백신은 신체의 자연 방어 메커니즘을 활용하여 특정 외부 병원체, 주로 박테리아 및 바이러스에 대한 방어체제를 구축하도록 면역 체계를 "학습" 시킵니다. 백신은 일반적으로 감염성 질병 전파를 예방 또는 감소시키기 위해 사용되는 반면, 일부 새로운 백신은 기존의 암 조직 또는 질병 조직의 제거를 도울 수 있습니다.
백신 제제(Vaccine Formulation)는 백신을 개발하고 생산하는 과정입니다. 백신은 일반적으로 1차 및 2차 백신 성분을 결합하여 표적 물질의 높은 생체이용률 및 생체 활성을 달성하는 동시에 적절한 유형과 정도의 면역 자극을 나타냅니다. 운송 안정성과 유통기한을 보장하기 위해 2차 구성성분이 추가됩니다. 높은 규제 표준을 충족하려면 효율적인 제조 공정이 필요합니다.
백신 제제는 일반적으로 활성 제약 성분(API)과 동일시할 수 있는 항원과, 항원의 면역원성 작용을 향상시키기 위한 하나 이상의 보조제를 포함합니다. 그런 다음 제제 안정성 및 보관 기간을 향상시키기 위해 첨가제를 첨가합니다.
다양한 백신 범주가 있으며, 일반적으로 병원균의 약독화 복제 균주를 포함하는 백신과 병원균의 성분만을 포함하는 백신 또는 사멸된 전체 유기체를 포함하는 백신을 구별하기 위해 생백신 또는 무균 백신으로 분류됩니다.
| 백신의 종류 | 이 기술을 사용하는 백신 |
| 약독화 | 천연두, 홍역, 볼거리, 풍진, 경구 소아마비 백신, BCG(결핵), 인플루엔자 |
유기체 전체 사멸
|
소아마비 |
서브유닛
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무세포 백일해 폐렴구균 |
| 변성독소 | 디프테리아 파상풍 |
| 바이러스 벡터화 | 에볼라 |
| 핵산(mRNA) | SARS-CoV-2(Comirnaty 및 Spikevax) |
표 1: 다양한 유형의 백신 및 사용 방법
제조 워크플로는 모든 백신 클래스에 대해 유사합니다. 항원을 식별, 생산, 정제 및 조제하는 과정으로 이루어집니다. 오늘날 대부분의 항원은 다음 단계에 따른 바이오프로세싱을 통해 생산됩니다.
API로 간주되고 적응 면역 반응을 유도하는 항원 외에도, 대부분의 백신에는 보다 강력한 면역 반응을 자극하여 활성화하는 데 도움이 되는 보조제가 포함되어 있습니다.
보조제의 주요 분류에는 6가지가 있습니다.
보조제 효과는 일반적으로 임상 효능 시험 중에 평가됩니다. 따라서 임상 개발 단계 초기에 백신 보조제 제제에 대한 품질 속성을 규정하는 것이 중요합니다.
백신은 손상되기 쉽습니다. 일반적으로 해당 온도 조건에 대해 제제마다 다른 안정성을 나타냅니다.
액체 용액의 약독화 생백신은 동결에 민감한 반면, 불활성화된 바이러스, 서브유닛 또는 변성독소는 열에 보다 더 민감합니다. 동결 또는 열 노출로 인한 손상을 최소화하거나 건조 중 전단 및 탈수로부터 항원을 보호하기 위해 안정화제 또는 부형제가 제형에 추가됩니다.
만니톨, 덱스트란, 유당, L-류신 및 트레할로스가 일반적으로 보호 부형제로 사용됩니다. 안정제의 선택은 백신 제제 유형에 따라 다르며, 제품 개발의 첫 번째 단계에서 제제 파라미터를 신중하게 최적화하여 유리화된 상태에서 항원을 가장 잘 안정화시키는 첨가제 또는 첨가제 조합이 어떤 것인지 평가해야 합니다.
백신 제제의 두 가지 핵심 사항은 항원의 면역원성을 증가시키기 위해 보조제를 추가하는 것과 보관 조건에 영향을 미치는 최종 제품의 안정성을 개선하기 위해 첨가제를 추가하는 것입니다.
일반적으로 약독화 생백신은 면역 반응을 증가시키기 위해 제제에 추가 보조제가 필요하지 않은 유일한 백신입니다. 그러나 보관 조건은 잘 보관된 저온 유통이 필요합니다.
다양한 특성화, 스크리닝 단계 및 공정은 최종 백신 제제가 결합된 후 필요한 성능을 제공하도록 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다. 보조제 선택 및 제제 준비 단계는 아래에 설명되어 있습니다.
보조제를 스크리닝 및 선택하려면 종종 상충되는 임상 및 제조 요구사항에 균형을 맞춰야 합니다. 예를 들어, 일반적으로 알루미늄 염 보조제와 매칭되는 재조합 서브유닛 항원을 사용할 때, 높은 표면적 대 부피 비율 및 항원 흡수 용량을 가진 작은 보조제 마이크로입자 크기와 같은 중요한 품질 속성(CQA)은 높은 생체 활성을 촉진합니다. 그러나 최종 의약품 수율 제어, 효율적인 여과 및 바이알 충진 마감에서 작은 입자를 처리하는 것은 매우 까다로운 것으로 알려져 있습니다.
보조제를 선택할 때는 화학 및 물리적 속성은 물론 온도, 혼합 역학, 농도 조절, 시약 투여 속도, 질량 이동, 및 입자와 반응 역학과 같은 공정 파라미터를 고려해야 합니다.공정 파라미터의 효율적이고 반복 가능한 특성화 및 그에 따른 변환을 통해 원하는 속성을 정의하고 제어할 수 있습니다. 자동화된 실험실 반응기는 보조제 준비에 대한 화학적 및 물리적 파라미터의 영향을 검사하는 데 매우 유용합니다.
항원은 정전기, 소수성 또는 반 데르 발스 상호작용과 함께 리간드 교환을 통해 AlPO4 및 기타와 같은 보조제에 흡착됩니다. 지질 나노입자와 같은 기타 보조제를 사용하여 백신 항원을 캡슐화할 수 있습니다.
항원-보조제 상호작용에 대한 제제 연구 중에 항원-보조제 상호작용 안정성을 평가하는 것이 중요합니다. 다음과 같은 문제를 해결해야 합니다.
분광 분석 및 입자 엔지니어링 PAT(공정 분석 기술)를 통한 실시간 및 in situ 공정 측정은 항원-보조제 상호작용을 특성화하는 데 도움이 됩니다.
앞서 언급한 바와 같이 백신은 손상되기 쉽습니다. 안정제 또는 첨가제는 다음을 위해 추가됩니다.
종종 첨가제 및 안정제 선택 시 오프라인 분석 방법으로 결정된 최종 백신 결과를 고려하지만 공정 또는 절차 자체를 적절하게 다루거나 특성화하지 못할 수 있습니다.역학, 경로 메커니즘 또는 in-situ 분자 상호작용을 이해하는 것은 견고한 공정 제어를 확립하는 데 중요합니다.
접선 유동 여과(TFF), 중공사막 필터 또는 기타 방법을 사용한 한외여과에 의한 상향 농축 공정은 일반적으로 백신을 조제하는 데 사용됩니다. 상향 농축은 희석여과만으로 수행하거나 유사한 여과 방법과 함께 사용하여 수행할 수 있습니다.
처리량 확대, 공정 특성화 및 제어가 필요하여 버퍼 교환 장치 작동에서 실시간 분석 기술이 개발되었습니다. 고농도 단백질, 바이러스 또는 다당류 항원 용액을 분석하면 진동 분광 분석 PAT 도구로 측정되는 생물학적 공정에 유리하여 수용액에서 단백질 및 첨가제의 실시간 동시 분석을 용이하게 합니다.
백신은 일반적으로 동결 건조를 통해 분말 형태로 안정화됩니다. 백신 제제에 동결 방지제를 첨가하는 것은 안정적인 분말 제제를 개발하는 데 큰 역할을 합니다.
동결 보호제는 유리화를 통해 백신 분자를 안정화시키고 단백질 또는 지질 막의 응집 속도를 감소시킵니다. 동결 농축 용액의 붕괴 온도(Tc) 및 유리 온도(Tg)뿐만 아니라 첨가제의 결정화 거동은 제제 안정성에 영향을 미치는 중요 변수입니다. 동결 전에 시차 주사 열량계(DSC)를 사용하여 이러한 값을 측정하면 제제 안정성의 지표를 제공하고 전체 동결 건조 공정의 성공 가능 여부를 결정할 수 있습니다.
백신 제제 개발에는 여러 의무와 책임이 따릅니다. 따라서 제제 개발에서 직면한 문제는 다양하고 당면한 작업에 따라 문제가 각기 다릅니다.
제제 단계 전반에 걸쳐 공유되는 핵심 과제는 다음과 같습니다.
In-situ 입자 특성화 또는 PAT와 분광법과 같은 특성화 기술을 결합하면 이러한 문제를 해결하고 효과적인 백신 제제 개발을 간소화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 생명을 위협하는 질병의 적극적인 발생에 직면했을 때 매우 중요할 수 있습니다.
백신 개발을 최적화하려면 면역학, 바이오프로세싱, 생축합, 보조제 합성, 항원-보조제 흡착, 첨가제/안정제, 상향 농도, 버퍼 교환 및 기타 공정 파라미터에 대한 심층적인 이해가 필요합니다. 다양한 기술이 백신 개발의 성공을 보장합니다.
in-situ 입자 특성 및 분광분석 PAT는 종종 자동화 실험실 반응기와 함께 사용됩니다. 이를 통해 집약적이고 반복적인 수동 작업을 하지 않아도 되고 공정 특성화를 가속화합니다. PAT는 다음과 같은 백신 제제 개발 활동을 지원하는 데 사용할 수 있습니다.
분말 형태의 백신 제제의 품질을 보장하기 위해, 건조 공정 및 보관 중 제제의 온도가 유리 전이 온도 이상으로 상승해서는 안 됩니다.
건조 단계 전 제제의 DSC 분석을 통해 동결 농축 용액의 유리 전이 온도와 최종 분말의 유리 전이 온도를 측정할 수 있어 건조 파라미터와 보관 조건을 최적화하는 데 도움이 됩니다.
건조 공정에서는 샘플에 포함된 수분이 100% 제거되지 않습니다. 남은 수분은 유통기한, 물리적 및 화학적 안정성 및 백신의 전반적인 품질에 영향을 미칩니다. 수분 함량이 너무 낮으면 공정 문제 또는 응집이 발생할 수 있는 반면, 수분 함량이 너무 높으면 유통기한 및 보관 불안정으로 인해 제품 품질 저하로 이어질 수 있습니다.
제약 동결건조 제품 내 잔류 수분을 측정하여 안정성과 효율성 유지를 보장하기 위한 기준은 Karl Fisher 전량 적정입니다.
백신 제조업체에 따르면, 품질 관리 및 테스트는 백신 생산 시간의 최대 절반 이상을 차지할 수 있습니다. 일반적으로 모든 생산 단계에서 제품의 효율성을 유지해야 하는 법적 책임은 제조업체에 있습니다. 따라서 백신 원료 및 완제품의 분석이 중요합니다. 다음 기술은 백신 개발 및 제조 시 품질 관리 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.
현재 사용 가능한 분석 기법 중에서 UV Vis 분광광도법은 단백질 및 핵산 함량의 농도 측정을 위한 표준 방법으로 여겨집니다. 이는 예를 들어, mRNA 백신을 사용하려면 역가 유지를 위해 고도로 정제된 DNA/RNA를 필요로 하기 때문에 중요합니다.
UV/Vis는 또한 효소, 뉴클레오타이드 및 플라스미드의 분석은 물론 에탄올 및 자당과 같은 원료의 순도/불순도 프로파일에 사용할 수 있습니다. 이러한 유연성과 분석의 용이성으로 인해 UV/Vis는 개발 체인 전반에 걸쳐 최종 백신 및 다양한 백신 구성성분을 특성화하는 데 선호하는 분석입니다.
많은 제약 구성성분은 수화물이거나 흡착된 형태의 물을 포함합니다. 물은 첨가제 거동과 백신 유통기한 및 안정성에 영향을 미칠 수 있습니다. 수분 함량을 분석하고 수분이 제품에 미치는 영향을 이해하는 것은 백신 사양 및 한계를 정의하는 데 필수적입니다.
칼 피셔 적정은 가장 흔히 사용되는 물분석 측정법입니다. 수분 함량 측정은 약전 표준 준수를 입증하는 데 중요합니다. 칼 피셔 적정이 백신 제제에 일반적으로 사용되는 첨가제인 폴리소르베이트 80의 특성을 규명하기 위한 한 가지 예입니다.
첨가제 및 최종 분말 제제의 수분 함량은 수분 측정기를 사용하여 측정할 수 있으며, 논문에 건조 오븐을 사용하는 "건조 손실" 방법이 언급되어 있습니다. 이러한 측정은 보관 조건 및 유통기한에 대한 정보를 제공합니다.
제약 분석 분야는 전 세계적으로 고도로 표준화되어 있습니다. 백신 제조업체는 엄격한 테스트가 필요한 백신 제제에 존재하는 API 함량 및 첨가제에 대한 정보를 제공해야 합니다.
규제 당국이 발행하는 특정 가이드라인에는 보조제 선택 및 품질 관리를 규제하기 위해 보조제 및 보조제-항원 복합 안정성을 평가하기 위한 분석법이 포함되어 있습니다. 또한 보조제 단독 및 최종 제제에 포함된 보조제는 안전성과 효능을 보장하고 특정 항원에 대해 면역계를 자극하는 능력을 측정하기 위해 전임상 및 임상 평가를 받아야 합니다.
기업은 제품 제조에 사용할 수 있는 물질의 화학적 조성을 규정하는 현지 및/또는 국제 약전 공정서 규정을 준수해야 하며, 품질 관리에 사용되는 분석 기법 및 분석법은 국제 시험법에 정의되어 있습니다. 관리 약전에는 미국 약전(USP), 유럽 약전, 일본 약전, 중국 약전, 인도 약전 및 국제 약전(세계 보건 기구 발행) 또는 기타 국가의 약전이 포함될 수 있습니다. 글로벌 조화를 위한 적극적인 노력 덕분에 여러 약전 간에 규정이 전반적으로 일치하게 되었습니다.
규제 당국이 백신 안전성, 유효성 및 승인을 보장하려면 모든 개발 단계에서 품질을 평가하는 것이 중요합니다. 메틀러 토레도는 중요한 심층 분석 특성화, 품질 보증(QA) 및 품질 관리(QC) 연구 및 개발에 사용할 수 있는 기기를 제공합니다.
백신 제제를 개발하려면 개별 백신 구성성분, 보조제-항원 복합체, 공정 동역학, 분자 상호작용 및 기타 품질 속성의 특성을 규명해야 합니다. 시차 주사 열량계(DSC). 메틀러 토레도의 DSC3+는 온도나 시간 함수로서 물리 및 화학 물성의 변화로 인해 발생한 샘플의 엔탈피 변화를 측정합니다. 백신 제제의 열 특성을 이해하면 백신 건조 파라미터를 정의하고 더 높은 안정성을 달성하는 데 도움이 됩니다.
부형제, 안정화제, 보조제 및 항원-보조제 상호작용에 대한 공정 파라미터의 영향을 실시간으로 모니터링하는 것은 기존의 오프라인 분석 및 특성화 방법으로는 실행할 수 없습니다. 대신에, DoE 분석법 및 상호 의존적 변수는 현장에 존재하는 것처럼 실시간으로 공정을 측정하는 기술을 통해 가장 잘 이해되고 최적화됩니다.
메틀러 토레도 iC 소프트웨어 제품군은 전체 PAT 실험 업무 프로세스를 통합해 결과의 시각화, 해석 및 보고를 간편하게 합니다. 각 iC 제품마다 강력한 알고리즘 및 그래픽 표현이 단순한 사용자 인터페이스와 결합되어 있어 과학자들은 더 적은 노력으로 공정을 더 심도 있게 이해할 수 있습니다. iC 소프트웨어 제품군은 규제 기관에 중요한 결과를 보존할 뿐만 아니라 기관 지식을 구축하는 팀 간에 실험 데이터를 자동으로 기록, 준비 및 공유합니다.
자동 반응기와 함께 사용되는 이러한 in-situ 분석 기법을 통해 반응 조건 및 변수가 백신 제제에 미치는 영향을 철저히 이해할 수 있으며 까다로운 공정을 확장할 수 있는 우수한 플랫폼을 제공합니다.
여러 장비 및 방법을 통해 다양한 약전의 지침에 따라 백신 제조 시 항원, 보조제 및 첨가제의 정확한 정량화를 지원합니다. 일반적인 기술에는 액체 취급, 칭량, 적정, 밀도, 굴절률, UV/Vis 분광광도법, 융점, pH, 전도도 및 수분 측정이 포함됩니다.
제약 품질 관리 실험실의 여러 장비는 기록 유지 규정 준수를 위한 데이터를 대조 및 통합하는 측면에서 종종 문제를 야기합니다. 메틀러 토레도가 제공하는 다양한 기기 및 저울은 LabX™ 소프트웨어와 결합하여 사용 시 FDA 21 CFR 파트 11 규정 준수 활동을 간소화하고 능률화하는 데 도움이 됩니다.
Excellence 기기 및 저울이 도출한 모든 데이터는 중앙 집중식 데이터베이스에 자동으로 저장됩니다. LabX는 수동 데이터 기록 및 필사 위험을 제거하여 실험실 및 생산 현장이 FDA ALCOA+ 데이터 무결성 요건을 충족하도록 돕습니다. 연중무휴 언제 어디서나 데이터에 액세스할 수 있고 맞춤형 보고서를 쉽게 생성할 수 있습니다.
메틀러 토레도는 정확한 저울 및 스케일도 제공하여 분석 및 생산 요구사항을 충족합니다. 메틀러 토레도의 기기가 지능형 분주 자동화를 포함하여 다양한 샘플 요구사항과 공정 요건을 수용할 수 있는 방법에 대해 더 알아보십시오.
질병을 유발하는 유기체(바이러스, 박테리아, 곰팡이, 기생충)가 인체에 유입되면 면역체계는 이를 유해한 것으로 식별하고 이에 대응하는 반응을 일으킵니다. 병원체는 일반적으로 특정 병원체 및 질병에 고유한 몇 가지 특정 부분으로 구성됩니다. 면역체계는 이러한 부분을 이물질(항원)로 인식하고 이에 대항하는 항체를 생성합니다.
항체는 검출된 항원에 대해 특이적입니다. 따라서 한 병원체에 대한 항체는 다른 병원체를 탐지하고 파괴할 수 없습니다. 모든 새로운 항원에 대해 우리 몸은 새로운 특정 항체를 생성해야 합니다. 동일한 질병이 다시 발생하면 면역 체계는 해당 질병을 기억하고 증상이 나타나기 전에 이에 대응할 준비를 합니다.
백신에는 질병에 대한 최초 면역 반응을 유발하는 항원으로 작용하는 병원체의 일부가 포함되어 있어 질병에 대한 “기억”을 생성합니다. 이상적으로는 백신 접종을 받은 사람이 나중에 질병에 걸리면 면역 체계가 이를 "기억"하여 감염을 예방하지만, 예방 접종의 다른 원하는 결과에는 위험도가 낮은 감염 및 전파 제한이 포함됩니다.
백신 제제는 적절한 유형과 정도의 면역 자극을 나타내면서 높은 생체 이용률과 생체 활성을 달성하기 위해 1차 및 2차 구성요소를 결합하는 개발 및 생산 공정입니다. 또한 이는 높은 규제 기준을 충족하는 효율적인 제조 공정뿐만 아니라 우수한 안정성 및 유통기한을 제공하기 위해 노력합니다.
1차 구성요소(항원 또는 항원 전구체)는 적응 면역 반응을 유도하는 예방 또는 치료 방식의 역할을 합니다. 2차 구성요소(보조제 및 기타 부형제)은 면역자극, 면역조절 또는 면역강화 효과를 통해 백신의 효과를 증가시키는 데 사용됩니다.
백신은 전통적으로 감염성 질병을 예방 또는 감소시키기 위해 사용되는 반면, 일부 새로운 백신은 기존의 암 조직 또는 질병 조직의 제거를 도울 수 있습니다.
적외선 또는 할로겐 가열 기술을 사용하는 수분 측정기는 분석 목표 및 샘플 특성에 따라 수분 함량을 제공할 수 있습니다.
열중량 수분 측정기는 샘플 가열로 인한 증발 중량 손실(즉, "건조 손실")을 측정합니다. 샘플에 휘발성 성분으로서 물만 포함되어 있는 경우 수분 측정기가 수분 함량을 측정합니다. 다른 휘발성 물질이 존재하는 경우에도 수분 함량을 제공합니다. 따라서 수분 측정기를 사용하여 용액의 고체 함량을 편리하게 측정할 수 있습니다.
다른 휘발성 물질이 포함된 샘플의 수분 함량을 측정하고자 한다면 칼 피셔 적정이 보다 적합한 분석법이 될 것입니다.
각 실험에서 주기적으로 반복성이 높은 분석 데이터를 수집함으로써 과학자와 엔지니어는 내용을 최대한 잘 이해하고 보다 짧은 시간 내에 완벽한 조사 결과를 얻습니다. 정확하고 빈번한 샘플을 확보하면 근본적인 통찰력을 얻을 수 있고 정보에 입각한 신속하고 정확한 결정을 내릴 수 있습니다.
바이오프로세스 엔지니어링에 사용하기에 적합하려면, 인라인 센서가 멸균 가능해야하고 드리프트가 낮아야 하며, 며칠 또는 몇 주 동안 안정적으로 작동해야 합니다. 측정점 유지보수에 귀중한 기술자의 시간이 불필요하게 낭비되지 않도록 하기 위해 센서는 가급적 유지보수가 간편하고 빈도가 낮아야 합니다.
한 마디로 대답하자면, 그렇습니다. 감사 대상 실험실은 분석 워크플로에 대한 엄격한 통제를 통해 규정을 준수하는 결과를 보장합니다. 자동 실험실 기기를 사용할 때 기기 자체를 신중하게 선택하고 설치합니다. 사용, 일상 테스트 및 서비스 이력은 일반적으로 자세히 추적됩니다.
함께 제공되는 소프트웨어는 유사한 수준으로 엄격하게 모니터링되어 소프트웨어가 데이터 기록의 완전성 및 보안에 관한 규정을 충족하는지, 그리고 기타 적용 가능한 요건(예: 할당된 장치 및/또는 분석법 세트에 대한 사용자의 액세스 제한)에 부합하는지 여부를 검증합니다.
메틀러 토레도는 장비 선택, 설치 위치 및 설정에 관한 안내와 적절한 서비스 패키지를 제공함으로써 규정 준수를 지원합니다. 또한 일상 검사를 위한 추적 가능한 분동 및 인증된 표준 물질, 데이터를 보호하고 새로운 공정을 수용하기 위한 모듈형 소프트웨어 패키지, 그리고 결과 품질을 강화하는 데 도움이 될 수 있는 SOP 생성을 제공합니다.
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