세포를 생산 센터로 이용하고 있으며 따라서 온건하고 수율이 높은 세포주의 개발은 신뢰할 수 있는 생산 공정의 기초가 되고 있습니다.
그러나 세포의 가변성은 공정 중 기술적 문제를 야기할 수 있는 가능성을 갖고 있습니다. 더불어, 바이오의약품 개발 중 발생할 수 있는 난관들에 대한 배경 지식은 개발과정 중 효과적인 의사결정에 중요한 역할을 하고 있습니다.
관련하여 본문에서는 바이오의약품 생산 중 세포주개발 과정과 관계된 어려움에 대한 이야기를 시작으로 개발자가 잘못된 정보에 따른 의사결정을 피하는 데 도움이 될 수 있는 방안을 안내하고자 합니다.
- Ⅱ. 세포주 개발 과정
연구 및 상업생산에 충분한 물질을 생산할 수 있는 온건하고 안정적인 세포주 구축은 바이오프로세스 개발의 아주 중요한 단계로서 기초가 되고 있으며, 향후 전체적인 프로젝트의 성공 및 실패에 영향을 미칠 수 있을 만큼 중요한 단계입니다. 아래 소개되는 내용은 세포주 개발 과정을 나타내고 있습니다.
- 1. 유전자클로닝 그리고 유전형질변환 (Gene Cloning and transfection)
- 첫째, 선택된 포유동물세포주 (mammalian host cell line)의 세포는 원하는 단백질을 발현할 수 있도록 조작되어야 합니다. 목적 단백질(목적 바이오의약품)을 암호화(encoding)하는 유전물질을 포함하는 발현 벡터를 합성하여 세포의 유전자형질변환 (transfection)에 사용되며 형질변환과정(transfection process)을 통해 유전물질이 도입된 혼합세포집단(a mixed population of cells)이 준비됩니다.이후, 최적의 세포를 선별하기 위한 과정에 들어가게 됩니다. 해당세포에 대한 연구를 통해 목적 DNA를 운반하고 예상되는 바이오의약품을 생산할 수 있는 세포의 일반적인 특성에 대한 정보를 확보할 수 있게 됩니다.
- 2. 클론 스크리닝 및 선별 (Clone screening adn selection)
- 두 번째, 혼합세포집단 (a mixed population of cells)으로부터 단일 세포(single cells)를 분리하고 확장하여 클론집단(clonal population)을 생성해야 합니다. 가장 바람직한 클론(최적 단일 세포)을 선별하기 위해 스크리닝 과정을 진행하여 높은 역가의 목적 단백질을 안정적으로 생산할 수 있는 최종 클론을 선별합니다. 추가 특성화를 진행하기 전에 세포 집단의 단일 클론성 (monoclonality)도 확인해야 합니다.
- 3. 세포주개발 과정 중 특성 분석 (Cell line characterization)
- 스크리닝 및 최종 클론 선별이 완료되면, 선택된 클론이 목적으로 하는 단백질 그리고 요구되는 단백질의 모든 특성을 발현시키고 있는지를 확인하기 위한 특성분석이 이루어져야 합니다. 목적 단백질의 효능, 결합, 물리화학적 그리고 구조적 특성과 같은 제품의 중요한 품질속성(CQA, critical quality attribute)을 평가하기 위해 여러 분석이 진행됩니다.또한 차세대시퀀싱 (next-generation sequencing)을 사용하여 도입된 유전자를 검사하고 클론의 안정성에 대한 추가 정보를 확보할 수 있습니다.
- 4. 세포배양 및 공정최적화 (Expansion and optimization)
- 다양한 배양 규모에서 최적의 생산매개변수 (optimal production parameters)를 달성하기 위해 여러 차례의 최적화 작업이 진행됩니다. 개발자는 예비 생산 규모에서 상업 생산 규모에 이르기까지 제품의 품질이 유지되는지 확인해야 합니다.다양한 배지 구성 및 공정 매개변수에 대한 반복 테스트를 통해 필요한 제조 규모에서 단백질 생산의 효율성과 수율을 개선할 수 있는 추가 기회를 식별할 수 있습니다.
- 5. 세포은행생산 (Cell Banking)
- 마지막으로 바이오의약품의 지속적인 생산을 위한 세포은행(Cell Bank)을 만듭니다. GMP 기준에 따르는 마스터세포은행 (MCB, Master Cell Banks)을 구축하여 제조용세포은행 (WCB, Working Cell Banks) 제조 및 생산 시작 준비를 위해 테스트 및 특성화가 진행됩니다.
지금까지 세포주 개발 가속화 가이드 Part Ⅰ : 안정적인 바이오 생산 공정의 기초에 대해 알아보았습니다. 추후 상업생산을 위한 세포주 개발 가속화 가이드 Part Ⅱ & Ⅲ, Part Ⅳ 도 추가 게재될 예정이니 많은 관심 부탁드립니다. 더욱 자세한 사항이 알고 싶으신 분들은 아래 링크를 통해 문의해주시면 친절히 답변해드리도록 하겠습니다.
