호리바코리아(주)가 “2025 KOREA LAB” 전시기간 중 발표한 ‘바이오의약품 및 의약품 분석을 위한 분광분석법과 입도 분석 솔루션 소개’의 세미나 내용은 다음과 같다.
1. 호리바 소개
호리바는 일본에 본사를 두고 있으며, 전 세계 50여 개의 지사를 운영하는 매출 약 3조 원 규모(2024년도 기준)의 계측 장비 제조 회사이다. 호리바는 프로세스 및 환경 모니터링, 체외 의료 진단, 이과학, 자동차, 반도체 분야에서의 R&D부터 품질 관리까지 다방면에서 적용되는 광범위한 시스템과 솔루션을 전 세계 시장에 제공하고 있다. 에너지 및 환경, 소재 및 반도체 분야에서는 세계적인 계측 장비 기업으로 인정받고 있으며, 바이오 및 헬스케어 분야에서도 특화된 기술과 솔루션을 통해 점차 영향력을 확대해 나가고 있다.
2. 바이오의약품 분석을 위한 호리바 솔루션
바이오의약품 분석을 위한 호리바의 라만 분광분석법과 형광 분광분석법, 입도 분석법을 소개한다. 이러한 분석법들은 항체(Antibody) 분석, 약물 전달 시스템(Drug Delivery System, DDS), mRNA 백신 개발, 그리고 바이오 프로세스 모니터링에 효과적으로 활용될 수 있다.
형광 분광분석법을 활용한 단일클론 항체(Monoclonal antibody, mAb)와
항체-약물 접합체(Antibody-Drug-Conjugates, ADC) 연구
특히 약물의 안정성은 유지하면서도 약효를 개선하기 위한 전략으로, 두 종류의 mAb를 동시에 제형화(co-formulation)하는 방식이 활용되고 있다. 이 경우 두 mAb의 혼합 비율에 따라 약물의 효능뿐만 아니라 부작용 발생 가능성도 달라질 수 있으므로, 이 비율을 정확하게 평가하는 것이 매우 중요하다. [그림 1]. (a)는 형광 분광분석법을 통해 두 mAb의 비율을 평가한 결과를 보여주며, 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)와 비교했을 때 A-TEEM(Absorbance-Transmittance Excitation Emission Matrix) 분석법을 통해서도 유사한 수준의 정량 분석이 가능함을 확인할 수 있다.
항체-약물 접합체(ADC) 조제할 때, 그 균질도(Homogeneity)는 최종 제제의 안정성에 직접적인 영향을 미친다. [그림 1]. (b)에서 확인할 수 있듯, Drug/Linker와 Antibody/Protein 각각의 A-TEEM 결과는 서로 명확히 구분되는 형광 영역을 보여준다. ADC의 A-TEEM 데이터를 분석함으로써 형광의 위치와 강도를 기준으로 각 성분을 정량화 할 수 있으며, 이를 통해 ADC의 조성 및 균질도를 비파괴적으로 평가하는 것이 가능하다.
[그림 1]. (a) mAb co-formulation의 A-TEEM 결과와 두 mAb의 혼합 비율에 따른 HPLC결과와의 비교 (b) Drug/Linker, Antibody/Protein, 그리고 ADC의 A-TEEM 결과
입도 분석법을 활용한 siRNA 리포플렉스(Lipoplex)의 입도 분포, 제타 전위(Zeta potential), 그리고 농도 평가
약물 전달 시스템(DDS)의 일환인 siRNA 리포플렉스의 입도 분석 사례가 있다. 양전하를 띤 리포좀에 siRNA를 첨가하여 특정 비하전(Charge ratio)를 부여함으로써 siRNA 리포플렉스를 제조할 수 있으며, 이때 비하전에 따라 입자 간 응집(Aggregation)이 발생할 수 있다. 호리바 SZ-100 장비는 입자 크기뿐만 아니라 제타 전위도 측정할 수 있어, 특정 비하전 조건에서의 응집 여부와 제타 전위를 동시에 확인할 수 있다.
[그림 2]. (a)에서 비하전 0.5 조건에서 1 μm 이상의 큰 입자가 검출되었으며, 이는 입자 간 응집이 발생한 것으로 추정된다. 또한 제타 전위([그림 2]. (b)) 측정 결과, 비하전 0.5일 때 제타 전위 값이 약 0에 가까운 것으로 나타났으며, 이는 정전기적 반발력이 상실되어 응집이 발생할 가능성이 높아졌다는 것을 보여준다.
이와 같은 분석을 통해 siRNA 리포플렉스의 물리적 안정성과 응집 특성을 보다 정밀하게 평가할 수 있다. 또한 호리바 ViewSizer3000 장비는 입자 크기뿐만 아니라 농도까지 측정할 수 있다. [그림 2]. (c)에서 확인할 수 있듯, 비하전 0.5 조건에서 입자 크기는 증가하고 입자 개수는 급격히 감소하는 양상이 나타났으며, 이는 입자 간 응집이 발생했음을 보여준다. 이러한 결과는 앞서 SZ-100 장비에서 얻은 분석 결과와 일치한다는 것을 알 수 있다.
[그림 2]. SZ-100으로 측정한 (a) 입도 분포 및 (b) 제타 전위, ViewSizer3000으로 측정한 (c) 입도 분포와 농도
라만 분광분석법을 활용한 mRNA 백신 제조 공정 내 물질 식별 및 정량 평가
호리바는 지속적인 장비 개발을 통해, 2025년에는 별도의 전처리 없이 96-well plate를 그대로 로딩 하여 라만 측정을 할 수 있는 PoliSpectra® Rapid Raman Plate Reader (RPR, [그림 3]. (a))장비를 출시했다.
소개할 사례는 mRNA 백신 제조 공정 중 IVT(전사 반응, In Vitro Transcription) 반응 모니터링과 mRNA의 약물 전달 시스템(DDS)으로 사용되는 지질 나노 입자의 식별 및 정량화에 RPR을 활용한 예시이다.
먼저 [그림 3]. (b)에서 나타난 것과 같이 IVT 반응의 효소 반응에서 사용되는 뉴클레오타이드 삼인산(NTP)의 종류(UTP, CTP, ATP, GTP)에 따라 각기 다른 화학적 특성을 가지므로 라만 측정을 통해 각각의 물질을 구별할 수 있다. 또한, 라만 세기를 기반으로 정량적으로 모니터링도 가능하다. 또한, 앞서 말한 지질 나노 입자(Lipid Nanoparticles, LNP)의 식별 및 정량화를 위해서 Polystyrene nanosphere(PS-NS)를 대체제로 사용하여 실험을 진행했다.
[그림 3]. (a) PoliSpectra® Rapid Raman Plate Reader 장비 이미지, (b) NTP 종류에 따른 라만 스펙트럼, (c) PS-NS와 물의 라만 스펙트럼 및 (d) PS-NS 농도에 따른 검량선
[그림 3]. (c)에서 보이는 나타난 것처럼 1,000 cm-1와 1,600 cm-1 부근의 피크를 통해 PS-NS와 물을 각각 식별할 수 있었고, [그림 3]. (d)에서는 3.33% 이하 농도 구간에서 R2=0.9986의 직선형 검량선을 얻을 수 있었다. 또한 최하 정량한계(LLOQ)는 0.33%인 것으로 확인되어 정량 평가도 가능함을 입증했다.
3. 의약품 분석을 위한 호리바 솔루션
앞서 소개한 호리바의 라만 분광분석법, 형광 분광분석법, 입도 분석법은 바이오의약품뿐만 아니라 일반 의약품 분석에도 폭넓게 활용될 수 있다. 라만 분광분석법을 통해 약물의 효능, 안정성, 그리고 특허성과 관련된 다형성(Polymorphism)이나 결정성(Crystallinity)을 평가하거나, 유효 성분(Active Pharmaceutical Ingredient, API)과 부형제의 분포를 시각적으로 분석할 수 있다. 또한 생체이용률(Bioavailability)에 직접적인 영향을 미치는 입자 크기는 입도 분석기를 통해 정밀하게 측정할 수 있다.
[그림 4]. (a)를 보면, Carbamazepine의 Form I과 Form III은 각각 고유한 라만 스펙트럼을 가지며, 두 결정형 간의 차이가 명확히 나타난다. 또한, [그림 4]. (b)에서는 라만 맵핑 분석을 통해 Form I과 Form III, 그리고 부형제들의 공간적 분포를 시각화 할 수 있으며, 이를 통해 각 성분이 정제 내에서 얼마나 균질하게 분포되어 있는지를 평가할 수 있다. 라만 현미경의 높은 공간 분해능(Spatial Resolution) 덕분에 매우 얇은 코팅 층이나 인접한 물질 간의 경계까지도 정밀하게 분리 분석이 가능하다.
[그림 4]. (a) Carbamazepine의 Form I과 Form III의 라만 스펙트럼과 (b) 각 성분의 분포
‘바이오의약품 및 의약품 분석을 위한 분광분석법과 입도 분석 솔루션 소개’에 관한 궁금한 내용은 본 원고 자료를 제공한 호리바코리아(주)를 통하여 확인할 수 있다.
Reference(참고문헌): Life Science Solutions - HORIBA 홈페이지(https://www.horiba.com/int/applications/life-science/)
Model Name(모델명): PoliSpectra® Rapid Raman Plate Reader
The Person in Charge(담당자): Yu-Jeong Park
Maker(제조사): HORIBA Ltd.
Country of Origin(원산지): USA
e-mail: yujeong.park@horiba.com
Data Services(자료제공): HORIBA Korea
<이 기사는 사이언스21 매거진 2025년 11월호에 게재 되었습니다.>
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