2023 KASICS(2023. 10. 19(목). 코엑스 개최)에서 ‘YMC KOREA’가 발표한 ' 신규물질 표준화를 위한 분석에서 정제까지 Scale-up 과정 및 획기적인 정제 솔루션'의 세미나 내용은 다음과 같다.
1.액체 크로마토그래피 분리 정제란
Prep. HPLC로 분리정제를 하는 이유에는 여러가지가 있는데, 신규물질을 정제하여 구조분석이나 표준물로 사용하는 경우가 많다. 특히, 기존물질의 경우 판매되고 있는 물질을 구입하여 정성, 정량에 사용할 수 있지만, 신규물질인 경우 시중에서 구하여 사용할 수가 없기 때문에 직접 정제하여 표준물로 활용해야 한다. 그만큼, 분리 정제 과정이 신규물질 연구에 있어 필수적인 부분이다. 또한 분리 정제를 진행할 때 가장 중요한 과정이 바로 분석 Scale에서 정제 Scale로의 'Scale-up'과정이라고 할 수 있다.
2.정제 Scale-up 진행 시 중요한 요소
신규물질 표준화를 위한 Scale-up 시 고려할 요소는 1) 동일한 충전제 선정, 2) 선속도, 3) 적절한 분석시간 및 부하량으로 3가지를 들 수 있다. 특히, Scale-up 진행 시 충전제와 선속도를 동일하게 맞춰지지 않는다면 동등한 데이터를 얻을 수 없다. 그리고, 생산성과 직결되는 요소인 ‘적절한 분석시간 및 부하량’은 Pilot, Commercial scale로 Scale-up이 되었을 때 생산량 및 버퍼 소비량이 ton단위로 차이가 나는 것을 볼 수 있다. 따라서, 분석 Scale이나 Semi-prep scale에서 적절한 데이터를 얻은 후 Scale-up을 진행해야 오류를 줄일 수 있다.
YMC는 Bench top scale (80 ml/min)의 장비부터 Commercial scale (80 L/min)의 장비까지 Prep-LC 및 컬럼을 폭 넓게 갖추고 있다. 위에 언급한 Scale-up을 위한 세가지 요소, YMC의 넓은 System line up과 분리정제에 대한 노하우를 접목시킨다면 쉽고 간단하게 정제하여 목표물질을 생산할 수 있다.
3. YMC의 혁신적인 Continuous Chromatography 기술 소개 및 N-Rich 기술
앞서 언급한 3가지 분리 요소를 접목한다면 손쉽게 Scale-up하여 분리 정제를 할 수 있으나, 때로 Batch chromatography로는 분리하기 까다로운 물질을 분리해야 하는 경우가 있다. 순도와 회수율 사이의 “Trade-off”(상쇄)의 문제가 발생하는 샘플이 이런 경우인데 Batch chromatography 방식으로는 이를 극복하기 어렵다.
YMC는 Continuous chromatography를 통하여 이러한 문제에 대한 솔루션을 제공할 수 있다.
Continuous chromatography 기술은 다중 컬럼 정제 기술로 ‘원료의 주입’, ‘분리’, ‘용출’이라는 일련의 과정을 연속적으로 동시에 진행하는 기술이다. Batch 방식과 비교하여 같은 시간 대비 높은 생산성을 갖고 있다. 그리고 YMC의 경우 2대의 컬럼만을 이용하는 특허기술을 사용하고 있는데, 생산성 증대 뿐만 아니라 공정 관리, Validation 등에 있어 간편하다는 장점이 있다. 2대의 컬럼을 이용하는 이점으로 코로나 이후 다양해진 바이오 의약품에 대해 유연하게 대응할 수 있는 특징이 있다.
YMC Continuous chromatography는 대표적으로 두 가지 기술을 구현하고 있다.
1) MCSGP(Muti-column Counter current Solvent Gradient Purification) 기술
MCSGP 기술은 순도와 회수율 사이의 “Trade-off” 문제를 쉽게 해결할 수 있는 기술이다. Batch 방식에서는 목적 물질의 전후에 불순물이 있다면 목적 물질을 고순도로 회수하기 위해 순도가 안 나오는 일부분을 포기할 수밖에 없었다. 하지만, MCSGP 기술을 이용한다면 높은 순도의 목적 물질을 높은 회수율로 얻을 수 있기 때문에 생산비용을 절약할 수 있다 (그림1 참고).
그림 1. Batch 방식과 MCSGP의 차이점
2) N-Rich 기술
N-Rich 기술은 미량의 목표 물질을 두 개 컬럼내에서 농축하여 분리하는 방법으로 2차~N차 분리를 컬럼 내에서 간편하게 진행하는 효과를 얻을 수 있는 분리방법이다. 불순물이 포함되어 있는 부분은 전부 버리고, 미량의 목표 물질 부분을 계속 순환 농축하여 함량을 증가시키는 방법으로 Batch에서의 물리적인 농축 및 2차 정제에서의 오염과 같은 Risk 없이 간편하게 미량의 물질을 고순도로 정제할 수 있다. 일반 Batch에서 미량의 물질 정제에 한 달이라는 시간이 소요될 때, N-Rich 기술 적용 시 3일 만에 정제를 한 사례도 있는 만큼 미량물질 정제에 매우 유용한 정제 기술이라 할 수 있다(그림2 참고).
그림 2. N-Rich 과정
4. 맺음말
다양한 연구분야에서 Prep-LC를 이용한 신규물질 정제의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 정제 Process에서 Scale-up 과정은 필수인데, ‘동일한 충전제 선정’, ‘선속도’, ‘적절한 분석시간 및 부하량’, 이렇게 3요소를 고려해야 원활하고 안정적인 데이터를 얻을 수 있다. 다양한 목적 물질 정제 시 해결하기 어려운 순도와 회수율의 Trade-off 문제를 직면하는 경우가 많은데, 이 경우 YMC의 Continuous chromatography 기술을 적용하면 쉽게 해결이 가능하다. YMC의 Continuous chromatography는 순도와 회수율의 Trade-off를 해결할 수 있는 MCSGP 기술과 분리하기 어려운 미량물질의 정제를 쉽고 빠르게 할 수 있는 N-Rich 기술이 있다. 크로마토그래피 분야에서 선두적인 YMC기술을 활용해 볼 것을 제안한다.
'신규물질 표준화를 위한 분석에서 정제까지 Scale-up 과정 및 획기적인 정제 솔루션'에 관한 궁금한 내용은 본 원고자료를 제공한 YMC KOREA를 통하여 확인할 수 있다.
Reference(참고문헌): YMC 한국지사 홈페이지 (하기 링크 참조)
https://www.ymckorea.com/page/s2/product_view.php?p_code=CHILD1596509983
Model Name(모델명): Contichrom CUBE, Contichrom TWIN
The Person in Charge(담당자): Chanyang Lee
Maker(제조사): YMC
Country of Origin(원산지): Japan
Mail inquiry: cy.lee@ymckorea.com
Data Services(자료제공): YMC KOREA
<이 기사는 사이언스21 매거진 2023년 12월호에 게재 되었습니다.>
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