배양육 생산을 확장할 때, 생물공정 엔지니어, 생산 관리자, 연구 과학자에게 가장 중요한 결정 중 하나는 연속 또는 공급 배치 처리 중 최적의 제조 방식을 선택하는 것입니다. 두 가지 전략 모두 고유한 장점과 도전 과제를 제공하지만, 경제적, 규제적, 지속 가능성 요인을 신중하게 고려해야 합니다. 이 기사는 바이오테크 산업의 전문가 통찰력을 바탕으로 각 시스템의 미묘한 차이를 분석하고, 생산 목표에 맞는 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있는 로드맵을 제공합니다.
핵심 개념 이해하기: 연속 처리 vs 공급 배치 처리
공급 배치 처리란 무엇인가?
공급 배치 처리는 오랫동안 바이오 제조의 산업 표준이었습니다. 이 방법에서는 세포가 생물 반응기에서 자라며, 시간이 지남에 따라 영양소가 점진적으로 추가됩니다. 이 과정은 제품의 단일 수확으로 마무리됩니다.
장점에는 다음이 포함됩니다:
- 친숙함: 업계 전반에서 널리 사용되고 잘 이해됩니다.
- 견고성: 운영 복잡성이 적어 관리가 용이합니다.
- 확장성: 단기 임상 배치나 제한된 생산량에 특히 효과적입니다.
그러나, 연속 배양 공정은 본질적으로 낮은 생산성과 대규모 운영을 위한 높은 자본 요구 사항으로 제한될 수 있습니다.
연속 처리란 무엇입니까?
연속 처리는 세포와 배지를 지속적으로 생물 반응기에 공급하고 동시에 제품을 수확하는 새로운 동적 접근 방식입니다. 이 공정은 더 높은 세포 밀도와 지속적인 생산을 지원합니다.
혜택에는 다음이 포함됩니다:
- 높은 생산성: 연속 퍼퓨전 시스템은 배치 공정의 3-5배의 출력을 달성할 수 있습니다.
- 작은 장비 설치 면적: 동일한 생산량을 더 작은 바이오리액터로 달성할 수 있어 자본 투자, HVAC 필요성 및 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.
- 제품 품질 향상 가능성: 연속 시스템은 일관된 운영 조건을 제공하여 변동성을 줄입니다.
그럼에도 불구하고, 연속 처리로의 전환은 복잡성을 증가시켜 고급 자동화, 증가된 미디어 소비 및 상류 및 하류 작업의 신중한 통합이 필요합니다.
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구현을 위한 주요 고려사항
1. 경제적 영향
바이오 제조업체에게 가장 시급한 질문 중 하나는 연속 처리가 실제로 비용 이점을 제공하는지 여부입니다.모델링 연구에 따르면 연간 100킬로그램의 제품 생산량에 대해:
- 자본 비용: 연속 시스템은 더 작은 생물 반응기와 축소된 시설 크기로 인해 자본 요구가 낮습니다.
- 운영 비용: 연속 시스템에서는 미디어 비용이 증가하며, 독점 미디어 또는 기성 미디어 사용 여부에 따라 매출원가(COGS)의 20-25%를 차지합니다.
- 비용 균형: 생산성 및 확장성을 고려할 때, 연속 및 피드 배치 시스템의 전체 생산 비용은 종종 ±10%의 차이로 수렴합니다.
초기 단계 임상 시험 중이거나 소량을 생산하는 회사의 경우, 피드 배치가 그 단순성과 낮은 초기 투자로 인해 여전히 더 적합할 수 있습니다. 그러나 연속 시스템은 일관되고 대량의 출력을 요구하는 상업 규모의 운영에 더 적합합니다.
2.규제 요구 사항
FDA 및 EMA와 같은 규제 기관은 지속적인 제조를 통한 공정 강화에 점점 더 많은 관심을 기울이고 있습니다. 그러나 품질 보증(QA) 및 관리에 대한 그들의 기대는 주로 연속 배치 시스템과 유사합니다:
- 추적 가능성: 배치의 명확한 정의와 강력한 문서화가 필수적입니다.
- 환자 안전: 공정은 바이러스 제거, 저 pH 처리 및 효과적인 부담 관리를 보장해야 합니다.
- 제품 품질: 연속 시스템은 적절한 특성화 및 재현성을 입증해야 합니다.
규제 기관은 이를 지지하지만, 최종 결정은 회사의 전략적 우선순위와 운영 준비 상태에 달려 있습니다.
3. 프로세스 복잡성 및 자동화
연속 처리로 전환하려면 상류 및 하류 작업 간의 더 높은 수준의 자동화 및 통합이 필요합니다. 주요 과제는 다음과 같습니다:
- 연속 생물 반응기를 하류 정제 공정과 동기화합니다.
- 증가된 배지 준비 및 공급 관리.
- 시스템 안정성과 제품 일관성을 보장하기 위한 견고한 제어 전략 개발.
이러한 복잡성에도 불구하고 잘 설계된 연속 프로세스는 특히 대규모 운영에서 향상된 견고성과 신뢰성을 제공합니다.
4. 지속 가능성 요인
연속 처리는 더 작은 시설 공간과 에너지 요구 사항 감소로 인해 종종 환경 친화적인 옵션으로 홍보됩니다. 그러나 업계 연구에 따르면 지속 가능성 이점은 예상보다 덜 두드러집니다. 예를 들어:
- 탄소 발자국: 연속 시스템은 HVAC 관련 배출을 약 20% 줄이지만, 전체 환경 영향은 배치 시스템과 유사합니다.
- 미디어 사용: 연속 공정에서 증가된 미디어 수요는 일부 지속 가능성 이점을 상쇄합니다.
두 방법 모두 개선의 여지가 있지만, 지속 가능성 고려 사항은 경제적 및 운영적 요소와 함께 평가되어야 합니다.
의사 결정 모범 사례
연속 또는 배치 공정을 채택할지 여부를 결정할 때, 기업은 특정 파이프라인 요구, 조직 역량 및 장기 목표를 고려하여 전체적인 접근 방식을 취해야 합니다. 주요 권장 사항은 다음과 같습니다:
- 제품 수요 평가: 연속 시스템은 대량, 후기 단계 생산에 가장 유리합니다.초기 단계 임상 시험에서는, Fed-batch가 더 간단한 선택입니다.
- 조직 준비 상태 평가: 연속 공정을 구현하려면 자동화, 교육 및 공정 통합에 상당한 투자가 필요합니다.
- 유연성에 집중: N-1 퍼퓨전(고종자 연속 단계)과 Fed-batch 생산을 결합한 하이브리드 모델은 균형 잡힌 접근 방식을 제공할 수 있습니다.
- 산업 자원 활용: 공급업체와 협력하고, 컨퍼런스에 참석하며, 시뮬레이션 도구를 활용하여 다양한 시나리오를 탐색하고 공정 설계를 최적화하십시오.
핵심 요점
- 생산성 향상: 연속 시스템은 3-5배 높은 생산성을 제공하지만 상류 및 하류 작업의 신중한 동기화가 필요합니다.
- 경제적 고려사항: 상업 규모에서는 연속 및 Fed-batch 공정이 종종 비용 균형을 달성합니다.소규모 생산의 경우, Fed-batch 방식이 비용 효율적입니다.
- 규제 정렬: 두 방법 모두 엄격한 QA/QC 기준을 충족해야 하지만, 규제 기관은 공정 강화에 우호적입니다.
- 지속 가능성 통찰: 연속 시스템은 환경 발자국이 더 작지만, 예상보다 차이가 크지 않습니다.
- 전략적 적합성: 연속 및 Fed-batch 처리 방법의 선택은 회사의 생산 규모, 파이프라인 필요성 및 조직 역량과 일치해야 합니다.
- 하이브리드 접근법: 두 방법의 요소를 결합하면 유연성과 비용 효율성을 제공할 수 있습니다.
결론
연속 처리는 배양육 산업 내에서 확실히 변혁적인 기술이지만, 모든 상황에 맞는 해결책은 아닙니다.기업은 특정 접근 방식을 채택하기 전에 고유한 생산 요구 사항, 규제 환경 및 시장 수요를 신중하게 평가해야 합니다. 강력한 데이터, 산업 전문 지식 및 전략적 통찰력을 활용하여, 바이오 제조업체는 프로세스를 최적화하여 더 높은 생산성, 비용 효율성 및 지속 가능성을 달성할 수 있으며, 이는 글로벌 시장을 위한 배양육 제품의 성공적인 확장을 보장합니다.
출처: "192: 프로세스 강화 비밀: Andreas Castan과 함께하는 프로세스 엔지니어의 의사 결정 프레임워크..." - 스마트 바이오텍 과학자, YouTube, 2025년 9월 25일 - https://www.youtube.com/watch?v=YptE3k2JyG0
