IEX, RP정제 에서 순도와 수율을 동시 상승시키는 크로마토그래피 솔루션 사이언스21 입니다.

IEX, RP정제 에서 순도와 수율을 동시 상승시키는 크로마토그래피 솔루션

(주)와이엠씨코리아가 '2024 KOREA LAB’ 전시기간 중 발표한 ‘IEX, RP정제 에서 순도와 수율을 동시 상승시키는 크로마토그래피 솔루션’의 세미나 내용은 다음과 같다.

Introduction

연속공정(Continuous Process)의 이점은 다양한 제조 산업에서 이미 그 효과를 입증한 바 있다. 바이오의약산업에서 연속공정의 상황은 어떨까? 바이오의약산업에서 업스트림(Upstream)의 경우 어느 정도 정착에 성공적이었다고 할 수 있다. 연속배양(Continuous culture)이나 관류배양(Perfusion culture) 등이 그 사례라고 할 수 있다. 하지만 다운스트림(Downstream)은 업스트림만큼 원활하다고 말하기가 어려운 상황이다. 다운스트림에서 키(key)가 되는 공정은 크로마토그래피(Chromatography)라고 할 수 있는데, 연속적인 공정을 하기에는 아직 어려움이 많다.

SMB(Simulated Moving Bed)같은 크로마토그래피공정이 바이오의약품 연속공정이 될 수 있을 것이라 논의가 활발하던 때가 있었으나, 시뮬레이션의 어려움과 다양한 제품에 적용하기 위한 공정을 만들기가 어려워 소량 다품종의 공정을 선호하는 트렌드를 맞추기가 어렵기 때문에 실질적인 적용은 보고된 케이스가 거의 없다.

연속공정의 성공여부를 판단할 수 있는 생산성과 관련하여, 기존의 단컬럼방식과 비교했을 때 우위에 있는 크로마토그래피공정이 없었던 것도 다운스트림의 연속공정화에 걸림돌이 되었다고 할 수 있다.

바이오의약품의 다운스트림에서 사용하는 대표적인 크로마토그래피 공정은 이온교환(IEX; Ion Exchange)과 역상(RP; Reverse Phase)이라고 할 수 있다.

이 두 가지 공정 모두에서 생산성을 증가시켜 다운스트림의 연속공정화에 기여한, YMC 연속크로마토그래피 공정 기술의 특징과 이점을 알아보고자 한다.

단컬럼 정제의 한계와 연속크로마토그래피(Continuous Chromatography)의 이점

1) 단컬럼 정제의 Trade off 현상

펩타이드 의약품의 크로마토그래피 정제를 단컬럼 방식의 기존 다운스트림 방식을 사용했을 때 그림 1과 같이 순도가 높게 정제할 경우 수율이 20% 정도로 떨어지게 되는 현상을 보게 된다. 이 때 고가의 API를 최대한 회수하기 위해 수율을 늘리게 되면 순도가 떨어져서 기준을 충족시키지 못하는 결과를 얻게 된다. 이를 단컬럼의 정제의 Trade off 현상이라고 말한다. 이런 Trade off 현상 때문에 대부분의 바이오의약품 정제에서 단컬럼 정제를 채용할 경우 정제효율을 최적화해도 생산성이 오르지 않는 문제가 발생한다.

그림 1. 단컬럼 정제의 Trade off 현상

2) 연속크로마토그래피 (Continuous chromatography)의 생산성 향상

YMC의 연속크로마토그래피인 MCSGP(Multi Column Solvent Gradient Purification)을 사용하게 되면 그림 2와 같이 순도와 수율을 동시에 상승시키는 결과를 얻을 수 있게 된다. ⑴

그림 2. 순도와 수율이 향상된 MCSGP

이 과정에서 이동상의 사용량은 펩타이드 1g을 정제하는 데 사용하는 양으로서 3.5L/g에서 1.0L/g으로 28.5% 수준으로 절감되었으며, 생산성은 3g/L/h에서 30g/L/h로 10배가량 상승한 것을 확인할 수 있었다.

3) IEX, RP를 사용하는 다양한 공정적용

이런 결과는 IEX와 RP를 사용하는 여러 공정에서 동등하게 생산성 향상 효과를 볼 수 있었으며, 올리고핵산을 정제하는 공정 (그림 3)과 항체 (Monoclonal antibody)를 정제하는 공정 (그림 4)에서도 동일하게 순도와 수율이 동시에 향상되어 생산성이 증가하는 결과를 확인할 수 있었다.

맺음말

배치공정(Batch Process)에 비해 연속공정(Continuous Process)은 생산성 향상 및 비용절감으로 많은 산업에서 생산공정에 도입하기 위해 노력하고 있다. 바이오의약산업에서 연속공정은 업스트림보다 다운스트림에 연속공정 도입이 더디게 진행되고 있는데, 그 이유는 단컬럼 방식의 정제가 생산성 향상에 도움이 되고 있지 않기 때문이다. 바이오의약산업의 연속공정화를 위한 과제로 다운스트림에서 크로마토그래피 연속공정이 필요하며, 그 해답은 YMC의 연속크로마토그래피 공정을 도입하면 가능하다. YMC의 연속크로마토그래피 공정은 IEX, RP 정제에서 MCSGP라는 특허공정으로 적용이 가능하며 순도와 수율을 동시에 상승시키는 과정을 통해 수 배에서 수십 배 생산성 향상을 도출할 수 있다.

YMC는 이 같은 공정을 Process scale(cGMP)에 성공적으로 적용하였으며, Lab scale 부터 Process scale까지 scale up, down을 제공할 수 있다. (그림 5, 그림 6)