줄기세포 치료제 시대, 왜 MCS 대량배양 플랫폼이 필요해졌을까?
최근 국내외 제약바이오 업계에서는 줄기세포 ·면역세포 기반 치료제 개발이 폭발적으로 증가하며
MSC(Mesenchymal Stem Cell) 확장 기술의 중요성이 한층 더 부각되고 있습니다.
뉴스 보도에 따르면 국내에서도 퇴행성 질환·자가면역질환·척추·관절 질환 등을 대상으로 한
줄기세포 치료제 개발과 임상시험이 빠르게 확대되고 있으며,
글로벌 제약사들이 세포치료제 상업화를 위한 대량배양·공정자동화 기술 확보 경쟁을 본격화했다고 전했습니다.
문제는, 줄기세포 치료제를 상업적으로 생산하려면
수십억 단위의 세포를 높은 품질 기준(GMP)에 맞춰 안정적으로 확보해야 한다는 점입니다.
하지만 기존 플라스크 기반 배양 방식은 오염 위험이 높고, 재현성·확장성이 제한적이며,
작업자 숙련도에 크게 의존한다는 한계가 있습니다.
원심분리를 통해 At-hMSC를 분리하는 방법과 줄기세포의 치료적 특성
이 한계를 해결하기 위해 바이오 기업들이 주목하는 것이
싱글유즈 바이오리액터(Single-Use Bioreactor)와 마이크로캐리어(Microcarrier) 기반 확장 배양 플랫폼입니다.
특히 지방 유래 줄기세포인 AT-hMSC는 높은 생존율과 분화 능력으로 임상 적용성이 크지만,
대량 확보가 어렵기 때문에 DMC(Dissolvable Microcarriers) 기반 공정이 대안으로 자리 잡고 있습니다.
이번 포스팅에서는 GETINGE 일회용 교반 탱크형 바이오리액터와
DMC를 활용하여 AT-hMSC를 성공적으로 대량 증식한 실제 공정 데이터를 소개합니다.
세포치료제 개발을 준비하는 연구자·엔지니어에게
스케일업 전략과 실험 공정 설계에 도움이 될 실전 인사이트가 될 것입니다.
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연구 목적
1. 싱글유즈 교반 탱크형 바이오리액터와 DMC를 조합하여
2. 지방 조직으로부터 얻은 AT-hMSC의 효율적이고 제어된 세포증식을 위해
확장 플랫폼으로의 활용 가능성을 평가하고
3.GMP 기반의 대량 생산 배양 공정 개발 가능성 검토
Appliflex 바이오리액터
실험 구성 및 조건
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항목
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조건
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세포주
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AT-hMSC (C-12977, Promocell)
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배지
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Mesenchymal Stem Cell Growth Medium XF (C-28019)
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바이오리액터
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AppliFlex-ST 0.5 L (캡이 달린 L-타입 스파저 장착)
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pH 제어
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pH 7.3 (CO₂ 하향 제어)
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DO 제어
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DO ≥ 20% (공기 상향 제어)
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온도 제어
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온도 37 °C (펠티어 소자 상·하향 제어)
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초기 부피
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250 mL
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마이크로캐리어 농도
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1.6 g L⁻¹
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접종 세포 수
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8×10⁶ cells (4,000 cells cm⁻² 기준)
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시험 방법
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Trypan Blue 배제 시험으로 세포 생존율 평가
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바이오리액터 접종의 전체 작업 흐름 개요
세포 부착 및 증식 결과
마이크로캐리어 세포증식 결과와 DMC 현미경 이미지
AT-hMSC 줄기세포(MCS)를 마이크로캐리어 기반으로 배양한 결과,
세포 부착과 초기 증식 성능에서 매우 안정적인 패턴을 확인할 수 있었습니다.
• 4시간 후: 62% 부착
• 1일 차: 87%의 마이크로캐리어에서 줄기세포 부착 확인
• 5일 차: 세포 농도 1.8×10⁵ cells·mL⁻¹, 생존율 97% 유지
• Doubling time: 바이오리액터 30시간, 플라스크 27시간
• 총 세포 수: 약 4,500만 개 확보
싱글유즈 바이오리액터 내에서 MCS 줄기세포가 DMC 기반 마이크로캐리어 위에서 안정적으로 증식함을 보여주는 결과입니다.
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대사 산물 분석
줄기세포 배양공정 중 주요 대사물질 농도 변화
AT-hMSC 줄기세포 배양 공정 동안 주요 대사물질 농도의 변화를 추적해 공정 안정성을 확인했습니다.
• 젖산 농도: 0.85 g·L⁻¹까지 점진적 증가
• 포도당 농도: 0.9 g·L⁻¹ → 0 g·L⁻¹(7일 차)
• 글루타민 농도: 8일 차에도 소진되지 않음 → 제한 인자 아님 확인
이와 같은 대사 패턴은 MCS 배양 공정이 균형 있는 세포 대사를 유지하고 있음을 의미합니다.
특히 고농도 줄기세포 배양에서도 안정적인 성장을 유지해 대량배양 플랫폼으로서의 가능성을 보여줍니다.
결론 & 향후 연구 방향
이번 연구는 GETINGE의 싱글유즈 0.5 L 제어형 바이오리액터에서
DMC 마이크로캐리어를 활용해 AT-hMSC 줄기세포(MCS)의 성공적인 확장 배양을 달성한 사례입니다.
• 용해성 마이크로캐리어 기반 공정에서 높은 줄기세포 증식률 확인
• DO 상향 제어만으로도 안정적 MCS 성장 가능
• 기존 멀티유즈 바이오리액터(Moreira et al., 2020)와 동등한 수준의 성능 확보
• 향후 Fed-batch 공정을 적용해 포도당 제한 여부 평가
• 대용량 바이오리액터로의 줄기세포 스케일업 가능성 검증 예정
본 결과는 줄기세포 치료제 개발에 필요한 MCS 대량 생산 플랫폼 구축 가능성을 보여주며,
싱글유즈 바이오리액터와 마이크로캐리어 공정이 MCS 제조 공정의 핵심 기술이
될 수 있음을 뒷받침합니다.
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레보딕스는 Getinge사의 다양한 싱글유즈 바이오리액터와 배양 장비를 공식적으로 취급하고 있으며,
연구 규모부터 임상/생산 규모까지 세포 배양 공정에 맞춘 최적의 장비 솔루션을 제안해드리고 있습니다.
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