세포치료제 제조에 대해 이야기하면 대부분의 관심은 화려한 기술 용어에 쏠립니다.

“배양 플랫폼은 어떤 걸 쓰나요?”

“전분화능 유지율은 얼마나 되나요?”

“효소는 어떤 브랜드를 선호하시나요?”

“스케일업은 어떤 방식으로?”

하지만 줄기세포 치료제의 품질을 근본적으로 만드는 요인은 생각보다 단순합니다. 줄기세포는 ‘어떤 환경에서 길러졌는가’에 매우 민감하게 반응합니다. 그리고 그 환경을 결정하는 핵심이 바로 배지(media)라고 할 수 있습니다. 특히 세포치료제 제조가 고도화되고, 규제 기준이 강화되고, GMP 표준이 글로벌로 통합되는 지금, “AOF·CD(Animal-Origin Free, Chemically Defined) 줄기세포 배지는 어디까지 필요할까?” 이 질문이 기업과 연구소 모두에게 중요한 결정 지점이 되고 있습니다. 오늘은 이 질문에 대해 ‘실험실 → GMP 생산 → 상업화’의 흐름 속에서 실제로 어떤 의미를 갖는지 얘기해보도록 하겠습니다.

왜 줄기세포는 배지에 이렇게 민감할까? AOF·CD 배지가 필요한 이유

줄기세포(특히 PSC, iPSC, ESC, MSC)는 다른 세포에 비해 배지에 훨씬 민감합니다. 그 이유는 간단합니다. 미세환경 변화에 따라 쉽게 분화되거나 노화되며, 대사 경로가 배지 구성에 의해 즉각적으로 영향을 받으며, 배지의 정의되지 않은 요소는 최종 제품의 균일성을 떨어뜨리고, 잔류물이나 불순물은 환자 투여 시 안전성 문제로 이어지기 때문입니다. 그래서 줄기세포 치료제는 일반적으로 다음 세 가지를 요구합니다.

1) 안전성 확보: 동물 유래 성분을 사용하면 면역원성 반응이나 바이러스 오염의 잠재적 위험이 존재합니다. AOF 배지는 이러한 위험을 제거하여 환자의 안전성을 높입니다.

2) 품질 및 재현성 향상: 기존 혈청 배지는 배치마다 성분 변동성이 커서 세포의 성장이나 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 반면, CD 배지는 성분이 일정하여 세포 배양 결과의 재현성을 보장하고, 이는 곧 치료제의 일관된 품질로 이어집니다.

3) 글로벌 규제 대응: 미국 FDA, 유럽 EMA 등 각국의 규제 기관은 세포치료제 제조 시 동물 유래 성분을 피하고, 화학적으로 명확히 규명된 원료를 사용할 것을 강력히 권고하거나 요구하는 추세입니다. AOF·CD 배지는 이러한 규제 요구사항을 충족시켜 글로벌 시장 진출을 용이하게 합니다. 

세포치료제는 환자에게 직접 투여되는 '살아있는 의약품'이므로, 안전성과 일관성이 가장 중요합니다.

줄기세포 배지의 진화: Serum → Xeno-free → Defined → AOF·CD

줄기세포 배지의 발전 과정을 살펴보면 CAR-T와 거의 비슷한 흐름을 보이지만, 줄기세포는 특성상 그 전환 속도가 더 빠르고 강합니다.

1) Serum/FBS 기반 환경 — 연구 초기에는 되지만, 치료제에는 불가능

FBS는 분명 세포를 잘 자라게 합니다. 하지만 아래 문제는 치료제 개발에서는 치명적입니다.

- 배치 간 차이가 매우 큼

- 성분이 정의되어 있지 않음

- 바이러스·마이코플라스마·프리온 위험

- 제조 시 안정성 시험 부담 증가

따라서 PSC·MSC 기반 치료제 제조에서는 FBS는 이미 규제적으로 사실상 금지 수준입니다.

2) Xeno-free → 안전해 보이지만, 여전히 ‘완전 정의’는 아니다.

Xeno-free 시스템은 동물유래 성분만 제거한 것이지 조성 자체가 정의된(Defined) 것은 아닙니다.

hPL (human platelet lysate), human-derived supplements, undefined protein mixture 이런 구성은 FBS보다는 낫지만, 그래도 로트 변동(Lot variation)을 완전히 피할 수 없습니다. 규제 기관은 치료제 제조에서 ‘정의되지 않은 성분(Undefined component)’이 포함되는 것을 매우 꺼립니다. 즉, Xeno-free는 ‘중간단계’일 뿐입니다.

3) Defined media → 안정성은 좋아지지만 완전하지 않다.

Defined media는 조성이 명확히 규정되어 있어 재현성이 높습니다. 하지만 일부는 완전 AOF가 아니거나, 성장인자/단백질이 내부적으로 미정의된 경우도 있습니다. 그래서 실제 GMP 제조에서는 Defined media를 쓰더라도 추가 supplement를 AOF·CD 수준으로 다시 맞춰야 하는 번거로움이 생깁니다.

4) AOF·CD →결국 모든 길은 여기로 온다.

AOF·CD는 다음 조건을 모두 만족합니다.

- 완전 동물유래-free

- 100% 조성 정의

- 로트 간 편차 최소화

- 장기공급 가능성 보장

- 규제기관 선호

- 상업용 스케일업 가능

그래서 세포치료제 상업화 기업들이 공통적으로 선택하는 길은 정말 단순합니다.

“최초 연구단계부터 AOF·CD로 시작해 끝까지 유지한다.”

세포치료제 제조공정에서 AOF·CD 배지는 어디까지 필요할까?

세포치료제 제조는 아래 흐름으로 진행됩니다.

1) 세포원 확보

2) 해동/회복(Thawing & Recovery)

3) Expansion(증식)

4) 세포 특성 유지 및 품질 관리

5) 분화 유도 또는 기능 강화

6) 수확 및 Formulation

7) Cryopreservation

8) 환자 투여

한편, 각 단계에서 AOF·CD의 필요성은 다음과 같이 다릅니다.

① 세포원 확보 단계: 아직은 선택적이지만 점점 필수화

세포를 확보할 때 사용하는 buffer나 세척액은 AOF로 맞추는 편이 좋지만, 필수까지는 아닙니다. 다만 초기부터 AOF 체계를 유지하면 공정 전체의 일관성이 개선되기 때문에 점점 더 이 단계에서도 AOF buffer를 쓰는 추세입니다.

② 해동 및 회복: 세포 운명을 ‘초기화’하는 구간

줄기세포는 thawing 직후 가장 불안정합니다. 이 구간에서 배지 조성이 불안정하면 부적절한 stress response, DNA damage 증가, 초기 plating efficiency 저하, early apoptosis 증, spontaneous differentiation 등의 문제가 발생합니다. 그래서 top-tier 제조기관은 해동 직후부터 AOF·CD 배지를 고정적으로 사용합니다.

③ Expansion: 가장 많은 비용이 들어가는 ‘핵심 품질 형성 단계’

이 단계에서 배지의 차이는 결과물 전체를 갈라놓습니다. AOF·CD 배지를 사용하면 growth factor response 일정, 대사 균형 유지, spontaneous differentiation 감소, senescence 지표 감소, 최종 제품 균일성 확보 등의 장점이 있습니다. PSC 기반 치료제에서는 AOF·CD가 거의 ‘사실상의 표준’입니다.

④ 분화 또는 기능화 단계: AOF·CD는 선택이 아닌 필수

분화 단계에서 배지에 문제가 생기면 분화 효율의 편차, 마커 발현의 불균일, 기능적 품질(functional potency)의 불안정이 발생할 수 있습니다. 따라서 이 단계는 AOF·CD 요구 수준이 가장 높은 구간입니다.

⑤ Formulation 및 Cryopreservation: 규제가 가장 민감한 마지막 관문

전 세계 수출 시 규제 충돌을 피하기 위해 AOF·CD formulation이 필수로 자리 잡고 있습니다.

세포치료제 제조에서 AOF·CD 배지의 필요성 수준 및 전망

결론적으로, AOF·CD 배지는 세포치료제 상업화 및 임상 단계에서 필수적이라고 할 수 있습니다.

1) 초기 연구 단계: 초기 연구 단계에서는 비용이나 편의성 문제로 FBS 등을 포함한 배지를 사용할 수도 있습니다.

2) 임상 및 상업화 단계: 그러나 임상시험 진입 및 상업화를 위해서는 규제 기관의 요구사항에 맞춰 AOF·CD 배지로의 전환이 반드시 이루어져야 합니다. 이는 원료의약품등록제도(DMF) 등록 등을 통해 입증되며, 이 과정을 거치지 않으면 최종 제품 허가에 큰 장애물이 될 수 있습니다.

세포치료제 산업이 성장함에 따라 AOF·CD 배지 시장 또한 빠르게 확대되고 있습니다. 이는 더 안전하고 효과적인 치료제를 개발하려는 제약 바이오 기업들의 노력과 규제 당국의 엄격한 기준이 맞물린 결과입니다.

AOF·CD 배지는 단순한 '세포의 밥'을 넘어, 세포치료제의 안전성, 유효성, 그리고 글로벌 경쟁력을 결정짓는 핵심 전략 소재로 자리매김하고 있습니다.