정제공정개발에서의 USP, DSP 이해하기
안녕하세요. 끄적이는 생명시간입니다:)
오늘은 제약/바이오 업계에서 공정 개발에 대해 접해보신 분들이라면 들어보셨을
USP, DSP에 대해 끄적여보고자 합니다.
자, 그렇다면 본격적으로 시작해 보도록 하겠습니다.
*끄적이는 생명시간은 PC버전을 기준으로 작성되었습니다.*
USP, DSP란?
USP는 'Upstream Process', DSP는 'Downstream Process'의 약자입니다.
USP와 DSP는 제약/바이오 업계에서 대량 생산을 위한 공정을 개발하는 업무를 분류할 때 사용하는 용어입니다.
USP는 배양공정, DSP는 정제 공정을 의미하죠!
출처: Trends in Upstream and Downstream Process Development for Antibody Manufacturing, Petra Gronemeyer et al, Bioengineering (2014)
일반적인 Lab 스케일에서 배양/정제를 진행한 물질이 스케일 업을 진행하면서 여러 변수들에 의해서 동일한 결괏값이 나오지 않기 때문에 기업에서는 대량생산을 위한 공정 개발을 따로 필요로 합니다. 따라서 USP, DSP에서 적합한 배양/정제 조건을 찾아 확립하는 것이죠!
그렇다면, USP와 DSP에서 탐구하는 배양/정제 조건이라고 하는 것은 무엇일까요?
USP의 업무
Upstream biomanufacturing 업무의 궁극적인 목표는 한마디로, 타깃 단백질을 생산하기 위한 최적의 세포 배양 조건을 확립하는 것입니다!
USP는 신약 개발을 위한 연구 또는 임상 시험을 위한 대량 생산의 조건을 찾는 것을 목표로 합니다.
USP에서 진행되는 업무는 아래와 같습니다. 타겟 단백질을 생산할 수 있는 Cell line bank를 제작하여 Master Cell Bank(MCB)를 제작하고, 이 MCB를 이용하여 다수의 Working Cell Bank(WCB)를 제작합니다. 실질적으로 대량생산에 사용되는 Cell Stock은 WCB를 사용합니다.
이후 세포 배양을 진행하고, 타겟 단백질을 최대 효율로 회수할 수 있는 조건에서 배양액 회수를 진행하는 단계가 일련적으로 이루어집니다.
USP에서 중요한 파라미터로는,
- 세포 배양액 내의 단백질 농도 (Titer)
- 세포 생존율 (Cell viability)
- 생존 세포 밀도 (Viable Cell Density)
- pH (산성도)
- 세포 배양액 온도 (Temperature)
- 용존 산소도 (DO)
- 삼투압 (Osmalality)
위와 같은 조건들이 있습니다.
DSP 업무
Downstream processing에서는 USP에서 회수한 세포 배양액을 이용하여 타깃 단백질을 뽑아내는 업무를 합니다.
DSP에서는 타겟 단백질을 정제하는 최적의 조건을 찾는 것을 궁극적인 목적으로 하며, 이 과정에서 손실되는 단백질량을 최소로 하고, 불순물이 존재하지 않게 고순도로 정제하는 것을 목표로 합니다.
DSP에서 가장 중요한 것은 타깃 물질을 최대 효율로 고순도 정제하여 제형 개발을 하는 것 입니다. 따라서, 물질 정제 과정을 최소화하는 것이 중요하죠! 정제 단계가 증가할 수록 잃어버리는 타겟 물질의 양이 증가되기 때문에, 첫 번째 정제 단계에서 순도를 높여 정제하는 것이 중요합니다.
DSP에서 중요한 중요한 파라미터로는,
- 회수율 (Yield)
- 순도 (Purity)
- 대량 생산을 위한 가능한 최대 정제 스케일
위와 같습니다. 생각보다 간단하죠? 이 밖에도 virus clearance, Endotoxin 여부도 확인하지만 가장 중요한 파라미터는 위의 세 가지입니다!
USP와 DSP의 각 단계를 자세하게 다루기에는 본 포스팅의 내용이 너무 길어질 것 같아 오늘은 USP와 DSP의 업무에 대해서 포괄적이면서 기본적인 내용만 다루어보았습니다. 이후에 공정 개발에 사용되는 실험들에 대해 끄적이면서 실질적으로 이루어지는 자세한 업무와 사용하는 기기들에 대해서도 소개하도록 하겠습니다.
오늘은 공정 개발 업무인 'USP와 'DSP'에 대해 끄적여보았습니다.
다음 끄적이는 시간에는 생명공학 실험 끄적이기, 세포배양에 대해 끄적여보도록 하겠습니다.