글로벌 바이오 선진국으로 불리는 나라들의 공통점은 무엇일까. 바로 정부 차원에서 바이오산업을 육성하기 위해 각종 인프라와 교육 기관 등이 입지해 산·학이 협업을 이룰 수 있는 바이오클러스터를 조성했다는 것이다.

대표적인 바이오산업 강국 중 하나로 손꼽히는 싱가포르 또한 바이오 R&D 산업단지인 ‘바이오폴리스’와 바이오 제조·생산 산업 단지인 ‘투아스 바이오메디컬 파크’를 조성해 적극 지원하고 있다. 특히 ‘투아스 바이오메디컬 파크’에는 세계적인 제약 회사들이 우수한 과학기술력과 혁신을 기반으로 설립한 생산시설이 모여 있다.

바이오테크놀로지 리딩 기업인 암젠의 첫 번째 아시아 생산 거점인 ‘암젠 싱가포르 생산시설’(ASM, Amgen Singapore Manufacturing) 또한 이곳에 자리하고 있다. 

암젠은 글로벌 확장 전략의 일환으로 싱가포르 바이오 클러스터 내에 암젠 싱가포르 생산시설을 설립했다. 폭넓은 인재풀과 우호적인 기업 환경은 생산시설 확장을 위한 조건이 충족해 있고, 싱가포르 바이오 클러스터에 입지함으로써 암젠의 아시아 시장 투자 측면에서도 우수한 조건을 갖추고 있다고 판단했기 때문이다. 

해당 시설은 ‘차세대 바이오 생산시설’(Next-Generation Biomanufacturing)과 ‘화학합성의약품 생산시설’(Chemical Synthesis Manufacturing), 그리고 각 생산시설을 지원하는 ‘차세대 생산지원시설’(Next-Generation Workplace)로 이루어져 있다.

특히 차세대 바이오 생산시설은 ‘환자를 위한다’는 미션과 더불어 중증 질환으로 고통 받는 전세계 환자를 위해 혁신적인 바이오의약품을 제공한다는 암젠의 기업 가치에 따라 ‘기술 집약’과 ‘생산 역량’을 극대화할 수 있도록 암젠만의 바이오의약품 생산 노하우를 집결한 차별화된 바이오의약품 생산시설이다.

◈ 더 많은 환자에게 혁신성을 전달하기 위한 암젠의 차세대 생산 네트워크

기존 화학 성분을 기반으로 한 제약 의약품과 달리, 바이오의약품은 살아있는 세포, 소분자, 단백질 등을 기반으로 한다. 암젠은 변화하는 바이오테크놀로지 혁신에 발맞춰 우수한 바이오 신약을 개발하기 위해 지속적으로 혁신적인 접근법을 개척, 질환에 대한 깊은 생물학적 통찰력을 기반으로 질환의 원인을 표적하는 최적의 치료 옵션을 개발하고, 제일 적합한 타깃에 맞는 최적의 약물을 찾고자 다중 접근법(multi-modality) 전략을 도입했다. 

더 나아가 다중 접근법을 활용한 혁신적인 바이오의약품을 제공하기 위해 보다 유연한 생산 네트워크가 필요하다고 판단한 암젠은 싱가포르에 위치한 생산시설에 최첨단 혁신 기술을 도입했다. 보다 복잡하고 정교한 자동화 생산 시스템을 설계하고 구현해 더욱 집약화된 의약품 생산 과정과 강화된 생산성을 강점으로 두고 있다. 

또 하나의 시설에서 다양한 종류의 제품을 생산할 수 있는 집약성, 유연성을 바탕으로 암젠이 주력으로 투자, 연구하고 있는 골질환 및 종양학 치료 분야에서 제공하는 혁신적인 바이오의약품들의 원료의약품을 생산해 최종 바이오의약품을 제조하는 글로벌 생산시설로 제공하는 허브 역할을 하고 있다.

◈ 의약품 품질을 좌우하는 주요 공정을 담당하는 핵심 시설

바이오의약품 생산 공정은 초기후보물질 및 세포주 개발부터 배양공정, 정제공정, 완제공정까지 크게 4단계로 나뉜다. 그 중에서도 암젠 싱가포르 생산시설은 단일 사용 시스템(single use system)을 적극 활용해 세포 배양과 정제에 중점을 두어 최종 바이오의약품의 기본이 되는 원료 의약품을 생산한다는 차별화된 특징을 갖추고 있다. 암젠은 바이오의약품 품질을 좌우하는 목표 단백질을 생산하기 위한 최적의 생산 공정을 개발하고 있다.

세포 배양 공정은 업스트림(Upstream) 공정과 다운스트림(Downstreatm) 공정, 두 단계로 나뉜다. 암젠 싱가포르 생산시설 또한 업스트림 공정과 다운스트림 공정을 중심으로 운영되고 있는데 업스트림 공정은 접종원 및 미디어 개발, 유전자 공정에 의한 접종원 개선과 세포주 개발 향상을 위한 생장 동력학(growth kinetics) 최적화 과정 등 세포 또는 미생물 배양 및 증식을 위한 모든 단계를 일컫는다. 

특히, 이 단계에서는 세포 증식을 위한 영양분인 ‘미디어(media)’와 단백질을 안정적으로 추출하는 데 사용하는 액상 형태의 산도 조절제인 ‘버퍼(buffer)’의 역할이 매우 중요하다. 미디어와 버퍼는 보관 및 사용 상태가 조금만 달라져도 완전히 다른 결과로 이어지기 때문에, 최종 제품의 품질에 막대한 영향을 미치는 핵심 요소나 다름없다고 할 수 있다.

업스트림 공정에서 배양된 세포 농도가 적정치에 다다르면, 세포 순도 및 품질 요건을 충족시키기 위해 다운스트림 공정을 통해 세포 분열 및 정제 과정을 거치게 된다. 해당 공정을 통해 의약품으로 사용될 단백질을 추출하게 되며, 이 과정에서 바이러스 및 기타 불순물을 제거돼 최종 제품에 사용될 목표 단백질만이 남게 된다.

◈ 진화하는 바이오의약품 생산시설

바이오업계는 작은 생산규모에서도 효율성과 역량을 강화할 수 있도록 점진적으로 관련 기술들을 적용해 가고 있다. 지난 20년 간 바이오의약품 생산과정에 일어난 변화 중 하나는 바로 단일 사용 시스템(single use system)이다. 

암젠은 이와 같은 단일사용시스템을 선두적으로 적용하고 폭넓은 적용을 위해 일회용 플라스틱 바이오리액터, 컨테이너 등을 주요 생산시설에 도입해 활용하고 있다는 점이 인상적이다. 하나의 생산시설에서 단일 약품이 아닌 여러 종류의 바이오의약품을 한 번에 생산할 수 있는 환경을 갖추기 위해 생산 유연성이 높은 설비, 시스템을 도입한 것이 바로 암젠이 자랑하는 차세대 바이오의약품 생산시설의 특징이다.

바이오의약품은 기존 화학 성분 기반 의약품보다 매우 민감해 제조 과정 또한 최고 수준의 기술을 요한다. 효능, 부작용, 항원성(immunogenicity) 등은 제조 과정에 영향을 받기 때문에 제조 환경, 생산 설비 등에 작은 변화에도 그 결과가 크게 달라질 수 있어 바이오의약품 생산 단계는 신중하게 설계돼야 하며, 동시에 생산물의 품질 측면에서의 면밀한 모니터링이 이루어져야 한다. 바이오의약품 생산시설에 막대한 자본과 고품질의 혁신성, 과학 기술 등이 투입돼야 하는 이유이기도 하다.

따라서 바이오의약품 생산에 드는 비용을 개선하면 전체 산업측면에서 큰 절감 효과가 있을 수 있다. 그러나 첨단 기술의 등장과 동시에 이를 바로 도입해 빠른 속도로 진화해 나가는 다른 산업과 비교했을 때, 바이오산업은 상대적으로 업계 내 강력한 규제 등으로 인해 혁신 도입이 느린 편이다. 하지만 바이오 기업들이 직면하고 있는 까다로운 규제와 부담에도 불구하고, 암젠을 비롯한 세계적인 바이오 기업들은 꾸준히 최첨단 혁신 도입과 프로세스 개선을 추구하면서 확실히 변화하고 있었다.

제임스 웨이드너(James Weidner) 암젠 싱가포르 생산시설 공정개발 부문 총괄 책임자는 “환자들에 적합한 치료제 찾는 데서 시작해 전 세계에 약물을 공급하는 고도화 집적 통합시설로 나아가고 있다”고 설명했다. 

◈ 차세대 혁신 기술을 통한 지속가능성 실현

암젠 싱가포르 생산시설에는 생산 유연성과 효율성, 생산속도 등을 강화할 수 있는 다양한 핵심 기술들이 집약되어 있다. 특히 암젠 차세대 바이오 생산시설은 바이오 생산 분야에서 최신 혁신 기술로 떠오르고 있는 단일 사용 시스템(single-use system)과 모듈화 설계방식(modular design and construction)을 차용해 환경 친화적인 생산시설로서 지속가능성을 추구하고 있다.

차세대 바이오 생산시설 내에서 활용되는 수많은 기술 중에서도 일회용 플라스틱 컨테이너와 단일사용 바이오리액터(single-use bioreactor)는 지속가능성 실현 측면에서 암젠의 혁신성을 높여주는 대표적인 기술이다. 기존 생산시설에서 사용하는 고정형 설비 세척 비용과 공업용수, 그리고 이로 인해 배출되는 오수나 폐기물 등을 고려했을 때 일회용 컨테이너를 사용할 경우에는 이러한 환경오염 요소를 많이 줄일 수 있다. 

단일 사용 시스템을 도입한 몇몇 바이오 생산시설들이 최첨단 시스템을 도입하게 된 주요 배경으로 ‘설비 세척 및 청소에 필요한 기자재, 비용 해소’를 꼽았을 정도로, 기존 생산시설이 환경오염에 미치는 영향이 크다. 암젠의 차세대 바이오 생산시설은 기존 생산시설 대비 이산화탄소 배출량과 에너지 사용량을 각각 69% 감소시키고, 공업용수 사용량은 45% 줄였다.

◈ 유연한 생산 환경을 기반으로 한 생산 역량 극대화

매우 유연한 모듈화 설계방식이 더해진 생산 설비들은 암젠의 생산 역량을 안정적으로 높임과 동시에 뛰어난 생산 속도와 생산 유연성을 보장한다. 더불어 차세대 바이오 생산시설은 컨테이너 등 대부분의 설비에 기동력을 더해 자유롭게 위치를 변동할 수 있어, 고정식 설비를 사용하는 일반 생산시설에 비해 쉽게 장치 변경이 가능하다. 단일 사용 시스템을 도입한 결과, 하나의 공장에서 각기 다른 원료의약품을 생산할 수 있는 환경이 조성됐으며, 과거 스테인리스로 제작된 표준설비와 달리 비싸고 복잡한 시설 개보수가 필요하지 않다는 장점도 하나의 특징이다.

모듈화 방식의 단일사용 바이오리액터는 일반적인 공장과 동일한 생산량을 가지면서 동시에 기술이전을 가속화시킬 수 있어 소규모 파일럿 공장에서 상업용 양산 공장으로의 전환을 위한 신규 공정 확대에 필요한 시간과 비용을 크게 줄여준다. 이처럼 유연한 생산 환경을 통해 암젠은 시장의 변화하는 수요에 발빠르게 대응할 수 있으며, 궁극적으로는 혁신적인 의약품들이 더욱 빠르게 환자들에게 전달될 수 있다는 것을 의미한다. 

◈ 집약형 설계를 통한 생산 효율성 강화

차세대 바이오 생산시설의 규모는 약 12만 제곱피트(ft2,약 3373평)로 일반적인 의약품 생산시설 면적의 약 16%에 불과하지만 기존의 바이오의약품 시설 대비 못지 않은 생산성을 보인다. 건설 단계부터 생산성과 효율성을 고려한 집약형 설계를 채택했기 때문이다. 비슷한 규모의 일반적인 생산시설이었다면 단일 의약품을 생산하는 수준이었겠지만, 차세대 바이오 생산서실은 면적 대비 생산 효율성을 극대화해 현재 암젠에서 개발하고 있는 의약품의 전세계 수요를 충족하기에 부족함이 없다.

또 암젠은 해당 시설이 차지하는 제조 면적을 축소시킴으로써 완공에 약 2년이 채 걸리지 않았으며, 이는 기존 생산시설 건설 기간의 절반밖에 되지 않는 시간이다. 시설 조성에 필요한 자본 역시 25% 절감되었으며, 시설 운영비는 3분의 1 정도로 감축되는 효과를 가져왔다. 

차별화된 혁신성을 기반으로 설립된 차세대 바이오 생산시설은 개관 이후 21개월 만에 싱가포르 보건과학청으로부터 우수의약품제조관리기준(Good Manufacturing Practice) 첫 인증을 받는 데 성공했다. 뒤를 이어 미국식품의약국(FDA), 유럽의약품청(EMEA), 캐나다 연방보건부(HC), 브라질 국가위생감시국(ANVISA) 등 전세계 주요 규제 당국으로부터 시설 및 제품 허가를 받아 전세계적으로 그 성과를 인정받은 바 있다.

토드 왈드론(Todd Waldron) 암젠 싱가포르 생산시설 제조부문 총괄 책임자는 “예전에 비해 집약적이고 함축된 시설로, 주요 핵심기술을 통해 설계된 차세대 생산시설은 생산성이 뛰어난 공정이 강점”이라며 “단일사용시스템이라는 새로운 공정을 사용해 모듈별 공정이 진행되고, 단일 사용이라 청소도 필요 없다. 특히 유연한 생산시설은 기술이전도 더 빨리 가능하다”라고 설명했다. 

조민규 기자 kioo@kukinews.com