대체육·배양육 시장 분석 3. 기술 현황 - 배양육 ②

3) 지지체

□ 3차원의 공간에서 정육 형태 배양육 생산 시 세포가 접착하여 자랄 수 있는 지지체 필요

○ 플라스크 안에서 세포는 접착해서 성장하기 때문에 2D의 생산시스템은 매우 비효율적

- 실험실에서 하듯 세포배양접시에서 세포를 키워서는 생산단가를 맞출 수 없음.

- 일반적으로 부착세포를 부유배양으로 키우면 세포 성장이 느리고, 근육으로 분화능이 급격하게 떨어지며, 배양기내의 충격에도 아주 취약

○ 3D의 공간에서 세포를 배양하는 방법은 2D 배양에 비해 세포의 생산량을 크게 향상시킬 수 있음

- 근육세포를 이용한 3D 배양 시스템의 배양조건(세포농도, 세포성장 특성, 지지체의 재질 및 투여량, 교반 등)은 아직 연구 중이며 이것을 배양육 공장에 적용할 설계 및 시스템화가 필요

○ 세포의 3D 생산을 위해서는 배양에서 200~300 μm 크기의 스케폴드(Scaffolds) 형태의 지지체 또는 마이크로캐리어(microcarrier) 지지체가 필요

 

⓵ 스케폴드(Scaffolds) 형태 지지체

□ 세포배양육의 목표인 덩어리고기 배양에 현재 가장 효율적인 지지체

○ 세포들이 붙어서 근육조직으로 분화 할 수 있는 3차원 지지체(Scaffolds)

○ 3차원 지지체가 사용되면서 대량배양이 가능해야 배양육을 경제적으로 생산 가능

○ 국내외 많은 기업들이 연구개발 중이지만 효율적인 세포 배양을 위해 필요한 요건이 많음

- 지지체는 세포부착성이 좋아야 하며, 배양액이 내부로 잘 전달되게 내부에 기공이 있어야 함

- 근섬유로의 분화를 돕고, 성장에 용이해야 함

○ 지지체 자체가 필수적으로 식용 가능한 소재로 만들어져야 함

- Matrix Meats(미국)는 3D 나노섬유를 이용하고 있으며, Excell(미국)은 균사체, 다나그린(한국)은 콩단백을 이용한 제품 개발

- 이외 여러 Biomaterials(콜라겐 등)을 이용한 3차원 지지체 개발이 진행 중이며, 3D 바이오프린팅 기술을 활용하기 시작함

 

➁ 마이크로캐리어(Microcarrier) 지지체

□ 인간 / 동물용 의약품 개발에 30년 이상 동안 사용되어 온 기술

○ 마이크로캐리어를 사용하여 세포를 배양하게 되면 수화와 팽윤 공정이 불필요하며, 멸균도 손쉽게 가능하므로 배양 준비 공정을 대폭 간소화 할 수 있는 장점 존재

○ 3차원 형태로 세포를 부착·배양하기에 구조적 어려움이 있어 정육 형태 배양육 보다 다짐육 형태 배양육 생산에 주로 사용

 

4) 배양기(Bioreactor)

□ 현재 3D 형태 지지체와 호환하여 사용가능한 배양육 용 세포배양기는 세상에 없음

○ 배양육의 소재/부품/장비의 개발 중에서, 배양기 장비의 개발이 가장 시급

- 동물세포를 배양하는 다른 산업에서 여러 종류의 바이오리액터들이 오랫동안 사용되어 왔지만, 오늘날의 바이오리액터들은 배양육 생산에 최적화 되어 있지 않음

- 전통적으로 회전생물반응기(rotating bioreactor)를 주로 사용

○ B2B회사들이 배양육 제조를 위한 새로운 바이오리액터를 개발하기 시작

- 독일의 Merck KGaA와 같은 거대 생명과학 기업들이 새로운 디자인에 대한 투자를 시작한 상태

- 미국 굿미트(Good Meat)사는 25만ℓ에 달하는 바이오리액터 10기를 건설한다고 발표

4층 높이 건물에 해당하는 규모로 배양육 생산 시설로는 최대 규모
굿미트에 따르면 연간 1만3000t의 배양육을 무리 없이 생산ㅑ

- 굿미트가 사용하는 ABEC제 바이오리액터는 이미 싱가포르 정부로부터 성능을 인정받음

○ 생물반응기는 조직공학적 측면에서 필수적인 구성 요소로, 배양육의 종류에 따라 다양한 형태의 생물반응기가 필요

 

□ 일회용 세포배양기 등 새로운 형태의 배양기를 배양육 생산에 사용하기 위해 연구 진행 중

○ 세포 배양 및 품질 관리는 수작업으로 실행되는 경우가 많기 때문에 발생할 수 있는 결함이 다수

○ 세포배양 시 오염되는 경우가 굉장히 많기 때문에 일회용 배양기기에 대한 선호도가 높아지는 추세

- 최근 국내에서는 마이크로디지탈이 국내 최초로 일회용 세포배양리액터를 개발했으며 국내 바이오텍들과 하나둘씩 공급계약을 체결 중

- 바이오리액터 국산화와 관련하여 현재 주요 기업에서 생산 및 제공하는 바이오리액터마다 차별화된 기술적 특징이 있으며 GMP 그레이드*를 고려해야 하기 때문에 초기 기업이 바이오리액터를 제작하기에는 진입장벽이 높은 것이 현실

* GMP 그레이드 : 우수한 의약품을 제조하기 위하여 공장에서 원료의 구매부터 제조, 출하 등에 이르는 모든 과정에 필요한 관리기준을 규정한 것

 

 

 

<표> 세포 배양기기 비교

	일회용 세포배양기	스테인리스 강 세포배양기
초기투자비용	낮음	높음
세척시간	X	1~2일
세척비용	일회용백 비용	세척/소독비용
교차오염 리스크	낮음	높음
생산성	높음	낮음
공정 유연성	높음	낮음
최대용량	~ 2,000L	~ 20,000L