단백질, 펩타이드 등의 바이오 물질 분리를 위한 단계별 YMC 제품의 선택 사이언스21 입니다.

단백질, 펩타이드 등의 바이오 물질 분리를 위한 단계별 YMC 제품의 선택

2019년도 KOREA LAB 전시회 참가기업의 세미나 자료입니다.

YMC의 '단백질, 펩타이드 등의 바이오 물질 분리를 위한 단계별 YMC 제품의 선택'을 이용한 세미나 발표자료는 (주)와이엠씨코리아에서 제공하였으며 주요 내용은 다음과 같다.

Introduction

전통적인 Chemical 의약은 상대적으로 단순한 구조이며, 작은 분자량의 합성품으로 제조되기 때문에 특허가 만료된 의약품의 Generic 의약을 만드는 것은 쉬운 편이다. 다만 합성으로 얻을 수 있는 신약은 점차 만들기가 어려워지고 있다. 반면에 Biological drug는 대체적으로 큰 분자량에 단백질 계열이 많기 때문에 특허가 만료되었다고 해도 동일한 제품을 만들 수 없어 Biosimilar라는 대체 의약을 만들 수 밖에 없다. 그렇지만 다양한 병증에 특이적으로 작용하는 특성으로 기존 Chemical 의약을 빠르게 대체해가는 추세이다.

Biological drug은 배양을 통해 얻는 경우가 대부분이기 때문에 원하는 Target 단백질 등을 고순도로 얻는 과정이 필요하다. 이 과정에서 Chromatography를 이용하여 분리정제를 진행하고 있다. YMC는 Biological drug의 각 분리공정에서 어떤 제품을 활용할 수 있는지 제시하고자 한다.

정제 단계별 YMC 추천
1) Capture
Capture 단계는 단백질 정제에 있어서 첫번째 단계이며, 배양액이나 배양액에서 Cell을 깬 상태의 시료를 처리하는 단계이다. Target 단백질은 배지성분, 바이러스, 세포벽 등 다양한 이물질에 노출된 상태이며, 이로 인해 Target 단백질이 악영향을 받을 수 있는 상태이기 때문에 빠른 처리로 단백질을 회수하는 것이 관건인 과정이다. 보통은 Affinity chromatography법을 많이 사용하며 특히 Protein A Resin을 사용하는 편이다. Protein A는 고가인 경우가 많아 대체 될 수 있다면 여러모로 이점이 있는 상황이다. YMC는 Capture 단계에서 BioPro IEX의 75㎛를 추천한다.

Capture 단계에서는 최대한 빠르게 단백질을 분리해내야 하므로 빠른 유속과 처리용량에서도 DBC(Dynamic Binding Capacity)를 유지하는 것이 중요하다. BioPro IEX series는 높은 선속도(1,000cm/hr~2,000cm/hr 이상)에서도 높은 DBC를 유지하기 때문에 Capture 단계에서 단백질을 빠른 시간에 처리하기에 적합하다(그림1). 또한 분석용 컬럼 등과 분리 특성이 유사하기 때문에 Scale up도 간편하다. Affinity chromatography를 대체한다면 Capture에서 YMC BioPro IEX 75㎛를 사용해보는 것을 추천한다.

2) Intermediate Purification
Intermediate Purification은 Target 단백질을 높은 순도로 분리하는 과정을 의미한다. 이 과정을 Polishing으로 표현하는 경우도 있는데 그럴 경우 Polishing 1, Polishing 2로 나누어 진행하는 경우도 있다. Target 단백질을 분리해야 하므로 높은 분리능을 요구하는 경우가 많다. 이 과정에서는 BioPro SmartSep IEX series를 추천한다.

BioPro SmartSep IEX series는 30㎛, 20㎛, 10㎛의 세 가지 크기의 Particle size가 있으며, 전반적으로 Particle size가 작은 입자를 채용하고 있기 때문에 높은 분리능을 얻을 수 있다. 만약 Capture 단계에서 Protein A를 사용하였다면 그림2와 같이 Capture 과정에서 떨어져 나온 Protein A 작용기를 분리할 수 있음도 볼 수 있다. 표1을 확인해보면 BioPro SmartSep의 내압 또한 최대 4MPa(40bar)로 매우 높은 내압을 가지는 것을 볼 수 있다. 이는 BioPro SmartSep의 높은 내구성을 확인할 수 있는 부분이며, 10㎛ Resin의 경우 금속 컬럼에 충전해도 높은 내압으로 사용에 문제가 없음을 의미한다.

3) Polishing
Polishing 단계에서는 Target 단백질에서 근접 용출되는 Variant를 분리 해 내기 위한 최대 분리능이 필요한 과정이다. 보통 Polishing을 최종 정제 단계로 보고 있으며, 이후의 공정에서는 Target 단백질의 보존과 포장을 위한 공정으로 이루어져 있다. 따라서 Polishing 공정에서 Target 단백질을 원하는 순도로 얻어야 하므로 다양한 방법으로 시도하게 된다.

특히 이 과정에서 Aggregate의 경우 SEC(Size Exclusion Chromatography)로 시도되는 경우도 있으나, 효율이 많이 떨어지기 때문에 보통은 추천하지 않는다. YMC는 Polishing 공정에서 BioPro SmartSep series와 YMC Triart gel series, BioPro HIC BF 등을 추천한다. BioPro SmartSep의 경우 앞서 언급된 바와 같이 10㎛까지 출시되고 있기 때문에 최대의 분리능을 얻을 수 있어 Variant 분리에 효과적으로 대응할 수 있다.

YMC Triart series는 역상 충전제로서 분자량이 100kDa 이하의 유기용매 사용이 가능한 단백질의 경우에 사용 가능하다. 유기용매에 내성이 있는 단백질이라면 역상 충전제를 시도해보는 것도 Polishing에서는 이점을 얻을 수 있다. 그림3과 같이 분자량이 높지 않고, 유기용매 사용이 가능한 단백질의 경우 역상에서 분리가 가능함을 확인할 수 있다. 일단 역상으로 분리가 가능하다면 유기용매 사용으로 Contamination 관리에서 이점이 있으며, 염의 사용이 줄어 이후 과정에서 제제화에 유리할 수 있다. 또한, 충전제의 수명이 매우 높아 생산비 절감에도 도움이 될 수 있다.

BioPro HIC BF의 경우 HIC(Hydrophobic Interaction Chromatography) 컬럼으로서 IEX와 다르게 염이 줄어드는 방향으로 공정을 진행하기 때문에 역상과 마찬가지로 이후 공정시에 유리하게 사용될 수 있다. IEX와 분리 특성이 다르기 때문에 IEX에서 분리가 어려운 물질에 효과적으로 활용될 수 있다.

맺음말
Biological drug를 활용하는 데 있어 가장 중요한 Purification의 단계에서 Chromatography 부분을 살펴보았다. 단백질 등을 분리하는데 Chromatography의 경우 보통 3가지 단계를 거치고 Capture, Intermediate purification, Polishing 등으로 요약할 수 있다. 각 단계에서 단계별 목적상 부합하는 YMC 제품들을 추천하였으며, 여러 가지 장점으로 기존 사용 Resin들과 비교우위에 있는 점들을 볼 수 있다. Biological drug의 분리정제 과정에서 YMC 제품을 통해 좀 더 경쟁력 있는 제품이 출시되기를 바란다.

YMC의 '단백질, 펩타이드 등의 바이오 물질 분리를 위한 단계별 YMC 제품의 선택'에 대한 궁금한 내용은 본 원고자료를 제공한 (주)와이엠씨코리아를 통하여 확인할 수 있다.

Model Name(모델명): Biopro, contichrom CUBE
Speaker(발표자): Lee Bongsu
Maker(제조사): YMC
Country of Origin(원산지): Japan
e-mail: bs.lee@ymckorea.com
Data Services(자료제공): YMC KOREA CO., LTD

<이 기사는 사이언스21 매거진 2019년 8월호에 게재 되었습니다.>