미생물 오염 검사의 미래: 신속한 실시간

제약 회사가 온라인 모니터링을 통해 물 안전을 보장하고 바이오버든과 싸우는 방법

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18 Apr, 2025

Areen Kalantari, Thornton

의약품 제조 분야에서는 물의 순도가 가장 중요합니다. 미생물 오염 또는 바이오버든은 소비자의 건강과 제약 회사의 평판 모두에 심각한 위협이 됩니다. 기존의 미생물 검사 방법은 시간이 많이 걸리고 오류가 발생하기 쉬우며 노동 집약적인 경우가 많습니다. 실시간 미생물 분석기 의 출현은 이러한 문제에 대한 유망한 솔루션을 제공하여 제약 제조업체가 생균수 제어에 접근하는 방식을 혁신하고 있습니다.

제약 용수의 맥락에서 바이오버든(bioburden)이라고도 하는 미생물 오염은 박테리아 및 곰팡이를 포함하여 물 샘플에 존재하는 생존 가능한 미생물의 수와 유형을 나타냅니다. 이러한 오염은 미생물 오염이 의약품의 안전성과 효능을 손상시킬 수 있기 때문에 제약 회사에 중요한 우려 사항입니다. 제약 용수는 의약품 제조에서 중요한 구성 요소로 작용하기 때문에 규제 관리 기관에서 정한 엄격한 순도 기준을 충족해야 합니다 . 따라서 엄격한 미생물 검사는 용수 순도를 보장하고 환자의 건강과 의약품 제조 공정의 무결성을 모두 보호하는 데 필수적입니다.

제약 용수에서 바이오버든의 위험성

제약 용수 내 미생물 오염과 관련된 위험은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 오염된 물은 소비자의 건강에 직접적인 위협이 되며, 특히 면역 체계가 손상된 개인이나 중요한 치료를 받고 있는 개인의 건강에 직접적인 위협이 됩니다. 병원성 미생물로 오염된 물을 섭취하거나 물에 노출되면 혈류 감염, 위장 질환 및 기타 생명을 위협하는 상태와 같은 심각한 건강 합병증을 유발할 수 있습니다.

많은 제약 회사의 경우 수질 오염의 영향은 재정적 및 평판 손상 측면에서 똑같이 치명적일 수 있습니다. 제약 업계는 문제의 심각성과 범위에 따라 단일 리콜 비용이 수십만 달러에서 수백만 달러에 이를 수 있다고 추정합니다. 이러한 사건은 소비자 신뢰의 약화와 오래 지속되는 부정적인 브랜드 연상을 통해 회사의 평판을 더럽힐 수 있습니다.

소셜 미디어와 온라인 플랫폼을 통해 정보가 빠르게 확산되는 시대에 부정적인 여론은 판매, 주가 및 투자자 신뢰의 상당한 하락으로 이어질 수 있습니다.

제약 브랜드의 경우 매우 높은 위험성이 있습니다: 운영 효율성을 유지하는 것과 최고 수준의 수질 표준에 대한 규정 준수 사이의 균형을 찾는 것은 지속 가능한 성공을 위해 필수적입니다.

미생물 한계 모니터링을 위한 기존 검사 방법

미생물 검사의 역사는 미생물학 분야가 급성장하고 있던 19세기 후반으로 거슬러 올라갈 수 있습니다. 루이 파스퇴르(Louis Pasteur), 줄리어스 페트리(Julius Petri), 로버트 코흐(Robert Koch)와 같은 선구적인 과학자들은 건강과 질병에서 미생물의 역할을 이해하기 위한 토대를 마련했습니다. 20세기 초반까지 제약 산업이 성장하기 시작하고 의약품 생산이 더욱 복잡해짐에 따라 물을 포함한 제품에서 미생물 오염을 감지하기 위한 신뢰할 수 있는 방법의 필요성이 분명해졌습니다.

최초의 생균수 계수 검사는 주로 직접 관찰 및 배양 기술에 의존했습니다. 20세기 중반이 되어서야 물 속의 미생물을 정량화하기 위한 표준화된 방법이 개발되어 최초의 약전 지침이 제정되었습니다. 미국에서는 미국 약전(USP) 이 의약품에 대한 허용 가능한 미생물 한계 및 테스트 방법을 설명하기 시작했으며, 제조에 사용되는 물에 대한 품질 관리의 중요성을 강조했습니다.

플레이트 카운팅

직접 플레이트 카운팅에는 물 샘플을 수집하고, 실험실에서 배양하고, 며칠에 걸쳐 형성되는 군체를 계수하는 것이 포함됩니다. 이러한 기술은 표준 관행이었지만 다음과 같은 중요한 제한 사항이 있습니다.

시간이 많이 소요됨: 플레이트 계수는 일반적으로 결과를 생성하는 데 5-7일이 필요한 노동 집약적인 프로세스입니다.

주관적: 숫자 군체는 주관적일 수 있으며 수동 계산 및 배양 조건의 변화로 인해 인적 오류가 발생하기 쉽습니다.

제한된 감도 및 특이도: 플레이트 계수는 낮은 수준의 이물질을 검출할 만큼 민감하지 않을 수 있습니다. 또한 플레이트 카운팅은 수질에 대한 지속적인 보기가 아니라 특정 시점의 오염 수준에 대한 스냅샷만 제공합니다.

멤브레인 여과

멤브레인 여과는 20세기 중반에 인기를 얻었으며, 특히 더 많은 양의 물을 테스트하는 데 사용되었습니다. 이 기술에서 물 샘플은 미생물을 가둘 수 있을 만큼 작은 구멍(일반적으로 직경 0.45μm)이 있는 필터를 통과합니다. 그런 다음 필터를 배양 배지에 놓고 플레이트 계수 방법과 유사하게 배양합니다. 따라서 멤브레인 여과는 유사한 단점에 직면합니다.

긴 과정: 멤브레인 여과는 특히 많은 양의 물을 테스트하는 경우 시간이 많이 소요될 수 있습니다.

오류가 발생하기 쉬운: 이 공정은 세심한 취급이 필요하며 미생물 성장을 억제할 수 있는 물 샘플의 물리적 및 화학적 특성에 민감할 수 있습니다. 또한 존재하지만 배양할 수 없는 미생물은 검출되지 않아 모니터링의 잠재적인 허점과 위험한 군집 형성 단위의 과잉 증식 가능성으로 이어질 수 있습니다.

미생물 부하 검사를 위한 기존 방법은 수년 동안 중요한 도구로 사용되어 왔지만, 수질과 결과적으로 환자 안전을 위태롭게 할 수 있는 상당한 제한 사항이 있습니다. 구체적으로 언급된 두 기술 모두 군집 형성 단위(CFU) 를 세는 데 의존하며, 이는 미생물이 물리적으로 계수할 수 있는 군체로 성장하는 데 시간이 필요합니다. 따라서 이러한 기술은 자원 집약적이며 샘플 수집, 처리 및 분석에 상당한 시간과 노동력이 필요하며 특정 순간의 미생물 수준에 대한 스냅샷만 제공합니다. 따라서 수질에 대한 지속적인 모니터링을 제공하지 않습니다. 오염 사고가 빠르게 발생하고 즉각적인 결과를 초래할 수 있는 산업에서 이러한 결과 획득의 지연은 특히 문제가 될 수 있습니다.

또한 모든 미생물이 실험실 환경에서 쉽게 배양될 수 있는 것은 아니므로 일부 병원체는 검출되지 않은 상태로 남아 있을 수 있습니다. 이러한 선택성은 샘플에 존재하는 일부 미생물이 선택한 배지에서 성장하지 못할 수 있기 때문에 총 미생물 부하 를 과소평가하게 될 수 있습니다.

지속적인 실시간 미생물 분석기는 기존 방법에서 제기된 문제에 대한 현대적인 솔루션을 제시합니다. 이러한 고급 시스템은 미생물 오염을 즉시 감지하여 사전 예방적 개입을 가능하게 합니다.

7000RMS와 같은 분석기에 사용되는 실시간 미생물 검출은 레이저 유도 형광(LIF)과 미에 산란(Mie Scattering)이라는 두 가지 확립된 광학 측정 기술에 의존합니다. 이러한 기술은 함께 작동하여 제약 생산에 사용되는 것과 같은 고순도 물에서 미생물을 검출하고 정량화합니다.

프로세스의 작동 방식은 다음과 같습니다.

레이저 유도 형광 (LIF)은 NADH 및 리보플라빈과 같은 미생물 대사 산물의 자연 형광을 활용하여 중심 무대를 차지합니다. 분석기의 405nm 레이저가 이 레이저를 통해 흐르는 물을 비추면 이러한 대사 산물은 빛을 흡수하고 여기 상태로 들어갑니다. 원래 상태로 돌아가면 형광등 형태로 에너지를 방출한 다음 7000RMS의 포토다이오드에 의해 캡처됩니다.

Mie Scattering은 빛이 미생물 자체와 어떻게 상호 작용하는지 측정하여 이 과정을 보완합니다. 레이저 광이 물을 통과할 때 존재하는 모든 미생물이 빛을 산란시킵니다. 검출기는 빛이 어떻게 산란되는지 기록하여 입자의 크기와 양에 대한 중요한 정보를 드러냅니다. 7000RMS 는 형광 검출기와 산란 검출기 모두의 데이터를 합성합니다. 두 신호가 특정 기준에 따라 정렬되면 분석기는 단일 미생물을 자동 형광 단위(AFU)로 식별합니다. 결과는 사용자 친화적인 터치스크린 인터페이스에 실시간으로 표시되어 수질에 대한 명확하고 즉각적인 통찰력을 제공합니다.

기본 수준에서 AFU 카운팅은 생생하고 상세한 사진을 즉시 찍는 것과 같으며 CFU 카운팅은 기본적이고 속이 빈 스케치가 렌더링되기를 기다리는 것과 같습니다. 이 실시간 기능은 오염을 신속하게 감지하는 것이 중요한 제약 산업에 필수적입니다.

또한 AFU는 전체 군체의 개체수만 추정하는 CFU 계수와 달리 개별 세포를 계수하는 직접 계수 방법을 허용합니다. 후속 AFU 측정은 공정 환경 내에서 직접 수행할 수 있으므로 기존 샘플링 방법과 관련된 오염 위험을 줄일 수 있습니다. 이 현장 모니터링은 수질에 대한 지속적인 통찰력을 제공하여 미생물 활동에 대한 역동적인 관점을 제공합니다

연속 수질 검사의 이점

속도	지속적	직접 측정	향상된 감도	즉각적인 조치
2초마다 결과를 확인할 수 있는 실시간 모니터링을 통해 오염을 신속하게 감지할 수 있습니다. 플레이트 카운팅은 5-7일이 소요될 수 있지만 7000RMS는 같은 기간 동안 216,000+ 측정값을 캡처합니다.	한 순간에 스냅샷을 제공하는 정적 플레이트 수와 달리 7000RMS는 물의 흐름을 지속적으로 분석하여 사전 예방적 추세 식별 및 조기 개입을 가능하게 합니다.	고급 광학 측정 기술은 개별 미생물을 계수하고 성장에 의존하지 않으므로 플레이트 방법에서 군체 형성으로 인한 차이를 제거합니다.	7000RMS는 0.3μm의 작은 미생물을 검출할 수 있습니다. 이 분석기는 또한 생존 가능하지만 배양할 수 없는(VBNC) 박테리아, 즉 기존 방법으로는 놓칠 수 있는 미생물을 밝혀냅니다.	7000RMS의 추세 데이터는 용수 시스템 살균이 필요한 시기를 결정하고 오염에 대한 신속한 대응을 용이하게 하는 데 도움이 됩니다. 이러한 사전 예방적 접근 방식을 통해 오염된 물을 방출하는 위험을 줄이는 동시에 위생 빈도를 최적화할 수 있습니다.

온라인 수질 모니터링이 제약 규정 준수를 지원하는 방법

제약 산업에서 정제수, 초순수 및 주사용 물의 미생물 모니터링은 단순히 우수한 품질 관리 관행이 아닙니다. 이는 규제 요구 사항입니다. 미국 약전(USP )에서 제정한 표준은 미생물 오염을 테스트해야 하는 조건을 규정합니다.

예를 들어, USP <61> 는 미생물 한계에 대한 요구 사항을 간략하게 설명하고, 비멸균 제품에서 허용 가능한 수준의 미생물을 지정하며, 수질의 중요성을 강조합니다. USP <62> 는 멸균수에서 대장균, 살모넬라균 및 녹농균을 포함한 특정 병원체를 검출하는 방법을 자세히 설명합니다. 또한 USP의 제약 목적의 물에 대한 USP <1231> 는 제약 용수에 대한 지속적인 온라인 모니터링을 지속적으로 지지해 왔습니다. 이 접근 방식을 사용하면 과거 공정 중 데이터가 수집되어 용수 시스템을 효과적으로 제어하고 허용 가능한 품질 표준을 충족하는 용수 생산을 유지할 수 있습니다.

7000RMS는 USP <1223>와 일치하며, 이는 정확도와 감도에서 이점을 입증하는 대체 방법의 검증을 권장합니다. 또한 FDA 및 EMA에서 발행한 대체 미생물 측정 방법에 대한 지침을 준수하여 규제 표준을 준수하는 동시에 모니터링 프로세스를 강화합니다.

제약 용수에서 바이오버든 수준 테스트의 미래는 실시간 미생물 분석기 의 채택에 달려 있습니다. 이러한 첨단 기술은 제약 회사가 미생물 오염 제어에 접근하는 방법에 대한 패러다임 전환을 제공하여 보다 적극적인 데이터 기반 접근 방식을 가능하게 합니다.

실시간 미생물 분석기를 채택함으로써 제약 회사는 제품의 안전성과 품질을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 규정 준수에 대한 약속을 입증할 수 있습니다.

7000RMS로 대표되는 미생물 검사의 발전은 제약 제조업체가 안전하고 효과적인 제품을 제공할 수 있도록 보장하며, 점점 더 까다로워지는 규제 환경에서 환자의 건강과 운영 무결성을 모두 보호할 수 있습니다.

업계가 계속 발전함에 따라 실시간 모니터링을 수용하는 것은 최고 수준의 수질을 유지하고 소비자 건강에 대한 위험을 줄이며 브랜드 평판을 보호하는 데 가장 중요할 것입니다.

제약 용수에 대한 실시간 온라인 미생물 모니터링

메틀러 토레도 Thornton의 7000RMS™는 제약 용수 내 미생물 오염(바이오버든)을 실시간으로 측정하기 위한 온라인 분석기입니다. 레이저 기반 기술을 통해 물 샘플에서 직접 미생물을 즉시 검출하고 정량화할 수 있어 시간이 많이 소요되는 성장 기반 방법의 한계를 극복할 수 있습니다.

아린 칼란타리

글로벌 제약 부문 전문가

Areen Kalantari는 생물/화학 공학 학사 학위와 국제 비즈니스 경영학 석사(MBA) 학위를 보유하고 있습니다. 그는 생명 공학 응용 분야와 제약 분야에서 모두 경험을 쌓았습니다. Areen은 이전에 pH, 용존 산소 및 CO2 제품 관리자로 근무하면서 글로벌 제약 및 생명 공학 고객과 협력하여 효과적인 SOP를 구현하고 세포 배양 및 발효 공정에 대한 직원을 교육했습니다. Areen은 ASME-BPE(American Society of Mechanical Engineers – Bioprocess Equipment) 표준 위원회의 투표 회원입니다. 그는 Process Instrumentation 하위 그룹에 기여하여 전도성, pH, TOC 및 기타 다양한 공정 기술에 중점을 두고 바이오프로세싱 및 제약 산업의 표준을 구현하는 데 도움을 주고 있습니다. 현재 그는 제약 용수 시스템의 글로벌 시장과 수행해야 하는 테스트와 관련하여 WFI 및 PW 시스템의 USP 규제 측면을 지원합니다.