📝 한눈에 보기
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바이오의약품 생산은 살아있는 세포를 배양해 목표 단백질을 만들어내는 것에서 끝나지 않습니다. 배양 공정(Upstream process)을 거친 최종 배양액에는 목표 단백질뿐 아니라 세포에서 유래한 단백질과 DNA, 배지 성분 등 다양한 불순물이 함께 존재하기 때문입니다. ‘정제 공정(Downstream process)’은 이 가운데 목표 단백질을 선택적으로 분리하고 불순물을 단계적으로 제거해 의약품에 요구되는 품질로 만들어가는 과정입니다.
특히 최근 다중 항체(Multispecific antibody), 융합 단백질(Fusion protein) 등 바이오의약품의 구조와 생산 방식이 다양해지면서, 각 분자의 특성에 맞는 정교한 정제 전략과 이를 대규모 생산 환경에서 안정적으로 구현하는 역량의 중요성도 커지고 있습니다.
바이오의약품 정제 과정
정제 공정은 배양액에서 목표 단백질을 선택적으로 분리한 뒤, 여러 단계에 걸쳐 불순물과 바이러스를 제거하고 최종적으로 원하는 농도와 환경을 갖추는 과정입니다. 항체 의약품의 정제에는 크로마토그래피(Chromatography), 바이러스 여과(Virus Filtration), 농축 및 버퍼교환(UF/DF) 등 다양한 기술이 활용됩니다. ▶️ 정제 공정 영상 보기
삼성바이오로직스 이정수 파트장(P4 DSP 1파트)은 “정제 공정에서는 단순히 순도만 높이는 것이 아니라 요구되는 품질 기준을 충족하면서 목표 단백질의 손실을 최소화하는 것이 중요하다”며, “상업 생산 단계에서는 정해진 공정 조건과 규격 내에서 공정을 일관되고 안정적으로 운영하면서 각 단계에서 발생할 수 있는 손실을 세밀하게 관리해 회수율을 확보하는 것이 핵심”이라고 덧붙였습니다.
분자의 종류와 생산 규모에 따라 달라지는 정제 전략
바이오의약품의 구조가 복잡해질수록 정제 공정의 난이도도 높아집니다. 다중 항체(Multispecific antibody), 융합 단백질(Fusion protein) 등 복잡한 구조의 바이오의약품은 단백질이 잘못 결합하거나 일부가 분해되는 과정에서 목표 단백질과 구조가 유사한 물질이 함께 생성될 수 있기 때문입니다.
이정수 파트장은 “기존 단일 항체(Monoclonal antibody)는 정제 공정이 상당 부분 플랫폼화되어 있어 공정의 흐름이나 주요 조건, 사용하는 레진(Resin) 등에 대한 경험이 충분히 축적되어 있다”며, “반면 최근 분자의 종류가 다양해지면서 단일 항체 기반의 기존 플랫폼을 그대로 적용하기보다 제품의 특성에 따라 공정을 변형하거나 특정 레진을 적용하는 등 고려해야 할 조건도 많아지고 있다”고 설명했습니다.
예를 들어 특정 바이오의약품은 정제 공정 중간 단계에서 목표 단백질을 안정적으로 유지할 수 있는 시간에 제약이 있어, 각 단계를 장시간 유지하기보다 다음 공정으로 신속하게 이동하는 등 공정 간 이동 시간까지 세밀한 고려가 필요합니다. 뿐만 아니라 일부 이중 항체(Bispecific antibody)의 경우, 두 종류의 모항체(Parental antibody)를 각각 생산·정제한 뒤, 정제된 두 물질을 일정한 조건에서 결합해 하나의 이중 항체를 형성하는 단계(Formation)를 거치고, 이후 다시 정제 공정을 이어가야 합니다.
이정수 파트장은 “복잡한 바이오의약품은 분자의 구조와 생산 방식에 따라 기존 단일 항체에는 없던 공정이 추가될 수 있어, 제품의 특성에 맞춰 전체 정제 공정을 구성하는 역량이 필수”라고 강조했습니다.
두 모항체의 정제 및 결합을 통한 이중항체 생산 공정 예시
유연한 생산 환경에 데이터 경쟁력을 더하다
정제 공정은 제품의 특성뿐 아니라 생산 규모에 따라 고려해야 할 조건도 달라집니다. 연구·개발 단계(Lab scale)에서 설계된 정제 공정을 대규모 생산 환경에 구현하기 위해서는 공정별 처리 용량과 크로마토그래피 운전 횟수(Cycle) 등을 실제 생산 설비의 용량(Capacity)과 장비 구성에 맞춰 운영해야 하기 때문입니다. 따라서 다양한 고객사의 공정을 실제 생산 환경에 구현할 수 있는 유연성(Flexibility)이 매우 중요합니다.
이정수 파트장(P4 DSP 1파트)은 “삼성바이오로직스의 강점은 다양한 공정을 수용할 수 있는 설비와 장비 측면의 유연성”이라며, “생산 규모와 공정에 따라 활용할 수 있는 다양한 옵션을 바탕으로 고객사의 공정을 실제 대규모 생산 환경에 적합하게 구현할 수 있다”고 설명했습니다.
연구·개발 단계의 소규모 정제 공정 (Lab scale, 왼쪽)과 대규모 생산 환경의 정제 공정 (Commercial scale, 오른쪽)
삼성바이오로직스는 하나의 장비로 필요한 용량을 충족하기 어려운 경우 인접한 장비를 함께 활용할 수 있도록 배관 구성을 달리하거나, 필요에 따라 추가 장비와 이동형 장비(Mobile equipment)를 활용하는 등 공정에 맞춰 다양한 설비·장비 옵션을 적용합니다. 이러한 생산 유연성을 바탕으로 공장 간 기술 이전(Technology transfer)도 원활하게 이루어지고 있습니다.
뿐만 아니라 축적된 생산 데이터를 공정 모니터링에도 적극 활용하고 있습니다. 생산 중인 공정의 흐름을 확인하는 PI System¹과 다변량 데이터 분석 도구인 SIMCA² 등을 활용해 현재 배치의 공정 데이터와 과거 배치 데이터를 함께 분석합니다. 이정수 파트장은 “공정 값이 정해진 규격(Specification) 범위 안에 있더라도 과거 배치와 비교하면 평소와 다른 흐름(Atypical trend)을 확인할 수 있다”며, “이러한 변화를 사전에 파악하고 면밀하게 모니터링함으로써 일관되고 안정적인 생산을 지원하고 있다”고 전했습니다.
¹ PI System: 생산 공정에서 발생하는 데이터를 실시간으로 수집·저장하고, 현재 진행 중인 배치의 공정 흐름을 모니터링하는 시스템
² SIMCA: 여러 공정 변수를 함께 분석하는 다변량 데이터 분석(Multivariate Data Analysis, MVDA) 도구로, 현재 배치의 데이터를 축적된 과거 배치 데이터와 비교해 기존과 다른 패턴이나 흐름을 확인하는 데 활용
✅ 삼성바이오로직스의 정제 공정 핵심 경쟁력
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삼성바이오로직스의 다양한 경쟁력 집중탐구 시리즈 이야기는 아래 연관 콘텐츠에서 더 확인하실 수 있습니다.
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바이오의약품 생산은 살아있는 세포를 배양해 목표 단백질을 만들어내는 것에서 끝나지 않습니다. 배양 공정(Upstream process)을 거친 최종 배양액에는 목표 단백질뿐 아니라 세포에서 유래한 단백질과 DNA, 배지 성분 등 다양한 불순물이 함께 존재하기 때문입니다. ‘정제 공정(Downstream process)’은 이 가운데 목표 단백질을 선택적으로 분리하고 불순물을 단계적으로 제거해 의약품에 요구되는 품질로 만들어가는 과정입니다.
특히 최근 다중 항체(Multispecific antibody), 융합 단백질(Fusion protein) 등 바이오의약품의 구조와 생산 방식이 다양해지면서, 각 분자의 특성에 맞는 정교한 정제 전략과 이를 대규모 생산 환경에서 안정적으로 구현하는 역량의 중요성도 커지고 있습니다.
바이오의약품 정제 과정
정제 공정은 배양액에서 목표 단백질을 선택적으로 분리한 뒤, 여러 단계에 걸쳐 불순물과 바이러스를 제거하고 최종적으로 원하는 농도와 환경을 갖추는 과정입니다. 항체 의약품의 정제에는 크로마토그래피(Chromatography), 바이러스 여과(Virus Filtration), 농축 및 버퍼교환(UF/DF) 등 다양한 기술이 활용됩니다. ▶️ 정제 공정 영상 보기
삼성바이오로직스 이정수 파트장(P4 DSP 1파트)은 “정제 공정에서는 단순히 순도만 높이는 것이 아니라 요구되는 품질 기준을 충족하면서 목표 단백질의 손실을 최소화하는 것이 중요하다”며, “상업 생산 단계에서는 정해진 공정 조건과 규격 내에서 공정을 일관되고 안정적으로 운영하면서 각 단계에서 발생할 수 있는 손실을 세밀하게 관리해 회수율을 확보하는 것이 핵심”이라고 덧붙였습니다.
분자의 종류와 생산 규모에 따라 달라지는 정제 전략
바이오의약품의 구조가 복잡해질수록 정제 공정의 난이도도 높아집니다. 다중 항체(Multispecific antibody), 융합 단백질(Fusion protein) 등 복잡한 구조의 바이오의약품은 단백질이 잘못 결합하거나 일부가 분해되는 과정에서 목표 단백질과 구조가 유사한 물질이 함께 생성될 수 있기 때문입니다.
이정수 파트장은 “기존 단일 항체(Monoclonal antibody)는 정제 공정이 상당 부분 플랫폼화되어 있어 공정의 흐름이나 주요 조건, 사용하는 레진(Resin) 등에 대한 경험이 충분히 축적되어 있다”며, “반면 최근 분자의 종류가 다양해지면서 단일 항체 기반의 기존 플랫폼을 그대로 적용하기보다 제품의 특성에 따라 공정을 변형하거나 특정 레진을 적용하는 등 고려해야 할 조건도 많아지고 있다”고 설명했습니다.
예를 들어 특정 바이오의약품은 정제 공정 중간 단계에서 목표 단백질을 안정적으로 유지할 수 있는 시간에 제약이 있어, 각 단계를 장시간 유지하기보다 다음 공정으로 신속하게 이동하는 등 공정 간 이동 시간까지 세밀한 고려가 필요합니다. 뿐만 아니라 일부 이중 항체(Bispecific antibody)의 경우, 두 종류의 모항체(Parental antibody)를 각각 생산·정제한 뒤, 정제된 두 물질을 일정한 조건에서 결합해 하나의 이중 항체를 형성하는 단계(Formation)를 거치고, 이후 다시 정제 공정을 이어가야 합니다.
이정수 파트장은 “복잡한 바이오의약품은 분자의 구조와 생산 방식에 따라 기존 단일 항체에는 없던 공정이 추가될 수 있어, 제품의 특성에 맞춰 전체 정제 공정을 구성하는 역량이 필수”라고 강조했습니다.
두 모항체의 정제 및 결합을 통한 이중항체 생산 공정 예시
유연한 생산 환경에 데이터 경쟁력을 더하다
정제 공정은 제품의 특성뿐 아니라 생산 규모에 따라 고려해야 할 조건도 달라집니다. 연구·개발 단계(Lab scale)에서 설계된 정제 공정을 대규모 생산 환경에 구현하기 위해서는 공정별 처리 용량과 크로마토그래피 운전 횟수(Cycle) 등을 실제 생산 설비의 용량(Capacity)과 장비 구성에 맞춰 운영해야 하기 때문입니다. 따라서 다양한 고객사의 공정을 실제 생산 환경에 구현할 수 있는 유연성(Flexibility)이 매우 중요합니다.
이정수 파트장(P4 DSP 1파트)은 “삼성바이오로직스의 강점은 다양한 공정을 수용할 수 있는 설비와 장비 측면의 유연성”이라며, “생산 규모와 공정에 따라 활용할 수 있는 다양한 옵션을 바탕으로 고객사의 공정을 실제 대규모 생산 환경에 적합하게 구현할 수 있다”고 설명했습니다.
연구·개발 단계의 소규모 정제 공정 (Lab scale, 왼쪽)과 대규모 생산 환경의 정제 공정 (Commercial scale, 오른쪽)
삼성바이오로직스는 하나의 장비로 필요한 용량을 충족하기 어려운 경우 인접한 장비를 함께 활용할 수 있도록 배관 구성을 달리하거나, 필요에 따라 추가 장비와 이동형 장비(Mobile equipment)를 활용하는 등 공정에 맞춰 다양한 설비·장비 옵션을 적용합니다. 이러한 생산 유연성을 바탕으로 공장 간 기술 이전(Technology transfer)도 원활하게 이루어지고 있습니다.
뿐만 아니라 축적된 생산 데이터를 공정 모니터링에도 적극 활용하고 있습니다. 생산 중인 공정의 흐름을 확인하는 PI System¹과 다변량 데이터 분석 도구인 SIMCA² 등을 활용해 현재 배치의 공정 데이터와 과거 배치 데이터를 함께 분석합니다. 이정수 파트장은 “공정 값이 정해진 규격(Specification) 범위 안에 있더라도 과거 배치와 비교하면 평소와 다른 흐름(Atypical trend)을 확인할 수 있다”며, “이러한 변화를 사전에 파악하고 면밀하게 모니터링함으로써 일관되고 안정적인 생산을 지원하고 있다”고 전했습니다.
¹ PI System: 생산 공정에서 발생하는 데이터를 실시간으로 수집·저장하고, 현재 진행 중인 배치의 공정 흐름을 모니터링하는 시스템
² SIMCA: 여러 공정 변수를 함께 분석하는 다변량 데이터 분석(Multivariate Data Analysis, MVDA) 도구로, 현재 배치의 데이터를 축적된 과거 배치 데이터와 비교해 기존과 다른 패턴이나 흐름을 확인하는 데 활용
✅ 삼성바이오로직스의 정제 공정 핵심 경쟁력
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