제약 산업의 로봇 공학 및 자동화 (EU GMP Annex 1이 주도하는 패러다임의 변화)

제약의 제조는 강력한 규제로 인해 회사가 주로 기존 기술에 투자하도록 유도하기 때문에 기술 혁신이 매우 느린 것이 특징입니다. 이것은 하드웨어 관리의 기술적 어려움과 함께 Qualification 및 Validation의 용이성을 지원하지만, 지난 몇 년 동안 제약 제조 현장에서 로봇화 추세가 점차 증가되고 있습니다.

로봇은 cartoning 및 filling machines와 같은 기존 장비 제조업체가 제공하는 솔루션에 처음 등장하여 즉시 제약 제조업체의 관심을 끌었습니다. 이후 단계에서 로봇은 물류 및 저부가가치 보조 작업(예: loading-unloading autoclaves, palletizing tubs)의 효율성을 업그레이드하기 위해 다수의 사람이 진행한 작업의 주요 역할을 했습니다. 오늘날, 이 기술은 의약품 제조에 대하여 대수의 선택을 할 수 있을 정도로 충분히 성숙하여 향후 몇 년 동안 기록적인 속도로 자동화의 정도가 증가할 것으로 예상됩니다.

 

2022년 8월에 발표되고 2023년 8월부터 발효되는 EU GMP Annex 1: Manufacture of Sterile Medicinal Products의 개정은 로봇 솔루션의 채택 속도를 더욱 가속화하여 기술 및 문화적 변화를 가져올 것이며, 과거에 프로세스 속도를 늦춰왔던 규제가 이제 혁신의 가장 큰 원동력이 되었습니다. 이는 매뉴얼작업을 줄이고 제품에 오염을 야기하는 큰 원인인 작업자와 분리할 수 있게 함으로 무균의약품 제조와 같이 민감한 생산 영역에 영향을 미치고 있습니다. 실제로 Annex 1 개정에서는, Section 2.1에서는 "The use of appropriate technologies (e.g., Restricted Access Barriers Systems (RABS), isolators, robotic systems, rapid/alternative methods and continuous monitoring systems) should be considered to increase the protection of the product."라고 명문화 되어 있습니다.

 

자동화 및 로봇 공학의 이점은 건강, 안전 및 환경, 품질 및 생산 효율성과 관련된 여러 생산 측면에서 확인할 수 있습니다.

 

로봇이 무균 환경에 있든 없든 주어진 작업을 수행하도록 함으로써 로봇이 매 사이클마다 주어진 명령을 반복적으로 실수 없이 실행 할 것이라고 가정할 수 있으며, 배치의 제조 기록에 직접 저장된 작업을 완전 자동으로 추적할 수 있는 가능성과 함께 모든 단계에서 선택된 표준 작업 절차를 확실하게 준수할 수 있는 완벽한 솔루션이라고 말할 수 있습니다.

 

다음은 로봇화가 우리 산업에 미치는 영향에 대한 예입니다.

• Health, safety and environment — 작업자 안전과 관련하여 로봇은 인체공학적이지 않거나 위험한 작업에 따른 영향을 줄일 수 있습니다.  부유 입자 및 균으로부터 오염을 예방하기 위하여 무균 상태로 옮겨야 하는 동결 건조 제품이 들어 있는 무거운 트레이를 들어 올리는 것과 같이 작업자가 반복적인 작업을 수행하지 하지 않을 수 있다면 상당한 이점을 얻을 수 있습니다. 또한, isolator 또는 C-RABS 하에서 cytotoxic drug 생산에 관련하여 작업자가 독성 제품과 완벽하게 분리될 뿐만 아니라 작업 중에 인위적 오류 위험을 줄일 수 있음으로 관련된 안전성이 향상됩니다.
• Quality — 제약 환경에서 오염의 가장 큰 원인은 작업자의 존재 이기 때문에 작업자 대신 로봇에 가장 많은 작업을 맡기면 공정이 더 안전해집니다. 이렇게 하면 오염에 대한 Risk가 감소하여 품질이 향상되며, 오염의 Risk가 감소된 배리어 시스템 및 작업자가 안전한 거리에서 작업을 수행하는 기존 클린룸과 같이 배리어 시스템이 없는 A급 환경에서도 마찬가지입니다.
  또한, RABS와 같이 내부 환경은 A등급이지만 주변 환경은 B등급이어야 하는 배리어 시스템의 경우 로봇을 통한 Loading 및 Unloading (예: freeze dryers, isolators)에 큰 이점을 얻을 수 있습니다.
• Production Efficiency — 스마트 데이터 관리에 중점을 두고 제조기록서의 품질을 높이기 위해 로봇이 수행하는 모든 작업을 해당 Parameter와 로봇의 상태(작업자가 수동으로 수행하는 경우에는 작업)와 함께 모든 세부 사항을 기록할 수 있습니다. 또한 로봇과 grippers를 장착하기 위한 센서의 수를 늘림으로써 (기계 학습 및 인공 지능 도구를 사용하여) 보다 심층적인 분석을 위해 중요한 process parameter를 생성할 수 있습니다. 이를 통해 적절한 근본 원인 분석을 위한 더 많은 도구를 사용하여 치우침 경향 및 제조 부적합 사항을 조기에 식별할 수 있습니다. 이러한 방식으로 시정 조치 및 예방 조치를 신속하게 구현하여 생산 품질에 대한 일탈의 위험을 관리할 수 있습니다.

로봇의 움직임과 이동에 관한 이 모든 data 및 process에 따른 완전한 추적성(예: 바코드 또는 QR 코드를 읽을 수 있는 로봇에 비전 센서 구현)이 제조기록서에 자동으로 기록될 수 있습니다.

[그림 1] Robotic Filling Line — Courtesy of STERILINE

현재까지 ISO 5 환경과 미생물 오염, 청소 및 소독 관점에서 쉽게 검증할 수 있는 A 등급까지의 특성까지 작동할 수 있는 로봇이 있습니다. 최대 3000mm의 작업 반경과 수백 킬로의 payloads를 갖춘 이러한 로봇은 주성분 제조 탱크(예: 그림 2) 및 로봇 바이알 충전 라인(예 : 그림 1),  2차 포장 및 기계 관리 작업에 이르기 까지 모든 단계에 응용 할 수 있습니다. 또한 제조업체는 기술 프로세스 요구 사항뿐만 아니라 기존 장비 제조업체와 최종 사용자에게 Annex 1에서 요구하는 오염 관리 전략(Contamination control strategy)을 구현하기 위한 강력한 근거를 제공하는 문서 요구 사항과 일치하는 솔루션을 제공하기 위해 점점 더 노력하고 있습니다.

[그림 2] Tank of API Handling — Courtesy of COMECER

제약 산업에서 로봇 공학 혁명은 이제 막 시작되었습니다. 현재 로봇 공학은 이미 2차 포장 단계에서 널리 사용되고 있지만 향후 무균 제조 환경에서도 대대적으로 채택될 것입니다. 이는 로봇 제조업체가 제약 부문의 고유한 요구 사항(로봇 솔루션 수준과 테스트 및 문서 지원 수준 모두)에 적응해야 하고 제약 부문 자체가 자동화 및 로봇 공학에 관여하는 심오한 패러다임 전환을 의미합니다. 또한, 제약 분야 자체가 자동화 및 로봇 공학 관련 의사 결정에 관여하여 제약 4.0의 잠재력을 최대한 끌어안고 성장할 것입니다.