니트로사민 생성 가능성: 바이오의약품

주의: 이 연재는 제약회사 개발팀 소속 저자의 학문적인 연구 목적으로 작성한 글로, 의학적 판단의 근거로 사용할 수 없습니다. 본 시리즈에서 다루는 의약품의 니트로사민 오염 및 생성 가능성은 전 세계적으로 매우 엄격한 규제 기준에 따라 평가되고, 필요할 경우 위험 저감 조치가 요구됩니다.

 

바이오의약품(재조합 단백질, 항체, 세포치료제 등) 제조공정에서 니트로사민이 생성될 수 있는 가능성은 합성의약품에 비해 매우 낮지만, 원료·첨가제·포장재 등 외부 요인과 일부 공정 조건에 따라 위험이 완전히 배제되지는 않습니다. 바이오의약품 drug substance (DS), drug product (DP) 제조공정의 단계별 특징과 니트로사민 생성 가능성을 구체적으로 살펴봅니다.

 

바이오의약품 제조공정 단계 및 생산 조건

1) Cell Banking/Cell Expansion

사용재료: 마스터/워킹 셀뱅크, 배지(아미노산, 비타민, 당, 항생제 등), 버퍼

장비: 셀컬쳐 플라스크, 바이오리액터(스테인리스/일회용), 인큐베이터

조건: 36~38°C, 5~8% CO₂, 70~95% 상대습도, 무균

특징: 배지 내 아민류(글루타민, 히스티딘 등) 존재, 외부 오염 가능성 낮음

2) 대량 세포배양(Bioreactor Cultivation)

사용재료: 배지, 항생제, 보조제, pH/산소 조절제(예: NaHCO₃, CO₂), 거품억제제

장비: 재킷형/일회용 바이오리액터, 센서, 모니터링 시스템

조건: 36~38°C, pH 6.8~7.4, 용존산소 20~60%, 교반, 온도·습도·pH 엄격 관리

특징: 배지 내 아민류(천연 유래), nitrosating agent(아질산염 등) 외부 유입 가능성 낮음

3) 수확(Harvest) 및 여과/원심분리

사용재료: 여과막(폴리설폰, PVDF), 버퍼

장비: 원심분리기, 여과장치

조건: 2~8°C(냉각), 무균

특징: 세포 파쇄 시 단백질/아민류 노출, 여과막에서 오염 가능성 미미

4) 정제(Purification: 크로마토그래피, UF/DF)

사용재료: 크로마토그래피 레진(Protein A, 이온교환 등), 버퍼(트리스, 포스페이트, 시트레이트 등)

장비: 크로마토그래피 시스템, UF/DF 장치

조건: 2~25°C, pH 4~8, 무균

특징: 저분자 불순물(아민류, nitrite 등) 제거 효율 매우 높음

5) 제형화(Formulation) 및 여과

사용재료: 완충용액, 안정화제(트레할로스, 만니톨, 폴리소르베이트), 첨가제

장비: 제형조제기, 0.22μm 멤브레인 필터

조건: 2~8°C, 무균

특징: 첨가제 중 nitrite, 아민류 미량 존재 가능성 있음

6) 충전/밀봉(Filling/Sealing)

사용재료: 바이알(유리), 프리필드 시린지(PP/유리), 고무마개(엘라스토머)

장비: 충전기, 밀봉기, 무균충전실

조건: 2~8°C, 무균, 저습

특징: 포장재(고무마개, 실링제 등)에서 미량 아민류/아질산염 용출 가능

7) 저장/운송(Storage/Transport)

사용재료: 콜드체인 포장재

조건: 2~8°C 또는 -20°C 이하, 저습

특징: 저온·저습 조건에서 니트로사민 생성 위험 매우 낮음

 

바이오의약품은 합성의약품보다는 니트로사민 생성 가능성이 낮다고 평가됩니다.

 

각 공정별 2차/3차 아민 및 nitrosating agent 유입 경로

배지/첨가제: 일부 아미노산(글루타민, 히스티딘, 라이신 등)은 2차/3차 아민 구조를 가질 수 있으나, 천연유래로 nitrosamine 전구체로 작용할 위험은 극히 낮습니다.

버퍼/완충용액: 트리스(Tris), 포스페이트 등은 2차/3차 아민이 아니지만, 외부 공급사의 원료에 미량 nitrite(아질산염) 불순물 혼입 가능성이 있습니다.

정제용 레진/여과막: 일부 이온교환 레진(예: Diethylaminoethyl cellulose)에서 2차/3차 아민 잔류 가능성 있으나, 세척 및 정제 과정에서 대부분 제거됩니다.

포장재: 고무마개(엘라스토머)는 가황촉진제 (천연고무에 황 성분을 섞어 탄성을 부여하기 위해 첨가되는 성분, 디티오모르폴린 등)에서 2차 아민이, 실링제(니트로셀룰로오스 등)에서 nitrosating agent가 유입될 수 있습니다.

공정용수: WFI (Water for injection, 주사용수)는 엄격한 질소·질산염·아질산염 기준을 적용받아 nitrosating agent 유입 위험이 매우 낮습니다.

 

단위공정별 니트로사민 형성 반응 촉진 조건

세포배양/정제: 대부분 중성 pH, 저온(2~8°C 또는 37°C), 고수분 환경으로, nitrosamine 생성에 필요한 산성·고온 조건이 만들어지지 않습니다.

여과/충전/밀봉: 2~8°C, 저습 환경에서 진행되어 nitrosamine 생성이 억제됩니다.

포장재 접촉: 고무마개, 실링제 등에서 미량의 아민/아질산염이 용출될 수 있으나, 저온·저습·중성 조건에서는 반응성이 매우 낮습니다.

장기 저장: 저온(2~8°C 또는 -20°C)에서 보관하므로, nitrosamine 형성 반응(고온)이 촉진될 가능성이 현저히 낮습니다.

 

결론

바이오의약품 제조공정에서 니트로사민 생성 위험이 본질적으로 매우 낮다고 보여집니다.

주요 근거:

• 고순도 WFI 사용
• 저온·중성·고수분 환경
• 저분자 불순물(아민, nitrite) 정제공정에서 대부분 제거
• 단백질/세포 구조 자체가 nitrosating agent를 포집(Scavenging)
• CYP450 대사 활성화 경로 부재(체내 활성 대사산물 생성 불가)

단, 외부 원료·첨가제·포장재의 품질관리가 미흡하거나, 예외적으로 산성·고온 조건이 발생할 경우 미량 니트로사민 생성 가능성이 있으므로, 원료 관리 및 포장재 검증이 반드시 필요합니다.

 

참고문헌
European Federation of Pharmaceutical Industries and Associations (EFPIA), Nitrosamine Impurities in Biological Medicinal Products (2022)
United States Pharmacopeia, Nitrosamines in Biologics (2023)
Avantor, Types of Environmental Control in Biopharma (2024)
ACS Organic Process Research & Development, N-Nitrosamine Drug Substance Related Impurities (2023)