바이오리엑터 심층분석 (1)

 

 

 

안녕하세요. 바이오길라잡이입니다

 

다들 한 주를 시작하는 월요일 잘 보내셨나요? 오늘 날씨가 너무너무 추워서 패딩을 입었음에도 불구하고 밖에서 단 10분도 있지 못할 정도였습니다. 아무쪼록 내일부터는 날씨가 약간 풀렸다가 다시 추워진다고는 하는데 완연한 겨울에 들어서는 이 시점에 다들 항상 또 건강 또 건강입니다

 

오늘부터 제가 바이오리엑터에 대해서 중요한 점을 시리즈로 포스팅을 해 보려고 합니다. 생각보다 제 티스토리를 들어오시는 분들의 대부분 검색어가 바이오리엑터 키워드를 타고 들어오시는 분들이 많은 것을 보고 좀 심도 있게 바이오리엑터에 대해서 한 번 다뤄보고자 합니다

 

오늘은 그 첫 번째 시간으로 바이오리엑터가 무엇인지 전반적인 개념을 잡는 시간을 가져보겠습니다

 

 

Bioreactor(바이오리엑터) 바이오 의약품 제조의 주요 기기

바이오리엑터는 바이오의약품을 생산하는 공정 중에 가장 처음인 Upstream에서 가장 많이 사용하고 가장 중요한 기기 중에 하나입니다. 현재 바이오의약품의 가장 큰 시장인 '항체' 시장에서는 부유세포인 CHO 세포를 가장 많이 사용합니다. 부유세포는 말 뜻 그대로 떠다니면서 분화하는 세포의 형태를 뜻합니다. 바이오리엑터는 이렇게 부유세포를 가라앉지 않고 계속 떠돌아다닐 수 있도록 교반을 해주는 장비라고 할 수 있습니다. 그래서 바이오리엑터를 한글로 번역하면 생물교반기라고도 불리는 이유가 바로 여기에 있습니다.

 

바이오리엑터를 사용하는 이유는?

그럼 바이오리엑터가 부유세포를 가라앉히지 않고 교반 시키는 기계인 것은 알겠는데 왜 도대체 중요할까요? 그냥 세포가 떠다니게만 만들어주는데 말이죠? 그렇지 않습니다. 바이오리엑터는 교반 하는 기능 외에도 엄청나게 많은 기능을 가지고 있습니다. 우리가 흔히 대학원이나 대학교에서 다뤄볼 만한 플라스크(Flask)는 인큐베이터라는 장치를 활용하여 플라스크 안의 세포를 키우는 시스템입니다. 인큐베이터는 세포가 잘 성장할 수 있도록 온도를 조절할 수 있고, 세포가 자라는 배지의 pH가 너무 흔들리지 않도록 완화할 수 있는 CO2(이산화탄소)를 일정하게 조절합니다. 

하지만 바이오리엑터는 pH를 연구자가 원하는 값으로 설정할 수 있고 온도는 물론이고 산소, Air, 이산화탄소 그리고 질소까지 총 4가지의 gas를 이용하여 세포가 잘 성장할 수 있는 환경을 최적화시킬 수 있습니다. 그렇기 때문에 당연히 플라스크에서 자라는 세포보다는 바이오리엑터에서 자라는 세포가 더 좋은 환경에서 더 성장하기 좋은 조건이 갖춰지게 되는 것입니다. 그러면 결론적으로 바이오리엑터를 이용하면 세포가 많이 성장하고 그로 인해서 세포가 만들어내는 단백질의 양도 당연히 증가하게 됩니다

 

바이오리엑터의 구성은 어떻게 되나요?

바이오리엑터는 크게 Controller와 Vessel로 나눌 수 있습니다. Controller는 위에서 언급한 여러 파라미터들의 세팅값을 설정하고 바이오리엑터가 운영되면서 나타나는 변화를 그래프로 나타내어 실시간으로 모니터링할 수 있는 등 여러 가지 기능을 포함하고 있습니다. 쉽게 이야기하면 control 할 수 있는 프로그램이 설치되어 있는 컴퓨터라고 할 수 있습니다

Vessel은 실제로 세포가 자라는 용기라고 생각하면 됩니다. 이 Vessel에 각 종 sensor들이 장착되는데 주로 pH, DO(용존산소량), 온도, 압력 등을 감지합니다. 이 부분에 대해서는 추후에 계속 다룰 예정이니 오늘은 어떻게 구성되는지만 알 고 계시면 될 것 같습니다.

 

어떤 형태의 바이오리엑터가 있나요?

바이오리엑터는 크게 2가지로 나누면 됩니다. 재사용가능한 vessel인지, 아니면 한번 쓰고 폐기하는 일회용인지 나누게 됩니다. 일회용은 기계를 한번 쓰고 버리는 것이 아니라, 기계에 장착하는 plastic bag을 한번 쓰고 버리는 콘셉트라고 생각하면 됩니다. 즉 재사용 vessel은 vessel에 직접 세포랑 배지가 맞닿는 직접접촉이라면 일회용 (single use)는 장비는 스테인리스지만 이 장비에 plastic bag이 장착되고 그 bag에 세포와 배지를 넣어서 배양을 하고 배양이 완료되면 모두 수확한 뒤, plastic bag을 그냥 폐기만 하면 됩니다. 그리고 다시 새로운 plastic bag을 사서 장착하고 배양하는 식으로 진행됩니다.

주로 많은 양을 생산하는 기업의 경우 기본적으로 재사용 vessel인 stainless steel 바이오리엑터를 설비로 구축하고 있으며, 그 외 많은 기업들은 single use 콘셉트의 바이오리엑터를 많이 도입하고 있습니다. 

이 2가지의 차이에 대해서도 추후에 다뤄보도록 하겠습니다

 

 

바이오리엑터의 용량은 얼마나 되나요?

Stainless steel 형태의 바이오리엑터는 단일규모로는 삼성바이오로직스 4 공장에 설비로 구축되어 있는 15,000L가 현재 한국에서는 가장 큰 바이오리엑터로 알려져 있습니다. 그 외 일회용 바이오리엑터는 최대 5,000L까지 배양이 가능한 제품이 최근에 출시되어 판매되고 있습니다. 아무래도 일회용은 plastic bag을 이용하여 배양을 하는 방법이다 보니 완전히 큰 용량으로는 개발되기가 쉽지 않은 것이 사실입니다.

 

오늘은 바이오리엑터 전반적인 부분에 대해서 훑어보는 포스팅을 해보았습니다. 앞으로 지속적으로 시리즈로 포스팅을 하면서 바이오리엑터에 대해서 깊이 다뤄볼 예정이니 관심이 있으신 분들은 자주 방문 부탁드립니다!