바이오의약품 개발 프로세스

바이오의약품 개발 프로세스

의약품, 신약 및 바이오의약품의 정의

한국 약사법에 따르면 의약품이란 사람이나 동물의 질병을 진단, 치료 또는 예방을 목적으로 사용되는 물품 중 기계, 기구, 또는 장치가 아닌 것으로 정의한다.

 

의약품은 신약과 제네릭으로 구분하는데, 이 중 제네릭 의약품은 특허가 만료된 오리지널 약의 복제약을 의미한다. 제네릭이라는 용어는 화학합성 의약품의 복제약을 통칭하는 용어로 주성분이 이미 판매되는 약과 동일하다. 생물의약품 중 단백질 의약품의 복제약의 경우에는 바이오시밀러라고 부른다. 생물의약품은 포괄적 용어로 생물학적 제제 등이란 용어로 사용하기도 한다.

 

 

 

 

 

 

생물의약품의 정의는 사람이나 다른 생물체에서 유래한 것을 원료로 사용해 제조한 의약품이다. 주요 카테고리로 백신, 혈액제제, 진단제제, 생물공학 기술 유래 의약품으로 분류된다.

 

바이오의약품의 분류

생물의약품은 주성분이 단백질인지, 유전자인지, 세포인지에 따라 단백질의약품, 유전자치료제, 세포치료제로 나뉜다.

생물학적 제제는 생물의약품 분류에서 백신, 혈장분획제제, 항독소를 포함한다.

생물의약품은 백신, 혈장분획제제, 항독소를 통칭하여 일컫는 생물학적 제제를 제외하고는 주성분인 API(Active Pharmaceutical Ingredient)가 되는 원료물질이 단백질 혹은 펩타이드일 경우 유전자 재조합 의약품 혹은 세포배양 의약품으로 분류되고, 주성분이 세포나 조직일 경우 세포치료제로 분류된다. 또한 주성분이 DNA 혹은 RNA 유전자 성분일 경우나, 치료용 유전자를 함유한 바이러스나 치료 유전자가 삽입된 세포주일 정유에는 유전자 치료제로서 분류된다.

 

분류	구성성분	제조기술
유전자재조합 의약품	단백질, 펩타이드	유전자조작 배양, 정제, 분석기술
세포배양 의약품	단백질, 펩타이드	세포배양, 정제, 분석기술
세포 치료제	세포	세포배양, 분리, 분석기술
유전자 치료제	유전자, 유전자 함유 바이러스, 유전자 함유 세포	유전자조작, 배양, 정제, 분석기술
생물학적 제제(백신, 혈장분획제제, 항독소)	미생물, 바이러스, 단백질	배양, 정제, 분석기술

 

 

 

 

 

 

 

유전자 재조합 기술로 제조된 세계 최초 생물공학 의약품은 무엇일까?

1982년 출시된 당뇨병 치료약인 인간 인슐린 단백질이다. 상용화는 1972년에 확립된 유전자 재조합 기술을 이용해 인슐린 유전자 DNA를 대장균에서 대량으로 제조하는 기술이 성공하게 되면서 가능해졌다. 유전자재조합기술이 적용되기 전까지는 인슐린은 주로 소나 돼지 인슐린을 사용했는데, 사체의 기관으로부터 추출해야 했기 때문에 매우 소량이었고, 불순물 오염 등의 문제가 있었다.

 

 

 

 

 

 

 

의약품 연구개발 프로세스 개요

생물의약품 연구개발 프로세스는 3단계의 과정을 거친다.

1단계 : 후보물질 발굴단계 (Drug discovery stage)

신약 후보물질 발굴 단계는 주로 질병의 원인이 되는 메커니즘을 밝히거나 질병 증상의 발생과정 메커니즘을 밝히는 연구가 이루어진다. 질환발생의 주원인이나 증상 악화의 원인이 되는 타겟을 발굴하는 일에서 시작된다.

 

의약품 개발에서의 타겟은 주로 세포 표면에 있는 수용체 단백질이나 세포 내부에 있는 효소, 단백질, 혈중 단백질 등이 해당된다. 이러한 타겟 단백질의 발굴 연구는 주로 질병의 원인 요소 혹은 질병 증상 등의 연구를 수행하는 연구자들이 주축이 되어 이루어진다.

 

 

 

 

 

 

 

 

새로운 물질의 탐색 연구 끝에 신물질이 제조되면 약효와 안전성을 평가해 의약품으로써 가능성을 밝히는 동물실험이 진행된다. 이 과정을 통해 신약 후보물질이 발굴된다. 후보물질 발굴의 첫 단계로서 질병 관련 타겟에 결합하는 후보물질을 스크리닝 하여 발굴된 초기 결합물질을 유효물질이라고 한다. 이 유효물질이 수용체 혹은 타겟에 보다 효과적으로 결합하여 약물의 활성이 극대화되는 물질을 선도물질이라고 한다. 선도물질의 약물 구조의 최적화 연구와 시험관 및 동물시험과 같은 다양한 약효 및 부작용과의 상관관계를 통한 비교 연구를 통해 약물로서 최적의 효과와 최소의 부작용을 나타내는 신물질을 최종적으로 발굴한다. 이렇게 발굴된 새로운 구조의 신물질을 신약 후보물질이라고 부른다.

 

생물의약품의 경우에는 주로 인체 내에 중요한 역할을 하는 특정 효소나 활성 단백질의 결핍에 의해 질병이 발생하는 경우가 많다. 이 경우에는 질병의 원인 혹은 증상 악화의 원인이 되는 부족분의 효소나 단백질의 성분을 찾아내는 것이 신약 후보 물질의 발견이 된다. 반대로 류마티스 관절염이나 암과 같이 체내에서 특정 단백질 및 수용체의 과잉 발현에 의해서 질병이 나타나는 경우가 있다. 이런 경우에는 항체의약품과 같은 억제 물질을 투입하여 질병을 조절하게 된다.

 

 

 

 

 

 

 

2단계 : 생산공정 – 비임상 연구단계 (Process development stage)

비임상 또는 전임상 연구단계로 후보물질에 대한 약물로서의 효과와 부작용의 수준을 실험동물을 이용해 평가하는 단계이다. 실험동물에서 후보물질의 약효와 독성을 평가하는 비임상시험을 통해 임상시험을 수행하기 위한 허가용 IND 자료를 구비해야 한다. 이를 위해 후보물질이 의약품으로써 기준에 적합하도록 원료와 제품을 만들어야 한다. 따라서 생산기술 개발과 분석법 개발의 공정개발이 필수적이다. 또한 의약품의 허가기준에 적합하게 디자인한 동물시험을 수행하는 PK 시험이 필요하다. PK 시험은 Pharmaco kinetcic으로으로 약물동태 시험 및 효능평가시험, 독성시험이 해당된다.

즉, 스크리닝 된 신약 후보물질이 실질적인 약물로서의 가능성을 확증하기 위해, 신약 후보물질을 의약품 수준의 품질규격에 맞는 원료의약품 형태(API)로 제조하는 생산공정 개발 단계와 분석법을 개발해 의약품의 최종 원료와 완제품의 제조 및 품질기준을 확립하는 연구가 진행된다. 생물의약품 API원료는 세포주제조, 세포배양, 분리정제 등이 해당된다.

이후 제조 공정의 규모를 늘려 대량 생산공정을 개발하는 과정을 거치게 된다. 이 단계에서는 특허, IND 허가규정, 원료 생산 공정기술, 비임상 원료 생산, 등 다양한 분야에 대해 전문성과 개발 경험을 보유한 인력이 필요하다.

 

 

 

 

 

 

 

3단계 : 임상연구- 제품 제조단계 (Manufacturing stage)

임상은 인간을 대상으로 한 약물의 연구단계다. 임상연구는 식약처에서 제공하는 의약품 임상시험 관리기준인 GCP 가이드라인에 따라 임상시험을 수행하여야 한다. 이때 임상시험용 의약품은 GMP 제조 규정에 따라 제조되어야 한다. GMP 규정에 따라 임상 약물을 제조하고, 동물시험을 통해 안전성에 큰 문제가 없다고 판단되면 식약처에 임상시험계획 승인 신청서를 제출한다. 이를 IND 신청이라고 하며 식약처에서 임상시험 계획서를 검토한 뒤 사람에게 투여했을 때 큰 문제가 없다고 판단되면 IND 승인을 통보한다.

 

식약처에서는 방대한 시험 데이터와 허가자료, 약물에 대한 검토와 평가가 이루어진다. 임상시험에서 사람에 대한 부작용 대비 약효의 우월성이 입증되면 개발자는 식약처에 의약품 제조 및 판매 허가 신청을 하게 된다. 이를 NDA 허가신청이라고 한다.

약물의 판매허가 이후에도 제조자는 약물이 안정성과 효력에 대해 지속적으로 모니터링을 해 식약처에 안정성에 대한 내용을 제시할 수 있도록 준비해야 한다.

 

**임상 1상 : 비임상 단계에서 동물을 대상으로 유효성이 입증된 약물을 정상인을 대상으로 시험한다.

**임상 2상, 3상 : 임상 1상을 통과한 약물을 환자를 대상으로 시험한다.

 

 

 

 

 

 

 

의약품 개발을 위한 신약개발 단계

타겟발굴-후보발국-생산공정개발-비임상시험-임상시료제조-임상시험계획서 제출 및 임상시험 승인- 임상시험-시제품제조-품목제조 및 판매 허가신청, 승인-약가신청 및 의약품 발매 -- 순서로 진행된다. 이 기간은 대체적으로 10-14년의 긴 시간이 소요된다. 따라서 이에 따른 비용 역시 천문학적인 비용이 소모된다.