Plant cell culture for product of biopharmaceuticals
단백질 제품들은 현재 미생물이나 동물세포배양에 의하여 주로 생산되고 있다. 그러나 장기적으로 단백질을 저비용으로 효율적으로 생산하기 위해서는 식물세포의 이용을 고려하지 않을 수 없다. 최근 미국, 일본, 유럽 등지에서는 식물체나 식물세포를 이용하여 의약용 단백질을 생산하고자 상당한 투자를 하고 있는 상황이다.
형질전환 된 식물세포배양을 통한 재조합단백질의 생산은 다른 생산 숙주에서보다 여러 가지 장점을 가지고 있다. 먼저, 식물세포배양은 정확하게 조절된 상태 하에서 수행함으로써 GMP (good manufacturing practice) 기준에 맞추기가 용이하고, 환경으로의 재조합 된 유전자의 유출위험이 없기 때문에 실제 산업규모로의 적용에 유리하다.
식물세포배양을 이용한 유용단백질 생산 기술은 post-translational modification(PTM)의 가능, 저렴한 생산비용, 안정성, 분리/ 정제의 수월성, 대량배양의 용이성, 고농도 배양 가능 등 여러 가지 측면에서 동물세포배양보다 유리한 장점을 지니고 있다. 그러나 아직 식물세포배양의 생산 공정은 이차대사물질에 국한되어 있었으며, 최근에는 외국에서의 유용 단백질을 식물세포배양을 통해 생산하고자 하는 시도가 되고 있다.
Animal Cell Culture
- Cell Therapy
세포치료제는 “세포와 조직의 기능을 복원하기 위하여 살아있는 자가조직(autologous), 동종 (allogenic) 또는 이종(xenogenic)세포를 체외에서 증식, 선별하거나 여타한 방법으로 세포의 생물학적 특성을 변화시키는 등의 일련의 행위를 통하여, 치료, 진단 및 예방의 목적으로 사용되는 의약품”으로 정의된다.
세포치료제는 사용되는 세포의 분화 정도에 따라 분화된 조직세포 자체를 이용하여 조직의 대체 및 재건에 활용하는 체세포치료제와 줄기세포를 체외에서 증식, 분화시키거나 유전자 조작을 통해 얻은 세포를 이용하는 줄기세포치료제로 구분을 하고 있다. 근래에는 골수, 제대혈, 골막조직, 지방조직 등에서 분리한 성체줄기세포를 이용하는 연구가 주로 이루어지고 있다. 배아줄기세포치료제는 아직 윤리적 문제와 유효성, 안전성, 안정성 등 의 제한사항이 많아 치료제로서는 더 많은 연구가 이루어져야 할 것이다.
현재 (2008년 05월말) 국내에는 16개의 세포치료제가 한국 식약청 판매허가를 얻어 시판 중이고, 임상시험 승인 제품만도 39종에 달한다.
- Tissue Engineering
생체조직공학은 생명 과학과 공학의 기본 개념과 기술을 통합 응용하여 생체 조직의 구조와 기능 사이의 상관관계를 이해하고 나아가서 생체 조직의 대용품을 만들어 이식함으로써 우리 몸의 기능을 유지, 향상 또는 복원하는 것을 목적으로 하는 응용 학문 분야이다.
인체의 조직이나 기관이 비가역적으로 손상을 입었을 경우, 이에 대한 의학적 처치는 대부분 이식수술에 의존하게 된다. 이러한 경우 조직이나 기관을 자신(autograft) 혹은 타인(allograft)으로부터 공급을 받거나, 심지어 동물(xenograft)로부터 받기까지 한다. 가장 일반적인 경우는 타인으로부터의 장기 기여(organ donation)에 의해 이식수술이 이루어지는 것이다. 그러나 이식수술을 요하는 환자의 수요에 비해 공급되는 숫자는 매우 제한적이다. 이에 대한 대응책으로 생체조직공학 분야가 시작되게 되었다.
- Recombinant Protein
유전자 재조합 단백질 생산기술이란 유전자 재조합 기술을 이용하여 특정 유전자의 배열을 바꾸거나 다른 유전자와의 조합을 통해 지금까지와는 다른 유전자 조합을 만들고, 이를 대장균, 효모, 식물, 동물세포 등에 삽입하여 목적하는 단백질을 합성하도록 하는 기술이다. 유전자 재조합 단백질 생산기술을 통하여 비정상 상태의 인체에서 필요로 하는 생리활성 단백질을 대량 생산하여 제제화한 것이 유전자 재조합 단백질 의약품이다.
초기의 유전자 재조합 단백질은 증식이 빠르고 대량 배양이 용이하며 저렴한 배양환경의 대장균 등에서 생산하였으나, 복잡한 구조의 단백질 생산에 한계가 있어, 효모에서 생산하게 되었다. 그러나, 효모에서의 생산은 자체 분해 효소에 의해 외래 단백질을 분해하거나 정확한 당쇄 부가능력이 떨어지며, 생산 수율이 낮은 단점이 있어 이를 개선하기 위해 동물 유래의 세포에서 단백질을 생산하게 되었다. 동물세포를 이용한 단백질생산은 정확한 입체 구조와 당쇄를 부가하는 반면, 성장속도가 느리고 배양환경 조절이 어려우며 배양기와 배양 배지의 가격이 높은 단점을 가지고 있다.
동물세포로부터 재조합 단백질의 생산성 향상은 배양배지의 최적화, 환경인자의 최적화, 단백질의 특성을 고려한 배양방식의 선택과 공정 최적화 또는 세포공학 기법을 이용한 세포 개량 등의 다양한 방법으로 이루어진다.
고부가가치의 당단백질 대부분이 동물세포 배양방법으로 생산되기 때문에 고생산성의 재조합 세포주의 연구개발은 산업계의 집중적인 투자를 받으며 빠르게 성장하고 있는 산업기술 분야이다. 차세대 당단백질 의약품 개발에서 유전자 또는 발현시스템의 유전공학적 기법 이외에도, 정확히 모르는 성분을 제거하려는 허가상의 경향과 동물 유래 성분에 의한 감염의 우려로 혈청을 대체할 성분에 대한 연구를 비롯하여 최근 생산단계 배양공정에서도 당쇄 변형 가능성이 보고됨으로써 전반적인 배양공정 기술에 대한 보다 깊이 있는 연구가 진행되고 있다.
연구 분야
Plant cell culture for product of biopharmaceuticals