바이오공정에서 싱글유즈(Single-Use) 제품

바이오공정에서 싱글유즈(Single-Use) 기술은 이제 선택이 아닌 필수적인 요소가 되었습니다. 특히 싱글유즈 백(Single-Use Bag)은 배양, 보관, 혼합, 이송 등 다양한 공정 단계에서 핵심적인 역할을 수행하며, 전통적인 스테인리스 스틸 시스템의 단점을 보완합니다. 하지만 모든 싱글유즈 백이 모든 공정에 적합한 것은 아니며, 잘못된 선택은 공정 효율 저하, 오염 위험 증가, 심지어 제품 품질 문제로 이어질 수 있습니다.

성공적인 바이오 공정을 위해서는 싱글유즈 백의 특성을 정확히 이해하고, 공정의 요구사항에 맞춰 최적의 제품을 선택하는 것이 중요합니다. 이 글에서는 바이오 공정 전문가의 관점에서 싱글유즈 백 선택 시 반드시 고려해야 할 핵심 요소들을 심층적으로 다루고자 합니다.

1. 필름 재질과 화학적 호환성: 공정의 안정성을 좌우하는 핵심

싱글유즈 백의 가장 중요한 부분은 바로 필름 재질입니다. 필름은 일반적으로 여러 층의 폴리머로 구성되며, 각 층은 특정 기능을 담당합니다.

• 액체 접촉층: Product contact layer는 배양액, 버퍼, 최종 제품과 직접 접촉하는 부분으로, 생체적합성(biocompatibility)이 매우 중요합니다. 주로 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 같은 폴리올레핀 계열 재질이 사용되며, 이들은 세포 성장에 영향을 주지 않고, 용출물(Extractables) 및 침출물(Leachables, E&L) 발생을 최소화해야 합니다.

• 산소 차단층: 산소에 민감한 공정에서는 에틸렌비닐알코올(EVOH)과 같은 산소 투과율이 낮은 재질이 포함된 필름을 선택해야 합니다.

• 강도 보강층: 가공, 이송 중 외부 충격에 견딜 수 있도록 나일론(Nylon) 등 강도가 높은 재질이 포함됩니다.

따라서 공정에 사용되는 용액의 화학적 특성 (pH, 온도, 유기 용매 포함 여부 등)을 정확히 파악하고, 해당 조건에서 안정적으로 사용 가능한 필름의 화학적 호환성을 반드시 확인해야 합니다. 공급업체가 제공하는 E&L 데이터를 면밀히 검토하는 것은 물론, 필요시 자체적으로 호환성 테스트를 수행하는 것이 좋습니다.

2. 무균성 및 멸균 방법: 오염 없는 안전한 공정을 위한 필수 조건

싱글유즈 백의 가장 큰 장점 중 하나는 무균성입니다. 대부분의 싱글유즈 백은 감마선 조사(Gamma Irradiation)를 통해 사전 멸균된 상태로 제공됩니다.

• 멸균 유효성: 공급업체가 제공하는 멸균 밸리데이션(Validation) 데이터를 확인하고, 멸균 과정이 국제 표준(예: ISO 11137)을 준수하는지 점검해야 합니다.

• 엔도톡신(Endotoxin) 관리: 세포 배양 공정이나 최종 제품에 엔도톡신이 오염되면 안 되므로, 엔도톡신 프리(Endotoxin Free) 인증 여부도 확인해야 합니다.

또한, 멸균된 제품의 포장 상태가 멸균 상태를 유지하기에 적합한지, 운송 중 손상될 가능성은 없는지도 고려해야 합니다. 포장 손상은 곧 오염으로 이어질 수 있기 때문입니다.

3. 구조적 강도 및 내구성: 공정 중 파손 위험 최소화

싱글유즈 백은 수백에서 수천 리터에 달하는 액체를 담아야 하므로 구조적 강도가 매우 중요합니다.

• 필름 강도: 백이 찢어지거나 구멍이 뚫리지 않도록 인장 강도(Tensile Strength), 인열 강도(Tear Strength)가 충분히 높은 필름을 선택해야 합니다. 특히 교반(Mixing)이나 로커(Rocker) 방식의 배양기처럼 물리적 스트레스가 큰 공정에서는 더욱 중요합니다.

• 용접 부위: 백의 가장 취약한 부분인 용접 부위가 튼튼해야 합니다. 용접 품질은 백의 누출(Leakage) 방지 성능에 직결되므로, 공급업체의 용접 기술과 품질 관리(Quality Control) 프로세스를 확인해야 합니다.

• 부피 적합성: 공정 규모에 맞는 적절한 부피의 백을 선택해야 합니다. 너무 큰 백은 다루기 어렵고, 너무 작은 백은 비효율적입니다.

4. 커스터마이징 및 연결성: 유연한 공정 설계를 위한 필수 기능

바이오 공정은 매우 복잡하고 다양한 장비와 연결됩니다. 따라서 싱글유즈 백의 커스터마이징 기능과 연결성은 공정의 효율성을 크게 좌우합니다.

• 포트 및 튜빙: 다양한 종류의 포트(Port)와 튜빙(Tubing)을 장착할 수 있는지, 그리고 각 튜빙에 원하는 커넥터(Connector)나 필터(Filter)를 연결할 수 있는지 확인해야 합니다.

• 센서 통합: pH, DO(용존 산소) 등 공정 파라미터를 실시간으로 측정하기 위해 일회용 센서(Single-Use Sensor)를 통합할 수 있는 제품인지 고려해야 합니다.

• 장비 호환성: 사용하려는 바이오리액터(Bioreactor), 믹서(Mixer), 펌프(Pump) 등 기존 장비와 완벽하게 호환되는지 확인하는 것은 필수입니다.

5. 공급망 안정성 및 규제 준수: 지속 가능한 생산을 위한 고려사항

싱글유즈 백은 소모품이므로, 안정적인 공급망 확보가 매우 중요합니다.

• 공급업체 신뢰성: 안정적인 품질과 납기를 보장하는 신뢰할 수 있는 공급업체를 선정해야 합니다. 이는 재고 부족으로 인한 생산 중단 위험을 줄이는 데 도움이 됩니다.

• 규제 준수: 제품이 cGMP(current Good Manufacturing Practice), FDA, USP (United States Pharmacopeia) 등 관련 규제 및 표준을 준수하는지 확인해야 합니다. 이는 제품의 품질 보증(Quality Assurance)과 규제기관 승인(Regulatory Approval)에 필수적입니다.

• 추적성: 각 백에 고유 식별 코드가 부여되어 추적성(Traceability)이 확보되는지 확인하는 것도 중요합니다.

마무리하며

싱글유즈 기술이 바이오 공정의 혁신을 이끌고 있지만, 그 이면에는 간과해서는 안 될 실패 사례와 잠재적 위험성도 존재합니다. 대표적인 사례로는 싱글유즈 백의 미세한 핀홀(pinhole) 발생으로 인한 내용물 누출이 있습니다. 이는 멸균 상태를 파괴하고 공정 전체를 오염시켜 막대한 손실을 초래할 수 있습니다. 또한, 백 제조 과정에서 발생하는 용출물(extractables) 및 침출물(leachables, E&L)은 세포 성장에 독성 영향을 미치거나 최종 의약품의 품질과 안전성에 영향을 줄 수 있어 심각한 문제가 될 수 있습니다. 특히 E&L 분석 데이터를 제대로 검토하지 않고 백을 선택했을 경우, 예상치 못한 공정 실패와 규제 기관의 승인 거부라는 최악의 상황에 직면할 수도 있습니다. 따라서 싱글유즈 백 선택 시에는 단순한 비용 절감 효과를 넘어, 이러한 잠재적 위험성을 철저히 평가하고 검증하는 노력이 필수적입니다. 결론적으로 필름 재질, 무균성, 구조적 강도, 커스터마이징, 공급망, 잠재리스크 등 다양한 요소를 종합적으로 고려하여 공정의 특성에 가장 적합한 제품을 선택해야만 싱글유즈 기술의 진정한 가치를 실현할 수 있습니다.