바이오제약기업들은 생산 시스템을 보다 유연하고 효율적으로 만들어줄 수 있는 기술을 모색하고 있으며, 단일 사용 기술이 이를 지원할 수 있습니다.
단일 사용(Single-Use) 및 모바일 기술의 발전으로 바이오의약품 생산은 더 유연하고 수익성이 높아졌습니다. 항체, 단백질, 백신, 세포 치료 및 유전자 치료는 모두 완전한 단일 사용 엔드 투 엔드 프로세스에서 제조되어 혜택을 얻을 수 있는 분자들의 예입니다.
단일 사용 시스템은 세정 및 세정 유효성 검사를 수행하는데 필요한 시간을 줄여 전체 운영 비용을 낮추고 분석적 품질 관리 비용을 절감하며 시설 활용 시간을 향상시키는데 도움을 줄 수 있습니다. 또한 제조업체들이 한 제품에서 다른 제품 배치로 보다 쉽고 빠르게 전환할 수 있도록 해줍니다.
바이오의약품의 개발 및 생산과 관련된 막대한 비용을 고려해, 바이오제약기업들은 생산 시스템들을 보다 유연하고 확장 가능하며 쉽게 구현할 수 있는 기술을 모색하고 있습니다.
결과적으로, 단일 사용 기술은 생산성 달성을 위한 주요 접근 방식이 되었습니다. 단일 사용 바이오리액터와, 단일 사용 크로마토 크래피 컬럼에서, 완전한 단일 사용 워크플로우와 바이오 제조 시설까지, GE헬스케어(GE Healthcare)는 단일 사용 기술의 혁신을 이끌고 있습니다.
프로세스 제어 간소화 및 자동화
GE헬스케어 라이프사이언스(GE Healthcare Life Sciences)는 로크웰 오토메이션과 협력하여 전 세계적으로 운영되는 생물 반응 장치, FlexFactory 생산 라인, 모듈형 컨테이너 기반의 클린룸의 프로세스 제어를 간소화 및 자동화해왔습니다.
GE 헬스케어의 바이오프로세스 오토메이션 및 바이오프로세스 디지털의 총괄 케빈 시버(Kevin Seaver)는 "바이오 기술과 바이오의약품 생산 프로세스는 우유의 유당 제거, 빵과 치즈 품질을 개선하는 것에서부터 플루 백신, 임신 테스트, 당뇨병 치료까지 우리 모두의 삶에 영향을 미친다”며 “또한 이러한 기술과 프로세스는 신체에 존재하는 백혈구가 암세포만 집중 공격하고 정상적인 폐 조직은 손상 없이 그대로 놔두도록 해 폐암을 이겨내는데 도움을 주는 단백질을 개발하는데도 사용된다”고 말했습니다. 그는 "2022년까지, 바이오제약은 전체 처방의약품 시장의 약 30%를 차지하게 될 것"이라고 덧붙였습니다.
상위 및 하위 제조 프로세스는 모두 단일 사용 시스템으로부터 혜택을 받을 수 있습니다. 제조업체가 완충 솔루션이나 세포 배양 배지(cell culture media)를 생산하는 경우 특히 그렇습니다. 이외에도, 바이오 프로세싱 애플리케이션은 대규모 및 소규모 프로세스를 포함합니다. 프로작(Prozac) 같은 기존 의약품들이 60개 이하의 원자로 이루어진 분자로 조제되는 반면, 인슐린 같은 바이오의약품의 수백 개의 원자로 구성된 분자들로 조제되고, 단세포 항체는 1만 여 개, 플루 백신은 10만여 개의 원자로 구성된 분자로 조제됩니다. 이러한 복잡성 때문에, 새로운 바이오의약품의 개발과 상하위 생산 프로세스는 나날이 복잡해지고 그 비용도 늘어나고 있습니다.
케빈 시버는 "비용 때문에 기업들은 비용이 적게 드는 ‘바이오 시밀러(생물 의약품의 복제약)’ 의약품을 개발하려고 한다. 게다가 특허가 만료되면 다른 제조사들도 같은 의약품을 제조하기 시작한다”고 설명합니다. 그는 개인 맞춤형 의약품, 현지 생산, 다른 신기술 등이 바이오의약품 시장에 변화를 가져오는 다른 원동력으로 꼽았습니다.
케빈 시버는 업계는 가격 인하, 시장 출시 가속화, 변화하는 시장 수요에 신속하게 대응해야 하는 부담을 안고 있다고 덧붙였습니다. 그는 "예를 들어, 세포 치료가 나온 지 4~5년 밖에 되지 않았는데, 이제는 세포치료가 아닌 유전자 치료가 빠르게 부상하고 있다”며 "그러나, 신약을 개발하는 데는 7년이 걸리고 12~17억 달러가 들기 때문에, 제약회사들은 4~5년 앞을 내다보고 공장을 구축해야 한다. 이 때문에, 단일 사용 바이오프로세스 시설을 1년이나 1년 반 정도에 구현할 수 있다면, 바이오 의약품 제조회사들이 생산 결정을 미룰 수 있게 되어 시간과 비용을 절감할 수 있게 될 것"이라고 설명했습니다.
협업의 이점
케빈 시버는 30년에 걸친 GE헬스케어와 로크웰 오토메이션의 협업은 이미 많은 이점을 얻었지만, 선제작된 모듈식 클린룸 KUBio에 설치될 수 있는 FlexFactory 라인의 생물 반응 장치 최적화를 위한 최신 협업은 더 큰 잠재적인 이점을 제공한다고 말했습니다.
케빈 시버는 "전형적인 2,000리터 바이오리액터를 가동하는 경우, 배치를 생산할 때마다 300개의 파이프와 라인을 만들어 연결해야 한다”며 "이와 같은 애플리케이션의 개발은 한 가지 프로세스 제어로 소규모로 시작할 수 있지만, 확장하게 되면 완전히 다른 더 고가의 제어가 필요해질 수 있다. 확장하려면 더 효율적이고 더 일관성 있는 방법이 필요하다. 이것이 우리가 로크웰 오토메이션과 협력하고 있는 또 다른 이유다."라고 말했습니다.
케빈 시버는 제약 산업이 비효율적인 제조로 매년 약 500억 달러를 낭비한다며, 바이오제약 회사들은 격리되어 접근할 수 없는 데이터에 액세스하려고 시도하고 데이터를 수집 및 정제하는데 드는 상당한 시간을 감소시키며 사이버 보안 조사, 침입 및 공격으로부터 보호하려는 노력을 하고 있다고 덧붙였습니다.
케빈 시버는 "한 곳의 FlexFactory에서 하루에 약1TB의 데이터를 생성한다"며 "그렇기 때문에 데이터의 낭비를 줄이고 더 효과적으로 활용할 필요가 있다"고 말했습니다.
올바른 기술의 선택
바이오제약 애플리케이션에서 여러 가지 도전 과제를 해결하기 위해 GE 헬스케어는 자동화 활용, 유연성, 효율성 및 확신이 포함된 “Figurate”라는 전략을 사용합니다. 케빈 시버는 바이오프로세스에서 자동화를 통해 얻는 혜택으로 다음을 꼽았습니다.
- 시스템 이중화를 통한 가동 시간 최적화
- 공동 프레임워크를 사용하여 유지 보수 및 교육 감소
- 중앙 집중식 데이터 트랜드 분석 및 알람 기능을 통해 생산량 최적화
- GAMP 입증 및 CFR 준수 설계로 규제 노출 감소
케빈 시버는 "1~2백만 달러 가치가 있는 배치를 가열 및 혼합하고 공기를 추가하는 등 여러 프로세스를 처리할 때마다, 혹시 모를 시스템 고장에 대비해 이중화 서버와 이중화 전원이 필요하다”며 "이러한 솔루션들은 또한 공통적인 교육과 규제 준수에 도움을 준다”고 말했습니다.
GE 헬스케어는 Figurate 프로그램을 개발하고 이행하기 위해, 로크웰 오토메이션의 PlantPAx 프로세스 시스템과 소프트웨어를 도입했으며, GE의 Unicorn 소프트웨어를 사용해 바이오프로세스 장비를 자동화를 했습니다. 그리고 이를 해당 생산 관리 시스템 애플리케이션과 전자 배치 기록에 통합하여 데이터를 추출하고, 클라우드 컴퓨팅 서비스에도 제공하고 있습니다.
GE 헬스케어의FlexFactory 라인에는 매개체와 완충제 준비, 세포 배양 생산, 채취, 정화, 바이러스 제거, 무균 여과 및 벌크 형성 프로세스가 포함됩니다. 이 모든 것이 모듈형 KUBio 클린룸 컨테이너에 결합될 수 있습니다. GE 헬스케어는 현재 전 세계적으로 이 모듈형 생산 시설 63개를 가동하고 있습니다.
케빈 시버는 "1년에서 1년 반이면 모든 테스트, 전기 장치 설치, 사전 확인 및 사전 검증을 마치고 KUBio 컨테이너 내부에 FlexFactory 라인을 구현할 수 있다”며 "제조업체들은 필요에 따라 라인을 조정할 수도 있다"고 말했습니다.
케빈 시버는 Figurate 프로그램의 혜택은 생산량 10~20% 증가, 가용성 및 생산 직원 효율성 향상은 물론 에너지 소비, 폐자재, 배치 릴리즈 시간, 유지 보수 및 다운타임이 5~30% 감소 등이 포함되어 있다고 덧붙였다.
케빈 시버는 GE 헬스케어가 로크웰 오토메이션 및 PTC와 협력하여 이러한 툴의 증강 현실(AR) 버전을 구축하고 있다고 말했습니다. 예를 들어, 작업자는 pH, 용존 산소, 이산화탄소, 제어 캐비닛 성능 및 기타 핵심적인 파라미터를 보여주는 AR 영상 캡쳐, 표시 및 조작을 보다 신속하게 할 수 있습니다. PTC Chalk 소프트웨어는 심지어 작업자와 관리자들이 해결되어야 하는 세부적인 문제 지점을 이미지에 표시할 수 있도록 해줍니다.
혁신 주도
로크웰 오토메이션 EMEA의 생명 과학 산업 매니저 빌리 시스크(Billy Sisk)는 바이오 의약품 제조업계에는 복잡성 수준이 크게 증가했다고 설명합니다.
로크웰 오토메이션은 엔드유저들을 위해 제품의 시장 출시를 가속화하고 위험을 감소시키며 규제 준수 노력을 향상시키는데 도움을 주는 단일 사용 시장용 솔루션들을 개발했습니다. 이 솔루션들은 로크웰 오토메이션의 기술력으로 뒷받침됩니다.
일반적인 단일 사용 환경에서는 모든 것이 EtherNet/IP를 중심으로 구축됩니다. 로크웰 오토메이션은 EtherNet/IP를 단일 사용 솔루션의 일부로 도입했습니다. EtherNet/IP는 장비의 이동성을 지원하고 새로운 장비 및 다른 장비를 추가할 수 있도록 해주기 때문입니다.
증강 현실(AR)은 인력 관리뿐만 아니라 품질, 생산량 및 시장 출시 시간을 향상시켜 바이오의약품 기업의 판도를 바꿀 수 있습니다.
실제로, 더 많은 기업들이 작업자 중심의 활동을 지원하는데 AR을 사용하기 시작했습니다. 최신 증강현실과 인공지능 기술은 작업의 순서를 작업자들에게 안내하고 올바르게 연결이 되었는지 검증할 수 있습니다. 이 모든 것이 휴대용 장비로 가능합니다.
이외에도, 검증된 내용과 이를 뒷받침해 주는 그림 또는 영상 문서화를 전자배치기록(EBR)에 함께 저장할 수도 있습니다.
