[CGT CDMO의 이해⑦]
안정적인 세포주 개발의 중요성
2024.10.02
미국 텍사스에 있는 CGT CDMO 전문기업 마티카 바이오테크놀로지(이하 마티카 바이오)가 공개한 백서(White Paper)를 기반으로 세포∙유전자치료제 CDMO의 구조와 기능을 알아보는 [CGT CDMO의 이해] 칼럼을 8편 연재합니다.
7편에서는 바이럴 벡터(Viral Vector)와 세포·유전자치료제를 생상하는데 있어서 세포주 개발의 중요성에 대해 알아보겠습니다.
많은 바이오기업이 결함이 있는 유전자를 대체하거나 신체가 질병과 싸우는 데 도움이 되는 새로운 유전자를 도입해 질병을 치료하는 세포·유전자치료제를 개발하기 위해 노력하고 있다.
세포·유전자치료제를 개발하기 위해서는 DNA나 RNA와 같은 유전물질을 세포나 생체에 전달하는 운반체인 바이럴 벡터가 필요하다. 또 바이럴 벡터를 생산하기 위해서는 세포주(Cell Lines)가 필요하다.
세포주란 체외에서 대량 배양이 가능한 세포다. 세포주 개발은 바이오의약품 개발의 첫 단추이자 기본이 되는 플랫폼 기술이다.
일시적인 발현과 안정적인 세포주
두 가지 방법으로 세포·유전자치료제 개발에 필요한 바이럴 벡터를 생산할 수 있다.
일시적 발현(Transient Expression)
일시적 발현은 세포가 원래는 지니고 있지 않는 특정 유전자나 유전자 일부를 일시적으로 발현하는 것을 말한다. 외부 유전자가 도입되는 경우 세포의 DNA에 통합되지 않고 일정 시간이 지난 후 사라진다. 세포가 분열하면서 유전자도 함께 사라지기 때문에 안정성이 떨어진다. 그래서 연구개발 초기 단계에서 사용된다.
안정적인 세포주(Stable Cell Line)
안정적인 세포주는 특정 유전자가 세포의 DNA에 통합돼 세포가 분열 및 증식해도 해당 유전자가 소실되지 않고 계속 전달돼 안정적으로 발현되는 세포주를 말한다.
이러한 안정성 덕분에 원하는 단백질이나 바이럴 벡터를 지속적으로 생산할 수 있다. 임상시험 단계를 넘어 상업적 생산에서 중요한 역할을 한다.
안정적인 세포주의 장점
안정적인 세포주는 임상용으로 생산을 확대할 때 일시적 발현에 비해 여러 가지 장점이 있다.
일관성 및 품질: 안정적인 세포주는 치료 유전자가 장기간에 걸쳐 일관되게 발현되도록 보장해 고품질의 제품을 제공한다.
비용 효율성: 유전자가 안정적으로 통합되므로 반복적인 형질주입(외래 DNA를 세포에 도입하는 과정)이 필요하지 않아 생산 비용이 절감된다.
간소화된 프로세스: 형질주입에 필요한 시약 사용을 줄일 수 있어, 시약으로 인한 생산의 변동성이 줄어든다. 전체 프로세스가 단순해져 최종 제품의 품질을 더욱 효과적으로 제어할 수 있다.
안정적인 세포주 개발의 도전과 혁신
안정적인 생산자 세포주를 개발하는 데는 다음과 같은 어려움이 있다.
세포독성: 세포가 바이럴 벡터를 계속 생산하다 보면, 세포의 생존율이 점차 감소하게 된다. 벡터의 생산시기와 양을 제어할 수 있는 유도발현시스템과 같은 솔루션을 연구하고 있다. 유도발현시스템을 사용하면 필요한 경우에서 바이러스 단백질을 발현하도록 조절할 수 있다.
유전자 통합 및 균형: 올바른 수의 유전자가 세포의 게놈에 통합되고 균형이 올바르게 유지되도록 하는 것은 효과적인 벡터 생산에 매우 중요하다. 벡터 엔지니어링의 발전은 이러한 과제를 극복하는 데 도움이 된다.
설계기반 품질고도화를 활용한 안정적인 세포주 개발
설계기반 품질고도화(Quality by Design; QbD)는 의약품의 품질 목표를 미리 설정해 제품 및 공정에 대한 이해와 공정관리를 통한 과학 및 품질 위해 관리에 근거한 체계적인 의약품 개발 방법이다.
QbD에 의한 의약품의 개발 진행 단계에서는 여러 가지 고려해야 할 사항들이 있다.
먼저 제품의 품질 목표 사항(QTPP, Quality Target Product Profile)이다. 환자의 필요를 충족하고 특정 성능을 발휘할 수 있는 의약품의 목표를 설정하는 것이다. 투여 경로, 제형, 생체이용률, 함량, 안정성을 고려해 안전성 및 유효성과 관련한 의약품의 목표 사항을 정한다.
두 번째는 핵심 품질 특성(CQAs, Critical Quality Attributes)이다. CQA는 QTPP를 통해 얻어지며, QTPP를 만족시키기 위한 숫자로 된 기준인 물리, 화학, 생물학적 특성들이 해당된다. 제품의 주요 품질 특성을 확인하고, 품질에 영향을 미치는 제품의 성질을 연구하고 관리한다.
마지막으로는 품질관리 전략(control strategy)을 바탕으로 하는 공정 이해(Process Understanding)를 고려할 수 있다.
설계기반 품질 고도화의 장점은 이원화되어 있던 제조와 품질관리를 일원화시켜 생산효율 증가와 함께 의약품 품질 고도화를 이뤄낼 수 있다는 것이다. 또 의약품의 시장 출시까지의 시간을 단축시키고, 의약품 개발단계에 소용되는 비용을 줄일 수 있다.
약물 스크리닝과 프로세스 개발 전문가 필요
안정적인 세포주를 개발하려면 공정의 과학적 측면과 규제 측면 모두 고려해야 한다. 그래서 약물 스크리닝과 프로세스 개발 두 분야에 대해 지식을 보유하고 있는 전문가가 필요하다. 전문가는 약물 개발과 프로세스 최적화 간의 격차를 해소하는 데 중요한 역할을 한다. 이들은 세포주가 효과적일 뿐만 아니라 성공적인 임상 및 상업적 생산에 필수적인 규제 표준을 준수하는지 확인한다.
과거로부터 배운 교훈과 프로세스 개선
단클론 항체 생산과 같은 다른 생명공학 분야에서 배운 교훈을 적용해 안정적인 세포주를 개발하고 있다. 벡터 엔지니어링 및 세포주 최적화의 혁신은 현재의 과제를 극복하고 개발 프로세스를 가속화하는 데 도움이 된다. 이러한 기술이 발전함에 따라 안정적인 생산자 세포주는 새롭고 효과적인 유전자 치료법을 시장에 출시하는 데 점점 더 중요한 역할을 하게 될 것이다.
요약하면, 일시적인 발현은 초기단계 연구에 유용하지만, 안정적인 생산자 세포주는 동일한 품질의 바이럴 벡터를 대량생산하는데 중요한다. 세포주 개발은 안전하고 효과적인 세포·유전자치료제를 개발하는게 걸리는 시간과 비용을 줄여준다. #
