[녹색경제신문 = 민보영 기자] 바이오의약품 개발·품목 허가에서 가장 까다로운 관문인 '생물학적 활성 시험(Potency Assay)'의 개발 초기 단계부터 글로벌 규제 기관 기준에 맞춘 준비가 필요하다는 제언이 나왔다. 단순 약물 농도 측정을 넘어 실제 생체 내 작용 방식(MoA, Mechanism of Action)을 정량적으로 증명할 수 있는 세포 기반 역가 시험을 필수로 요구하는 추세가 확대되고 있어서다.

글로벌 임상수탁기관(CRO) 찰스리버(Charles River)의 바이오로직스 테스팅 솔루션(Biologics Testing Solutions) 소속 박성렬 박사는 서울시 동대문구 서울바이오허브 글로벌센터 세미나실에서 바이오 업계 관계자들을 대상으로 개최된 허브토크데이에서 이 같이 밝혔다. 

이번 행사는 미국 식품의약국(FDA)·국제의약품규제조화위원회(ICH)의 최신 가이드라인에 맞춘 역가 시험 개발 전략과 실제 실무 데이터 분석 사례를 공유하기 위해 추진됐다. 1947년 설립된 찰스리버는 전세계 20개국 이상에서 130개 이상의 시설을 운영하며 최근 5년간 FDA 승인을 받은 혁신 신약의 80% 개발에 참여해 왔다. 

규제 기관 핵심 요구사항은 제품 특이성·MoA 기반 정량화

박성렬 박사는 미국 FDA의 생물학적 제재 효능 시험에 관한 규정 '21 CFR 610.10'과 공중보건서비스법(PHS Act) 'Section 351'을 인용하며 "'역가(Potency)'는 개발 제품의 특별한 능력(Specific ability)과 용량을 보여줄 수 있어야 하므로 반드시 '제품 특이성(Product-specific)'이 있어야 한다"고 강조했다. 이는 21 CFR 600.3(s)에서 역가를 '주어진 결과에 영향을 미치기 위한 제품의 특이적 능력 또는 용량'으로 정의하고 있는 것과 같은 맥락이다.

과거에는 사이토카인이나 호르몬 의약품처럼 단순 농도를 확인하는 것만으로도 인정되는 경우가 있었지만, 최신 규제 환경에서는 실제 약물이 생체 내에서 일으키는 기능적 생물학 활성을 직접 측정하는 세포 기반 시험법이 선호된다. 세포 기반 시험은 동물 실험에 비해 데이터 변동성이 적고 통제 관리가 수월하며 임상적 연관성도 높은 편이다. 

FDA는 세포 및 유전자 치료제 가이드라인을 통해 역가 시험 개발을 제품 개발 초기 단계부터 착수하도록 권장하고 있다. 박성렬 박사는 "개발 초기부터 역가 시험법을 구축해야 제품 특성을 깊이 이해하고, 임상 진행이나 상업화 과정에서 제조 공정이 변경됐을 때 비교 가능성을 성공적으로 입증할 수 있다"고 설명했다.

다만 개발 단계에 따라 유연하게 접근하는 '단계별 개발' 전략이 유리하다. 임상 1·2상 등 초기 단계에서는 모든 항목의 완전한 검증(밸리데이션)보다는 방법 적합성을 검증하는 '적격성 평가'를 거치게 된다. 이 단계에서는 예비 수용 기준 범위를 다소 넓게 설정해 데이터를 최대한 축적하는 것이 중요하다.

이후 임상 3상 등 후기 임상, 상업화 공정의 출하 시험(릴리즈 테스트) 단계로 진입할 때는 수용 기준 범위를 좁히고, ICH Q2(R2)·ICH Q14 가이드라인에 따라 ▲특이성 ▲범위 ▲정확성 ▲정밀성 등 전 항목 검증을 마쳐 증거를 확보해야 한다.

항체·약물 접합체(ADC), 세포·유전자치료제(CGT) 등 작용 방식이 복잡하거나 성분이 다중 구조여서 하나의 시험법만으로 MoA를 전부 증명하기 어려운 첨단 바이오의약품의 경우, 약효가 나타나는 초기 반응을 확인하거나 복잡한 약물의 효능을 종합 평가하는 상호 보완 시험법을 함께 활용한다는 의미다.

국내 기업의 역가 시험 시 보완·거절의 대표적인 사례로 엑셀을 사용한 계산을 꼽았다. 박성렬 박사는 "엑셀로 계산할 경우 역가 시험의 핵심인 기준 물질과 테스트 샘플 간의 평행성 검증(Non-parallelism)이나 선형성, F-테스트(F-test) 등 복잡한 통계적 비선형 모델링을 실시간으로 완벽히 구현하기 어렵다"며 "실제 글로벌 가이드라인과 규제 기관에서는 평행선 분석 전용 프로그램인 'PLA(Parallel Line Analysis) 3.0'이나 '소프트맥스 프로(SoftMax Pro)' 등 통계적으로 검증된 전용 소프트웨어의 결과 수치만을 신뢰성 있는 데이터로 인정한다"고 조언했다. 

이밖에도 ▲세포의 건강 상태 ▲세포를 키운 횟수(패시지 넘버) ▲냉동 세포의 해동 조건 ▲세포를 시험 접시에 고르게 분주하는 방식(플레이팅) 등을 표준화하지 않아 실험마다 데이터가 크게 흔들리는 '통제 불가능한 변동성(Uncontrolled assay variability)' 등을 거절 사유로 제시했다.

전사 발현 역가 시험 공개...mRNA 발현량 측정

한편 최근 찰스리버가 자체 수행한 시험 데이터 결과와 분석 화면도 공개됐다. 글로벌 시장이 확대되고 있는 '글루카곤 유사 펩타이드-1 수용체 작용제(GLP-1RA)' 세포 기반 기능 검증 사례를 소개하면서다. 이번 데이터는 냉동 보관된 HEK293 GLP-1R 세포를 96-웰 플레이트에 주입해 16~22시간 배양한 뒤 연속 희석한 약물을 처리하고 Bio-Glo 재조합 시약을 첨가해 테칸 스파크(Tecan Spark) 리더기로 발현된 루시퍼레이즈(Luciferase) 시그널을 측정하는 방식으로 설계됐다. 약물이 세포와 결합해 효능을 발휘하면 빛을 내도록 유도한 뒤, 빛의 밝기를 정밀 장비로 측정해 약효를 정량화하는 원리다.

이 같은 데이터를 PLA 3.0 소프트웨어의 4-파라미터 로지스틱 피트(4-Parameter Logistic Fit) 모델로 분석한 결과, 이론적 역가 가치가 1.00(100%)인 샘플이 실제 분석 리포트에서 0.98237(98.2%)의 극도로 정밀한 역가 값(Reported Potency)을 도출하는 과정을 실증했다. 동시에 F-테스트를 통한 비평행성 가설 검증(Significance of non-parallelism), 비선형성 검증(Significance of non-linearity), 회귀 분석 검증 등이 모두 적합 판정을 받는 통계 화면을 그대로 공개해 신뢰도를 높였다.

유전자 치료제의 핵심 벡터로 쓰이는 아데노 부속 바이러스(AAV) 제품에 대한 '전사 발현(Transcript Expression) 역가 시험' 사례도 공개했다. 전사 발현 역가 시험은 세포 내 AAV 바이러스를 감염시킨 후 리보핵산(RNA) 분리 공정을 거쳐 최종적으로 실시간 역전사 중합효소연쇄반응(qRT-PCR)이나 디지털 PCR(ddPCR) 기기를 통해 mRNA의 발현량을 정량 측정하는 프로세스다.

AAV 실증 데이터 분석에서는 이론적 역가 기준 ▲50% 샘플은 실제 0.50946(51%) ▲100% 샘플은 1.06862(106.8%) ▲200% 샘플은 1.96580(196.6%)의 상대 역가 비율(Potency Ratio)을 각각 정확하게 도출해내며, PLA 프로그램을 통한 유전자 치료제 역가 검증의 표준 모델을 제시했다.