배양육 생산을 위한 GMP 준수 시설을 설계할 때, 일회용 장비와 다회용 장비의 선택은 비용, 확장성, 운영, 규제 준수에 영향을 미칩니다. 다음은 주요 요점입니다:
- 일회용 장비: 초기 비용이 낮고(최대 50% 절감), 배치 전환이 빠르며, 세척 검증이 필요 없고, 물/에너지 사용이 줄어듭니다. 그러나 2,000리터 용량으로 제한되며, 소모품에 대한 반복 비용이 높고(약 £40,000/배치), 공급망 문제에 직면합니다.
- 다회용 장비: 초기 투자가 더 크지만, 20,000리터 이상으로 확장 가능하며, 장기적인 생산 비용이 낮습니다. 복잡한 세척 프로토콜(CIP/SIP)이 필요하고, 더 많은 에너지와 더 큰 시설 공간이 필요합니다.
빠른 비교
| 기능 | 일회용 장비 | 다용도 장비 |
|---|---|---|
| 초기 비용 | 약 50% 낮음 | 높음 |
| 용량 | 최대 2,000리터 | 20,000리터 이상 |
| 전환 시간 | <1일 | 3–4일 |
| 세척 검증 | 필요 없음 | 광범위 (CIP/SIP) |
| 에너지/물 사용량 | 약 50% 낮음 | 높음 |
| 소모품 비용 | 높음 (약 £40,000/배치) | 낮음 |
| 확장성 | 제한적 | 높음 |
하이브리드 접근 방식 - 시드 트레인에는 일회용 시스템을 사용하고 대규모 생산에는 스테인리스 스틸을 사용하는 방식 - 은 유연성과 비용 관리에 대한 균형 잡힌 솔루션을 제공합니다.시설 설계, 클린룸 등급 및 유틸리티 요구 사항은 이 선택에 크게 의존합니다.
GMP 배양육 시설을 위한 일회용 장비 대 다회용 장비 비교
일회용 장비: 장점과 단점
일회용 장비의 장점
일회용 시스템은 오염 제어에서 큰 이점을 제공합니다. 각 배치 후 제품 접촉 표면을 폐기함으로써 교차 오염 위험을 최소화합니다. 이 접근 방식은 또한 높은 수준의 클린룸 등급 및 복잡한 분리 프로토콜의 필요성을 줄입니다 [1].
전환 시간도 또 다른 강점입니다. 스테인리스 스틸 시스템은 준비하는 데 3~4일이 걸릴 수 있지만, 일회용 시스템은 하루 이내에 준비됩니다 [5]. 예를 들어, 스페인의 동물 건강 회사인 HIPRA는 2014년에 200리터 교반 일회용 바이오리액터를 테스트했습니다. 그들은 세척 사이클을 제거함으로써 설정 시간을 두 달 절약하고 생산성을 15-20% 증가시켰습니다 [3].
사전 멸균된 일회용 장비는 세척 검증 요구 사항을 줄여 운영을 단순화합니다. 이 효율성은 제조 부문에서 약 15%, QA/QC 부서에서 12%의 인력 감소로 이어집니다 [4][5].
일회용 시스템을 사용하면 유틸리티 소비가 크게 줄어듭니다.브루스 롤링스와 헬렌 포라가 Pall Life Sciences에서 강조한 바에 따르면:
"단일 사용 시설은 대량의 물을 가열하여 스테인리스 스틸 장비를 청소하고 살균하는 데 필요한 에너지를 크게 줄일 수 있기 때문에 에너지 집약도가 약 50% 낮습니다"
[5]. 전체적으로 단일 사용 시설은 총 물과 에너지 사용량을 46% 줄일 수 있습니다 [1]. 노동, 유지보수, 유틸리티 비용 절감을 고려할 때, 배치당 운영 비용은 약 22% 낮을 수 있습니다 [5].
| 특징 | 단일 사용 장비 | 다중 사용 장비 |
|---|---|---|
| 초기 자본 투자 | ~50% 낮음 [1] | 높음 |
| 배치 전환 시간 | <1일 [5] | 3–4일 [5] |
| 세척 검증 | 필요 없음 [5] | 광범위 (CIP/SIP) [5] |
| 물/에너지 사용량 | 46% 낮음 [1] | 높음 |
| 노동 요구 사항 | 제조 인력 15% 감소 [5] | 표준 |
그러나 이러한 이점들은 확장성 및 운영 비용에 영향을 미치는 특정 제한 사항에 의해 균형을 이룹니다.
일회용 장비의 단점
일회용 시스템은 운영상의 이점을 제공하지만, 주목할 만한 도전 과제도 함께 수반됩니다. 주요 문제 중 하나는 확장성입니다. 일회용 바이오리액터는 크기에 제한이 있어 확장 전략이 필요합니다. 반면, 스테인리스 스틸 시스템은 20,000리터 이상으로 확장할 수 있어 대규모 운영에 더 적합합니다 [1][2]. 이러한 제한으로 인해 시설은 단일 대형 용기 대신 여러 개의 작은 장치를 사용해야 합니다.
또 다른 단점은 소모품 비용으로, 배치당 운영 비용이 약 £40,000 증가할 수 있습니다 [5]. 이로 인해 일회용 시스템은 대량 생산에 있어 비용 효율성이 떨어집니다.
공급망 신뢰성도 우려 사항입니다. 업계는 "일회용 공급 부족"에 직면해 있으며, 일부 소모품의 리드 타임이 1년 이상으로 늘어나고 있습니다.약 50%의 바이오제조 설문 응답자가 이러한 지연을 경험했다고 보고했습니다 [1]. 또한, 일회용 백은 날카로운 물체, 과도한 압력, 설치 중 부주의로 인해 손상되기 쉽습니다 [3].
추출물 및 침출물 문제는 상황을 더욱 복잡하게 만듭니다. 플라스틱 구성 요소에서 나온 화학 물질이 제품으로 침출되어 세포 생존율이나 생산성에 영향을 미칠 수 있습니다. BioProcess International, 의 편집장 Cheryl Scott는 경고합니다:
"추출물과 침출물은 세포 생존율이나 생산성을 저해할 수 있으며, 정제 및 약물 제품 제형 전반에 걸쳐 지속되어 환자에게 위험을 초래할 수 있습니다"
[2]. 이는 청소 검증에서 엄격한 테스트 및 재료 특성화로 초점을 이동시킵니다.
마지막으로, 일회용 시스템은 소모품을 위한 추가 저장 공간이 필요합니다. 부피가 큰 재고를 관리하는 것은 여러 생산 라인을 운영하는 회사의 경우 시설 레이아웃을 복잡하게 만들 수 있습니다 [1].
다회용 장비: 장점과 단점
다회용 장비의 장점
스테인리스 스틸 바이오리액터는 대규모 배양육 생산에 신뢰할 수 있는 선택으로, 오랜 시간 동안 검증된 성능을 제공합니다. 용량이 제한된 일회용 시스템과 달리, 다회용 장비는 20,000리터 이상으로 확장할 수 있어 대량 생산에 이상적입니다 [2][3].
이 스테인리스 스틸 용기는 수십 년 동안 지속되도록 제작되어 장기적인 GMP(우수 제조 관리 기준) 운영을 위한 영구적인 인프라를 제공합니다 [2]. 주요 장점 중 하나는 일회용 시스템에서 흔히 발생하는 가방 무결성 실패의 위험을 제거할 수 있다는 점입니다. 이는 생물 안전 문제와 재정적 손실로 이어질 수 있습니다 [3]. 또한, 다회용 시스템은 고도로 자동화되어 있어, 일회용 설정에서 더 흔한 가방 설치 및 무균 연결과 같은 수작업 개입의 필요성을 줄여줍니다 [3].
또 다른 비용 절감 측면은 반복적인 소모품 비용을 피할 수 있다는 점입니다. 다회용 시스템은 또한 멸균 공기 압력을 통해 생산 종료 시 더 빠르게 비울 수 있어, 일회용 가방에 필요한 방법에 비해 더 효율적인 프로세스를 제공합니다 [3].
| 특징 | 다용도 (스테인리스 스틸) | 일회용 (일회용) |
|---|---|---|
| 최대 규모 | >20,000 L | 일반적으로 2,000 L |
| 자동화 수준 | 높음 | 낮음 (더 많은 수작업) |
| 누출 위험 | 최소 | 보통 (백 실패) |
| 소모품 비용 | 낮음 | 높음 (+£40,000/배치) [5] |
| 장비 수명 | 수십 년 | 단일 배치 |
Jordi Ruano Bou, HIPRA의 생물학적 제제 생산 이사 S.A. , 설명: "대규모 MUB는 전 세계적으로 입증된 기술입니다. 프로세스 효율성을 입증했지만, 기업은 이를 도입할 때 여러 측면을 고려해야 합니다" [3].
그럼에도 불구하고 다목적 시스템은 여러 분야에서 뛰어나지만, 자체적인 과제를 안고 있습니다.
다목적 장비의 단점
강점에도 불구하고, 다목적 시스템은 특히 비용과 운영 복잡성 측면에서 단점이 있습니다. 이 시스템들은 훨씬 더 높은 초기 자본 투자가 필요하며, 조달 일정은 종종 1년을 초과합니다. 또한, 이러한 시스템의 자격 인증 과정은 길어질 수 있어 생산 준비가 지연될 수 있습니다 [3].
세척 및 멸균은 또 다른 장애물입니다.스테인리스 스틸 바이오리액터는 철저한 Clean-in-Place (CIP) 및 Steam-in-Place (SIP) 절차가 필요하며, 이는 배치 간에 3~4일 [5]. 이 소요될 수 있습니다. 이와 같은 연장된 가동 중단 시간은 연간 생산할 수 있는 배치 수를 제한하며, 단일 사용 시스템의 경우 20회에 비해 약 15회로 줄어듭니다 [5] .
다중 사용 장비에 필요한 물리적 공간도 상당히 큽니다. 전통적인 스테인리스 스틸 시설은 일반적으로 약 1,800 m², 가 필요하며, 단일 사용 시스템의 경우 1,200 m²와 비교하여 50% 증가합니다. 이는 광범위한 배관, 유틸리티 시스템 및 청소 인프라에 의해 주도됩니다 [5]. 이 더 큰 공간은 시설 설계에 영향을 미칠 뿐만 아니라 에너지 소비도 증가시킵니다. 다중 사용 시스템은 주로 대량의 물을 살균하기 위해 가열해야 하기 때문에 50% 더 많은 에너지, 를 사용하는 것으로 추정됩니다 [5].
노동 수요도 더 높습니다. 다목적 시설은 청소 검증 및 장비 유지 관리를 처리하기 위해 약 15% 더 많은 제조 직원과 12% 더 많은 QA/QC 인력이 필요합니다 [5]. GMP 표준을 유지하는 것은 복잡성을 더하며, 청소 검증은 지속적인 모니터링과 엄격한 품질 보증 노력을 포함합니다 [3] [5].
장비 선택이 시설 설계에 미치는 영향
시설 배치 요구 사항
단일 사용 장비와 다목적 장비 중에서 선택하는 것은 GMP 시설의 설계에 상당한 영향을 미칩니다. 스테인리스 스틸 시스템은 Clean-in-Place (CIP), Steam-in-Place (SIP), Water for Injection (WFI) 시스템을 위한 영구적인 배관을 포함한 광범위한 고정 인프라를 필요로 합니다 [2][8]. 이 설정은 배관 네트워크에 의해 장비 배치가 결정되므로, 경직된 시설 레이아웃을 만듭니다.
반면, 일회용 기술은 더 유연한 접근 방식을 제공합니다. 고정 배관 유틸리티가 필요하지 않기 때문에, 시설은 적응 가능한 "볼룸" 또는 "댄스플로어" 레이아웃을 채택할 수 있습니다. 여기서 장비는 이동 가능하며, 공간은 고정된 인프라가 아닌 프로세스 요구에 맞춰 설계됩니다 [2]. 또한, 일회용 시스템은 폐쇄형 프로세스 덕분에 Grade B 대신 Grade C와 같은 낮은 청정실 등급을 허용하는 경우가 많습니다. 이 변화는 HVAC 요구 사항 감소와 에너지 소비 절감으로 이어질 수 있습니다 [8].
"일회용 시설은 놀라울 정도로 최소한의 고정 인프라로 운영될 수 있습니다", 라고 Connected Workplaces는 언급합니다 [8].
그러나, 이러한 절충은 완전히 간단하지 않습니다.일회용 시설은 부피가 큰 배관 및 유틸리티 룸의 필요성을 없애지만, 가방, 필터 및 튜빙과 같은 소모품을 위한 더 많은 저장 공간이 필요합니다 [10]. 배양육 생산을 위해, 일회용 시설은 일반적으로 1,200 m²를 차지하며, 스테인리스 스틸의 경우 1,800 m²와 비교하여 33% 감소합니다. 그러나 이 공간 절약은 증가된 저장 요구로 부분적으로 상쇄됩니다 [5].
차이는 자본 투자 및 건설 일정에도 확장됩니다. 일회용 시스템은 일반적으로 £1.6백만에서 £4백만 사이의 비용이 들며, 건설에는 12-16개월이 소요됩니다. 반면, 다용도 시설은 £8백만에서 £20백만이 필요하며 완성하는 데 24개월 이상이 걸립니다 [8][7][9]. 예를 들어, 2012년 Catalent Pharma Solutions는 단일 사용 기술을 채택하여 1년 만에 GMP 준수 시설로 전환하였으며, 9개의 제품을 동시에 처리하기 위해 스테인리스 스틸 반응기를 교체했습니다 [7]. 유사하게, AGC Biologics는 mRNA 백신 생산을 위한 Cytiva FlexFactory 스위트를 설치하여 요코하마 사이트에서 16개월 이내에 시설 시작을 완료했습니다 [9] . 이러한 적응성은 두 시스템의 강점을 결합한 하이브리드 설계를 가능하게 했습니다.
하이브리드 장비 접근법
많은 배양육 시설이 이제 단일 사용 및 다중 사용 장비를 혼합하여 유연성과 비용을 균형 있게 조절하는 하이브리드 설정을 선택하고 있습니다.일반적인 전략은 종자 배양 및 배지 준비를 위해 일회용 시스템을 사용하고 대규모 생산 바이오리액터에는 스테인리스 스틸을 사용하는 것입니다 [2][7]. 이 접근 방식은 소량에 대한 일회용품의 빠른 전환 능력과 대규모 운영에 대한 스테인리스 스틸의 비용 효율성을 결합합니다.
Catalent Pharma Solutions의 William Hartzel은 다음과 같이 설명합니다: "일반적으로 일회용 시설은 전통적인 시설보다 유연성이 높으며, 이는 다품목 시설에서 큰 장점입니다" [7].
하이브리드 시설을 설계하려면 두 가지 유형의 장비를 통합하기 위한 신중한 계획이 필요합니다. 예를 들어, 천장에 장착된 유틸리티 패널은 바닥 레이아웃의 쉬운 재구성을 가능하게 하여 시설이 필요에 따라 일회용 스키드와 고정 장비 간에 전환할 수 있도록 합니다 [1]. 이 모듈식 디자인은 "미래 대비"를 제공하여 주요 재구성 없이도 진화하는 제품이나 프로세스에 맞춰 빠르게 수정할 수 있습니다 [1].
기존 스테인리스 스틸 설비에 일회용 작업을 추가하면 자원 사용을 최적화할 수 있습니다. 일회용 프로세스는 스테인리스 스틸 장비의 비가동 시간 동안 실행할 수 있으며, 물 공급과 같은 유틸리티를 공유하여 인프라 비용을 절감할 수 있습니다 [10]. 주목할 만한 예로는 중국에 기반을 둔 CDMO인 BioInno가 있으며, 기존 인프라와 함께 6,000리터 일회용 바이오리액터를 설치했습니다. 이 접근 방식은 다중 제품 유연성을 제공하고 일회용 시스템의 전통적인 2,000리터 크기 제한을 깨뜨렸습니다 [9].
시설 설계 비교표
| 설계 요소 | 일회용 | 다회용 (스테인리스 스틸) | 하이브리드 |
|---|---|---|---|
| 고정 배관 | 최소; 유연한 튜빙 | 광범위한 네트워크 필요 | 혼합 인프라 |
| 클린룸 등급 | 등급 C (일반적으로) | 등급 B (일반적으로) | 지역에 따라 다름 |
| 시설 면적 | ~1,200 m² [5] | ~1,800 m² [5] | 중간 |
| 자본 투자 | £1.6M–£4M [8] | £8M–£20M [8] | 중급 |
| 건설 시간 | 12–16개월 [7][9] | 24개월 이상 | 18–24개월 |
| 저장 요구 사항 | 높음 (소모품) | 낮음 | 보통 |
| 유틸리티 수요 | 50% 낮은 에너지 [5] | 높은 물/증기 필요 | 혼합 |
| 레이아웃 유연성 | 높음; 이동식 장비 | 낮음; 고정 위치 | 보통 |
sbb-itb-ffee270
GMP 등급 장비를 위한 조달 전략
GMP 등급 장비 공급업체 선택
GMP 준수 장비의 공급업체를 선택할 때는 단순히 가격표를 넘어서 보는 것이 중요합니다.공급업체의 자격 및 검증 패키지에 주된 초점을 맞춰야 합니다. 이러한 문서는 장비가 규제 표준 - FDA, EMA 또는 현지 식품 등급 요구 사항 - 에 부합하는지 확인해야 합니다. 또한, 추출물, 용출물 및 멸균 검증과 같은 필수 요소를 다루어 장비가 배양육 생산을 위한 GMP 표준을 지속적으로 준수하는지 확인해야 합니다 [10].
"제공된 자격 및 검증 패키지의 견고성을 확인하고 모든 관련 규제 요구 사항을 충족하는지 확인하십시오", GE 헬스케어의 엔지니어링 프로젝트 리더인 John Joseph가 조언합니다 [10].
공급망의 투명성도 또 다른 주요 고려 사항입니다. 공급업체는 원자재나 구성 요소의 변경 사항에 대해 명확하고 적극적인 업데이트를 제공해야 합니다.일관된 자재 소싱은 예기치 않은 부품 변경으로 인한 비용이 많이 드는 재검증 과정을 피하는 데 도움이 됩니다. 현재의 공급망 문제는 더 긴 조달 일정에 대한 계획의 중요성을 더욱 강조합니다 [1].
비용을 관리하기 위해, 배양육 생산자는 안전성이나 규정을 손상시키지 않으면서 식품 등급 기준이 제약 등급 사양을 대체할 수 있는지를 평가할 수 있습니다. 예를 들어, 304 스테인리스강은 특정 응용 분야에서 더 비싼 316 등급의 대안이 될 수 있으며, GRAS 인증을 받은 물은 일부 경우에 제약 등급의 물을 대신하여 사용할 수 있습니다 [6]. 그러나 이러한 결정은 모든 안전 및 규제 기준을 충족하는지 확인하기 위한 철저한 위험 평가가 필요합니다.
이러한 엄격한 기준을 충족하기 위해 GMP 장비 소싱을 간소화하기 위한 전문 플랫폼이 개발되었습니다.
장비 조달을 위한 Cellbase
하이브리드 접근 방식을 채택하는 시설의 경우,
일회용 바이오리액터의 특성화 및 규모 확대 고려사항
결론
배양육 시설을 설계할 때, 일회용 장비와 다회용 장비 간의 선택은 중요한 역할을 합니다.일회용 시스템은 50% 낮은 자본 비용, 빠른 설치 시간 및 에너지 소비 감소와 같은 장점을 제공합니다[1]. 그러나 소모품으로 인해 반복 비용이 더 높으며[8] 일반적으로 약 2,000리터의 용량으로 제한됩니다[1]. 반면, 다회용 장비는 약 £7.5백만에서 £19백만까지의 더 큰 초기 투자가 필요하지만 10,000리터 이상으로 확장할 때 단위당 생산 비용이 낮습니다[8].
많은 생산자에게 하이브리드 접근법이 적절한 균형을 제공합니다. 일회용 시스템은 오염 위험이 높은 시드 트레인 및 초기 단계 프로세스에 적합합니다. 한편, 스테인리스 스틸 용기는 대규모 생산에 이상적이며, 규모의 경제를 활용하면서 GMP 표준 준수를 보장합니다.이 조합은 생산자들이 유연성을 유지하면서 장기적인 비용을 최적화할 수 있게 합니다 [1][8].
산업 전문가인 샤도니 솔즈베리가 강조하듯이:
"가장 성공적인 제조 전략은 현재의 운영 요구 사항과 미래의 유연성을 신중하게 균형 잡는 전략일 것입니다" [8].
클린룸 분류 및 유틸리티 인프라와 같은 주요 시설 설계 요소도 장비 선택에 크게 영향을 받습니다. 이러한 결정은 운영 효율성과 규제 준수를 달성하는 데 중요합니다.
GMP 등급 장비를 소싱하려면 철저한 공급업체 평가와 투명한 공급망이 필요합니다.
자주 묻는 질문
다목적 사용이 일회용보다 저렴해지는 시점은 언제인가요?
재사용 가능한 장비는 대규모 생산 및 장기 비용 분석을 다룰 때 종종 일회용 시스템보다 경제적입니다. 재사용 가능한 바이오리액터는 초기 투자 비용이 더 높지만, 소모품과 같은 지속적인 비용을 줄이는 데 도움을 주어 대용량 배양육 시설에 현명한 선택이 됩니다. 반면에, 일회용 시스템은 초기 비용이 낮고 더 작은 규모나 적응성이 필요한 운영에 적합합니다. 그러나 생산 규모가 커짐에 따라 소모품 및 폐기물 관리 비용이 증가하여 이러한 시스템이 비싸질 수 있습니다.
일회용 제품의 청소 검증을 대체하는 테스트는 무엇인가요?
일회용 장비의 청소 검증을 대체하기 위해 설계된 테스트는 오염 물질이 안전한 한도 내에 머물도록 보장하는 것을 목표로 합니다. 이러한 방법에는 분석 잔류물 테스트, 면봉 샘플링, 헹굼 샘플링, 및 시각적 검사. 가 포함됩니다. 이들은 잔류물과 오염 물질이 안전 기준을 준수한다는 직접적인 증거를 제공하여 전통적인 검증 접근 방식에 대한 실용적인 대안을 제공합니다.
실용적인 하이브리드 레이아웃은 어떻게 생겼나요?
배양육 생산 시설에서의 하이브리드 접근 방식은 스테인리스 스틸 시스템과 일회용 기술을 결합하여 적응성, 효율성 및 성장 잠재력의 균형을 달성합니다.예를 들어, 스테인리스 스틸 바이오리액터는 대규모 연속 생산에 이상적이며, 일회용 시스템은 소규모 배치나 빠른 조정에 유연성을 제공합니다. 이러한 조합은 시설이 수요 변화에 신속하게 대응하고, 초기 비용을 절감하며, 재사용 가능 시스템과 일회용 시스템을 결합하여 이 발전하는 분야에서 원활한 운영을 가능하게 합니다.
