바이오신약은 기존 화학약물 (chemical drug)과는 달리, 유전공학 및 "Omics" 기술을 바탕으로 하는 단백질의약품 (protein therapeutics) 개발로 빠르게 변화하고 있다. 특히, 제1세대 단백질 신약의 특허는 2011년 이후에 대부분 만료되므로 기능성 또는 의약품 단백질에 대한 수요가 더욱 늘어날 전망이다(표 1). 바이오의약품 개발 여건은 선진국에 비하여 매우 취약한데, 국내 총 연구개발비가 다국적 제약회사 중의 하나인 Pfizer의 연구비에도 못 미치고 있다. 그러나 과거 대규모 연구비 투입으로 극소수의 Blockbuster를 기대하는 기존의 신약개발과는 다르게, 단백질 의약품은 비교적 투자 대비 매출이 안정적이라는 장점을 가지고 있다.

성분	적응증	브랜드명	개발자	특허만료
Insulin	당뇨병	Humulin	Eli Lilly	2002
Insulin	당뇨병	Novolin	Novo Nordisk	2002
Growth hormone	성장호르몬결핍	Nutropin	Genentech	2002
Growth hormone	성장호르몬 결핍	Humatrope	Eli Lilly	2002
Interferon alpha	백혈병	Intron-A	Schering-Plough	2002
EPO	빈혈	Epogen	Amgen	2004
EPO	빈혈	Procrit	Johnson&Johnson	2004
TPA	심장발작, 심부전	Activase	Genentech	2005
Growth hormone	성장호르몬 결핍	Protropin	Genentech	2005
G-CSF	항암치료보조	Neupogen	Amgen	2006
Imiglucerase	Gaucherqud	Cerezyme	Cerezyme	2010
Interferon beta	다발성 경화증	Avonex	Biogen	2011

생산한 의약용 단백질의 QC 검증을 위해서는 단백질의약품의 정확한 생물화학적 특성 분석이 반드시 뒤따라야 한다. 이러한 단백질의약품의 분석인프라는 장비 중심의 출연 연구기관인 한국기초과학지원연구원(기초(연))에 잘 갖춰져 있다. 성공적인 단백질의약품 개발을 위해서는 산업체와 학교 그리고 연구원의 공동 협업연구가 이루어져야 할 것이다.

단백질의약품은 특성상 개발, 발현, 생산과정에서 동일한 물리·생화학적 특성 (physicochemical property) 및 생물학적 특성 (biological property)을 보유하는지를 검증해야한다. 그리고 이는 고도의 분석과학기술을 필요로 한다. 특히, 표준 단백질과 생산 단백질의 동등성 여부를 분석하는 것을 異成分 分析 (heterogeneity analysis)이라고 하는데 표 2에 다양한 물리화학적 특성 분석분야가 정리되어 있다.

최근 들어 단백질의약품의 허가를 득하기 위해서는 전 세계적으로 CTD (Common Technical Document) 형식으로 제품의 특성 및 정보가 필요하며, ICH (International Conference on Harmonization)에서 제시하는 가이드라인에 따른 단백질의약품의 분석 데이터 또한 필요하다. 또한, 기술적 요구조건이 계속 높아지고 있으며 엄격해지고 있다. 따라서 현재의 국내 연구 상황에 비추어보면, 이들 분석분야에 대한 국가적 지원은 연구 개발기관의 니즈에 부합하는 것이다. 현재 일부 대기업을 제외한 국내 바이오의약품 벤처나 중소기업은, 발굴 또는 완성된 후보물질의 물리화학적 검정 및 특성 분석에는 시설 및 전문성이 부족하다. 현재 대덕 연구단지 내에는 여러 출연 연구원 및 기업들이 상주하고 있어서 단백질의약품 연구 분야에 필요한 인프라 시설과 분석 노하우들을 보유하고 있다. 한국생명공학연구원의 경우에는 재조합 단백질 (recombinant protein)의 생산 및 발현 기술을, 안전성평가연구소는 단백질의약품의 생물학적 검정 기술 등을 보유하고 있다. 그리고 기초(연)은 단백질의약품의 정제 및 물리화학적 분석 시설들이 잘 갖춰져 있어서 바이오신약 개발의 인프라로써 활용할 수 있다.

이성분 분석항목	가능한 변수*	분석장비	비고
아미노산서열 분석	정제과정이나 배양 세포주에서 생산 단백질의 작은 변형의 가능성	N-terminal Protein Sequener
아미노산조성 분석		Amino Acid Composition Analyzer
단백질의 탈아민/산화 측정		UV-HPLC/ MALDI-TOF-TOF MS
단백질 응집	대량, 고농도 단백질 생성 및 조작 과정에서 단백질 응집현상 가능성	SEC-HPLC
단백질의 당쇄화	배양세포의 단백질 생성과정에서 당성분이 단백질에 부착되는 수식화	ESI-MS-MS MALDI-TOF-TOF MS
단백질 말단의 절편화/부분적 절편화	단백질 분해효소의 오염에 의한 원 단백질의 말단 분해에 의한 변형	SEC-HPLC MALDI-TOF MS
이황화 공유결합의 다형화	단백질의 Cys 잔기 말단간의 이황화 결합의 다양성	HD-LC-MS-MS

*생산된 단백질의 이형성(heterogeneity)는 다양한 변수에 의해서 일어날 수 있으며 그 정 도는 원 단백질의 성상에 의존함

**UV-HPLC, Ultra Violet-High Peformance Liquid Chromatography; MALDI-TOF, Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization-Time of Flight; SEC, Size Exclusion Chromatography; ESI-MS, Electro-Spray Ionization-Mass Spectrometry; HD-LC-MS, High-Definition Liquid Chromatography Mass Spectrometry

바이오의약품 관련 벤처 기업이 단백질의약품을 개발하고 QC 검증하기 위해서는 생물․화학적 분석 인프라 시설(bio-chemical analytical infra- structure facilities)이 필수적이다. 그러나 분석시설이 매우 고가인데다가, 전문적인 분석 인력과 노하우를 자체적으로 구축하기가 현실적으로 매우 어렵다. 따라서 바이오벤처 기업들에게 단백질의약품을 전문으로 분석 지원해주고 카운슬링해 주는 기관이 있다면 그 벤처 기업은 하드웨어 투자 대신에 소프트웨어 부분을 특화 발전시키는 것이 가능하다. 이를 통해 벤처기업의 경쟁력을 확대할 수 있다.

Parameter	Analytical Tests
Primary Structure	Amino acid composition analysis, MS, N/C-terminal sequencing, TPM and sequencing/MS
Higher order structure	CD, NMR, immunoreactivity with conformation- dependent antibodies, TPM/MS, biological assays
Size	AUC, field flow fractionation, MALDI-TOF MS, LC-ESI, SDS-PAGE, SEC-HPLC
Charge	CE, IEC, IEF
Hydrophobicity	HIC-HPLC, RP-HPLC
Glycosylation pattern/ sequence	CE, HPAEC-PAD, LC-ESI, MALDI-TOF MS, RP-HPLC
Identification of glycosylated sites	TPM/MS

단클론 항체단백질 (monoclonal antibody)이나 단백질의약품의 분석기준은 ICH 가이드라인에 기준해서 확립해야하며 specification에 따라 표준화해야 한다. 기초(연)에 구축되어 있는 단백질의약품 분석 장비는 다음과 같다 (표 3).

 

내용 이어보기 : [출처] http://www.bioin.or.kr/board.do?cmd=print&num=218479&bid=feature