현대 세포 치료에 태아우혈청(FBS)이 문제가 되는 이유

1. 윤리적 문제

• 동물 복지 문제: FBS는 도축 중 임신한 소에서 적출된 태아에서 채취되므로 동물의 고통에 대한 우려가 제기됩니다. 이 과정에는 마취제가 거의 사용되지 않으며, 채혈 시점에는 태아가 살아 있는 상태이기 때문에 윤리적 딜레마가 발생합니다.

• 규제 부족: 많은 국가에서 태아 혈액 채취에 대한 엄격한 규정이 부족하여 절차가 다양하고 동물 복지 기준이 일관되지 않을 수 있습니다.

• 육류 산업과의 연결: FBS는 육류 산업의 부산물이기 때문에 생산이 공장식 농장과 지속 불가능한 농업 관행에 묶여 있어 윤리적 문제가 더욱 커지고 있습니다.

• 환경 적 영향: FBS를 생산하는 육류 산업은 과도한 물 사용, 온실가스 배출, 토지 황폐화 등 환경 피해에 크게 기여하고 있습니다.

2. 배치 간 변동성 및 확장성 과제

FBS는 복잡한 배지 보충제이기 때문에 배치별 변동성이 내재되어 있습니다. FBS의 미묘한 조성 변화는 세포 배양 조건에 큰 영향을 미칠 수 있으며, 이는 결국 세포 특성의 불일치로 이어지고 최종 치료제의 품질을 변화시킬 수도 있습니다. 세포는 배양 환경에 매우 민감하기 때문에 사소한 변화라도 기능과 성능에 영향을 미칠 수 있으므로 이는 특히 문제가 됩니다.

이러한 변동성에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.

• 원산지 집단의 유전적 다양성.
• 동물성 식단의 변화.
• 혈청 제조 과정 자체.
• 혈청 구성은 엄청나게 복잡하며, 약 1800개의 단백질과 4000개의 대사산물이 포함됩니다.
• 방출을 위한 혈청 사양의 광범위한 허용 범위

세포 치료 산업이 성숙해지고 임상 시험이 중요한 3상 연구로 진행됨에 따라, 규모 확장, 공정 검증, 그리고 원료 품질 보증에 대한 수요가 증가할 것입니다. 이러한 수요 증가는 배양 기술, 원료 조달, 그리고 시험 방법의 변화를 가져올 것으로 예상됩니다.

세포는 배양 조건에 매우 민감하기 때문에 배양 환경의 변화는 세포 생리학 및 성능 특성을 변화시켜 제품의 주요 품질 특성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 통제되지 않은 규모 확장은 최종 제품의 활성에 편차를 초래하여 소규모 생산과 대규모 생산 간의 일관성을 유지하기 어렵게 만듭니다.

또한, 고품질 원료를 필요한 양만큼 안정적으로 공급하는 데에도 상당한 어려움이 있습니다. 수요를 충족하는 동시에 품질을 유지하며 원료 생산 규모를 확대하는 데 따른 어려움은 세포 치료제의 상용화에 상당한 어려움을 야기합니다.

3. 인간 유래 성분의 안전 문제

• 인간 혈액 성분을 기반으로 한 무혈청 제제는 물질의 집합적 특성으로 인해 추가적인 안전 위험을 수반합니다.
• 보장 안전한 철저한 기증자 선별 절차, 바이러스 감염 안전 테스트, 제조 공정 중 바이러스 불활성화가 포함됩니다.
• 혈액 유래 제품에 대한 복잡한 규제 요건:
  다양한 규제 기관에서 혈액 유래 성분에 대한 구체적인 안전 및 테스트 요건을 정하고 있는데, 이로 인해 복잡성이 가중되고 재료 가용성이 제한될 수 있습니다.
  • 혈장 기증자 기준(예: CJD 및 vCJD 전염 위험).
  • 병원균 검사, 테스트 방법론 및 원료 추적성.
  • 혈장 수집 시설의 허가 및 필요한 인증(예: FDA, EMA)
  • 바이러스 검사
  • 바이러스 불활성화 제조과정에서의 제거 단계.

4. 공급 확장 및 상용화 위험의 한계

• 글로벌 공급원: 세포 치료 산업에서 사용되는 태아우혈청(FBS)의 약 90%는 미국, 호주, 뉴질랜드의 XNUMX개국에서 공급됩니다.
• FBS가 육류 산업의 부산물로 수확된다는 점을 감안하면, 업계가 혈청만을 위해 가축 사육을 확대할 인센티브가 없습니다.  
• 육류 산업의 부산물에 대한 의존으로 인해 혈청 생산을 크게 확대하는 능력이 제한됩니다.
• FBS 수요의 상당한 증가는 단순히 이 목적으로 소를 키우는 것만으로는 충족하기 어렵기 때문에 공급이 본질적으로 제한됩니다.

공급 부족, 윤리적 검토, 비용 상승 등의 문제가 복합적으로 작용할 경우, FBS에 대한 의존도는 세포 기반 의약품의 미래 확장성과 상용화에 큰 걸림돌이 될 수 있습니다.

업계에서는 제조의 일관성, 규정 준수, 장기적 지속 가능성을 보장하기 위해 혈청이나 이종이 없는 대체 제품을 찾는 데 점점 더 많은 관심을 보이고 있습니다.

태아우혈청(FBS) 제조 과정: 단계별 개요

1. FBS 생산은 도축장에서 시작됩니다. 도축장은 고기로 도축된 임신한 암소에서 태아를 제거하는 곳입니다.
2. 미생물 오염을 최소화하기 위해 태아의 심장에서 직접 혈액을 채취합니다.
3. 수집된 혈액을 원심분리하여 혈청과 혈전, 혈액 세포를 분리합니다.
4. 혈청은 0.1마이크론 필터를 통해 여과되어 박테리아, 곰팡이, 마이코플라스마를 제거하고 제품을 효과적으로 살균합니다.
5. 일부 배치에서는 여과를 통해 통과할 수 있는 바이러스와 매우 작은 병원균을 제거하기 위해 감마선 조사를 받기도 합니다.
6. 단백질과 생물학적 성분의 무결성을 보존하기 위해 혈청은 제조 단계 전체에 걸쳐 냉동 보관됩니다.
7. 혈청 배치의 대표 샘플을 모아 처리한 후, 출시하기 전에 무균성 및 기타 품질 매개변수에 대해 테스트를 실시합니다.

세포 배양 배지에서 태아 우혈청의 주요 대안

인간 혈소판 용해물(HPL)

• 재생 의학에서의 역할: 혈소판은 상처 치유와 조직 복구에 필수적이기 때문에 혈소판 유래물은 재생 의학에 이상적입니다.
• 성장 인자와 사이토카인: 혈소판 과립은 풍부한 성장 인자와 사이토카인을 저장하는데, 이는 트롬빈 활성화를 통해 자연적으로 방출되거나 동결/해동, 초음파 처리 또는 화학적 처리를 통해 인공적으로 방출될 수 있습니다.
• 세포 배양에서의 응용: HPL은 동물 무혈청 세포 배양에서 FBS에 대한 실행 가능한 대안으로 자리 잡았으며, 첨단 체세포 치료와 조직 공학을 위한 효율적인 인간 세포 증식을 지원합니다.
• 역사적 사용: 1980년대에 HPL은 섬유아세포, 내피세포, 종양 세포주를 배양하는 데 처음 사용되었습니다.
• HPL의 출처: 전혈 헌혈의 약 15~20%가 혈소판 농축액 제조에 사용되며, 유효기간이 지난 농축액의 5~20%는 HPL 생산에 사용될 수 있습니다. 연간 100억 건의 전혈 헌혈을 고려하면, 유효기간이 지난 혈소판 농축액에서 매년 약 100,000만~250,000만 리터의 HPL을 확보할 수 있습니다.

인간 혈청 알부민

• 잠재적 대안: 인간 AB 혈청(HABS) FBS의 유망한 대안으로 부상했습니다. 바이러스 오염 여부를 정기적으로 검사하며, 인간 조골세포, 연골세포, 골수 세포, 그리고 신경교종과 흑색종과 같은 다양한 암세포주의 성장을 촉진합니다.
• 제한 사항: HABS의 주요 과제로는 수집 용량이 제한되어 있고, 새로운 병원체나 알려지지 않은 병원체에 노출될 가능성을 포함한 인체 혈액 제품과 관련된 위험이 있습니다.

무혈청, 무자극, 화학적으로 정의된 배지

• 산업계와 학계의 노력: 학계와 업계 모두 무혈청, 무제노, 화학적으로 정의된 배지와 같은 혈청 대체 배지 개발에 집중해 왔습니다. 이러한 대안들은 세포 배양을 위한 통제되고 일관된 환경을 제공하는 것을 목표로 합니다.
• 용어 혼란: 이러한 미디어를 둘러싼 용어는 시간이 지남에 따라 발전하여 업계에 혼란을 야기해 왔습니다. 더 나은 이해와 적용을 위해 이러한 대안의 정의를 명확하고 표준화하려는 노력이 진행되고 있습니다.
• 일반적인 오해(제노프리 ≠ 혈청프리)

세포 배양 배지에서 사용되는 주요 용어 설명:

라벨	정의	보충 예시
무혈청(SF)	♦ 아니요 1차 원료 혈청, 혈장 또는 혈림프로부터. ♦ 다음을 포함할 수 있습니다. 생물학적 재료 예를 들면 : ♢ 소 뇌하수체 추출물 ♢ 혈소판 용해물 ♢ 성장인자 ♢ 운반체 단백질 ♦ 1차 재료 혈액/혈청/혈장(예: 알부민, 트랜스페린)에서 유래될 수 있습니다.	♦ 동물/인간 유래 보충제(혈소판 용해물, 혈청 분획물) ♦ 동물/식물 가수분해물 ♦ 인간/동물 유래 또는 재조합 단백질, 호르몬, 성장인자 및 지질의 혼합물
동물성 성분 무첨가(ACF)	♦ 아니요 1차 원료 동물(인간 포함)의 조직이나 체액에서 추출. ♦ 다음을 포함할 수 있습니다. 재조합 동물성 단백질 생산지: ♢ 동물 세포주 ♢ 발효 시스템 ♦ 2차/3차 재료 동물성 원료에서 유래될 수 있습니다.	♦ 식물 가수분해물 ♦ 적격 세포주에서 발현되고 처리되는 재조합 물질(단백질, 호르몬, 사이토카인 및/또는 성장 인자)의 혼합물
제노프리(XF)	♦ 아니요 1차 원료 에 인간이 아닌 동물 또는 재조합 재료를 사용하여 비인간 동물 DNA. ♦ 다음이 포함될 수 있습니다: ♢ 인간 유래 소재 ♢ 인간 세포, 식물, 효모 또는 박테리아의 재조합 단백질 ♦ 2차/3차 재료 동물성 성분이 포함될 수 있습니다.	♦ 인간 혈청 또는 혈장 ♦ 인간 유래 보충제(예: 인간 혈소판 용해물) ♦ 식물 가수분해물 ♦ 인간 유래 또는 재조합 단백질, 호르몬, 성장 인자 및 지질의 혼합물
화학적으로 정의됨(CD)	♦ 다음만 포함 화학적으로 정의된 원료 구조와 농도가 알려진 물질(예: 염, 아미노산, 스테로이드). ♦ 제외 ♢ 단백질 ♢ 가수분해물 ♢복잡하거나 정의되지 않은 원자재 ♦ 동물(또는 인간) 조직이나 체액에서 유래된 재료는 사용하지 않습니다.	단백질, 호르몬, 사이토카인 및/또는 성장 인자와 같은 재조합 물질.
단백질 없음	♦ 단백질이나 폴리펩타이드 없음 ♦ 다음을 포함할 수 있습니다: 유리 아미노산, 디펩타이드, 트리펩타이드(동물성 유래 아님) ♦ 식물, 효모 또는 박테리아 가수분해물.	♦ 가수분해 단백질(예: HySoy) ♦ 인슐린과 같은 작은 펩타이드

CAR T 세포 제조에서 FBS에서 무혈청 배지로의 전환

CAR T 세포 생산을 위한 FBS 사용의 과제 및 윤리적 고려 사항

• FBS 함유 배지는 여전히 전 세계 GMP 핵심 시설에서 가장 흔히 사용됩니다.
• 그러나 FBS 구성은 인간 혈청과 상당히 다르며 CAR T 세포가 투여 후 직면하는 인간 환경을 적절하게 복제하지 못합니다.
• 윤리적 및 환경적 고려 사항으로 인해 점점 더 많은 GMP 실험실에서 CAR T 세포 생산을 위해 HS가 포함된 배지 제형을 최적화하고 있습니다.

GMP 제조를 위한 혈청 기반 배지의 변동성 및 안전성 문제

• 혈청은 GMP 제조에 앞서 광범위한 테스트가 필요하므로 비용이 증가합니다.
• 인간 혈청은 인간의 미세환경에 더욱 가까운 영양소와 성장 인자를 제공합니다.
• 인간 혈청과 FBS는 모두 기증자 의존적 변동성을 나타내어 제품 간 불일치가 발생합니다.
• 오염 위험은 중요한 문제입니다.
  • FBS: 소해면상뇌증(BSE) 및 바이러스 병원체의 잠재적 전파 가능성.
  • HS: 바이러스 오염 위험
• 혈청은 GMP 제조에 앞서 광범위한 테스트가 필요하므로 비용이 증가합니다.

 정의된 무혈청 배지로의 전환

• CAR T 세포 생산에서는 화학적으로 정의된 이종 무함유 성분을 포함하거나 제외할 수 있는 정의된 배지 제형을 사용하는 추세가 증가하고 있습니다.
• 혈청이 없는 배지는 혈청을 배제하지만 정제된 성분이나 합성 성분을 포함할 수 있습니다.

혈청 무함유 배지에 대한 증거 지원

Smithet al. 시연:

• 제노프리 배지와 HS 또는 FBS 보충 배지에서 비슷한 T세포 증식률.
• 제노가 없는 배지에서는 중앙 기억 T 세포의 비율이 더 높습니다.
• 두 배지 유형 모두에서 렌티바이러스로 감염된 T세포의 유사한 성장이 나타났습니다.
• Coeshott 등은 제노가 없는 배지를 사용하여 기능적으로 폐쇄된 자동화된 생물반응기 시스템에서 T 세포를 대규모로 성공적으로 확장했으며, 확장 후 중앙 기억 T 세포 집단이 증가한 것을 보여주었습니다.

이러한 맥락에서, 고진바이오의 T세포 확장을 위한 무혈청 배지 T세포 활성화 및 확장 배지 CAR T 세포 생산을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 활성화와 증식을 모두 촉진하도록 특별히 제조된 이 배지는 고효율 T 세포 활성화와 강력한 세포 성장을 지원합니다. 고진바이오의 배지 조성은 생산 공정을 간소화하고, 확장성을 향상시키는 동시에 치료 용도에 필수적인 고품질 T 세포 집단을 유지하는 데 도움을 줍니다.

세포 치료용 무혈청 배지 규제 기준

• "cGMP 등급" 혈청이라는 용어는 종종 오해의 소지가 있습니다.
• 유럽연합(EU)에서는 규제 기관이 원자재가 완전한 cGMP(현행 우수 제조 관리 기준) 지침에 따라 제조되지 않는다는 점을 강조합니다.
• EU는 혈청과 같은 원자재가 아닌 활성 제약 성분과 최종 의약품을 생산하는 시설에만 cGMP 라이선스를 부여합니다.

혈청 무첨가 배지 제조에 있어 견고한 품질 시스템이 필수적인 이유

• cGMP 하에서 원자재를 생산하지 않더라도 견고한 품질 시스템 중요합니다.
• 적절한 품질 시스템은 다음을 보장합니다.
• 제조 공정에 대한 철저한 문서화.
• 에 대한 메커니즘 변경 제어 절차의 조정 사항을 추적합니다.

세포 치료 공급망의 품질 시스템의 숨겨진 한계

• 품질 시스템을 갖추었다고 해서 자동으로 최종 원자재의 품질이 보장되는 것은 아닙니다.
• 완성된 세포치료 제품의 안전성과 효능에 대한 최종 책임은 세포치료 제조업체에 있습니다.
• 따라서 제조업체는 원자재 공급업체의 품질 시스템을 직접 감사하고 승인해야 합니다.

일관된 무혈청 배지 품질을 보장하기 위한 핵심 공정 설계 전략

• 제조업체는 공급업체의 프로세스 설계에 다음이 포함되어 있는지 평가해야 합니다.
• 필요한 경우 바이러스 감소 또는 제거 단계.
• 생산 중 엄격한 온도 관리.
• 진행 중 모니터링 및 통제 조치.
• 일관성을 보장하기 위한 최신 프로세스 검증 연구.

공급업체 QC만으로는 세포 치료 규정 준수에 충분하지 않은 이유

• 공급업체의 QC 테스트는 세포 치료 개발자의 모든 요구 사항을 충족하지 못할 수도 있습니다.
• 일반적인 공급업체 QC 테스트에는 다음이 포함됩니다.
• 총 단백질 함량.
• 면역글로불린 수치.
• 무균 검사.
• pH 측정.
• 삼투압 검사.
• 그러나 이러한 기본적인 테스트는 임상에 적용하기에는 부족할 수 있습니다.

보충 테스트: 공급업체 QC를 넘어서는 중요한 단계

• 개발자는 종종 다음과 같은 추가적인 기능 분석을 수행해야 합니다.
• 세포 성장 성능 테스트.
• 마커 발현 분석.
• 애플리케이션에 따른 활동 프로파일링.

감마선 조사가 혈청 품질 및 세포 치료 성능에 미치는 영향

• QC 테스트는 일반적으로 감마선 조사 전에 수행됩니다.
• 방사선 조사는 혈청 성능을 변화시킬 수 있으므로, 혈청이 여전히 필요한 사양을 충족하는지 확인하기 위해 방사선 조사 후 품질 보증 전략이 필수적입니다.

규제 준비 완료 무혈청 배지에 대한 인증 및 문서 필수 사항

• 품질 시스템과 QC 검증을 갖추는 것 외에도 공급업체는 다음 사항도 제공해야 합니다.
• 적합성 인증서 유럽 ​​의약품 및 의료 품질 관리국(EDQM)) 전염성 해면상뇌병증(TSE)의 위험에 관하여.
• 원자재의 원산지를 자세히 설명한 원산지 증명서.
• 국가마다 추가적인 테스트 요구 사항과 사양을 적용할 수 있습니다.
• 제품의 의도된 시장을 파악하고 현지 보건 당국 규정을 준수하는 것이 중요합니다.

세포 치료 제조에 대한 FDA 기대(21 CFR 1271, cGMP, BLA 제출)에 따라 개발자는 다음을 포함한 일반적인 과제도 해결해야 합니다.

• 표적 세포 유형에 적합한 무혈청 배지를 선택합니다.
• 세포 성장 속도와 배가 시간을 조절하기 위한 요인 조정.
• 파종 후 초기 세포 부착을 지원하기 위해 부착 요인을 사용합니다.
• 혈청이 없는 배지 보충제와 프로토콜을 배양 표면과 세포 유형에 맞게 조정합니다.
• 세포 접종 밀도 최적화.
• 분비체, 분화 프로필, 세포 크기 또는 면역 관련 특성과 같은 세포 특성의 변화를 관리합니다.
• 표면 마커 발현이나 분포의 변화를 모니터링합니다.
• 세포를 무혈청 환경으로 전환하기 위한 적응 전략 개발.
• 혈청이 없는 배지에서 1차 분리 방법을 확립합니다.
• 적절한 미디어 저장 수명 및 보관(예: 온도, 광 감도)을 보장합니다.
• 다양한 배양 시스템이 세포 부착과 전단 응력에 미치는 영향을 설명합니다.

맺음말

세포 치료에서 FBS에서 제노프리(xeno-free) 및 무혈청 배지로 전환하면 윤리, 안전성 및 규제 관련 문제는 해결되지만, 확장성과 일관성 측면에서는 어려움이 따릅니다. 이러한 배지의 상업적 가능성을 높이고 지속 가능하고 안전한 세포 치료의 성장을 지원하기 위해서는 지속적인 혁신이 필수적입니다.

---

참고자료

1. Smith C 외 (2015). 새로운 이종 무함유 CTS 면역세포 혈청 대체법을 이용한 입양 면역치료를 위한 인간 T 세포의 체외 증식. 임상 면역학. 16월 4일;1(31):eXNUMX.
2. Karnieli O 등(2017). 세포 치료를 위한 혈청 대체제 및 무혈청 배지에 대한 합의된 소개입니다. 세포치료. 19월 2(155):169-XNUMX.
3. Coeshott C 등 (2019) 양자® 세포 확장 시스템에서 CD3+ T 세포의 대규모 확장 및 특성화. J Transl Med. 7월 17일;1(258):XNUMX.
4. Alnabhan R 외 (2018) 항-CD19 키메라 항원 수용체 T 세포의 생산 및 증식을 위한 배지 평가. 세포치료. 20:941–951.
5. Versteegen RJ, Murray J, Doelger S. (2021) 태아 우혈청 생산을 위한 태아 혈액 수집 시 동물 복지 및 윤리. ALTEX.