반코마이신은 황색 포도상 구균치료에 효과적이고 핵 생성 시간이 오래 걸리고, 반응기의 표면적 증가물질의 영향으로 핵 생성 속도가 단축되므로 불균일 핵 생성이고, 페니실린 또는 세팔로스포린에 알레르기가 있는 심내막염 치료에 널리 사용되고 있다. 본 논문에서는 유리 구슬 또는 이온교환수지를 이용한 반응액 부피당 표면적을 증가시킨 결정화 공정을 개발하여 반코마이신의 결정 생성 시간을 단축하여 반응액 부피당 표면적이 증가된 반코마이신 결정화 공정에서 새로운 표면적 증가물질인 실리카겔을 이용하여 반코마이신 결정화 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 가능성을 조사하였다.
<h1>서 론</h1> <p>반코마이신은 그람양성 세균의 세포벽 합성을 억제하여 세균을 괴사시키는 당펩타이드계 최초의 항생물질로 1956년 Eli Lilly사에 의해 보르네오 지역 토양에서 분리된 Amycolatopsis orientalis (Streptomyces orientalis, Nocardia orientalis)로부터 발견되었다. 반코마이신은 메티실린에 내성을 갖는 황색 포도상 구균(Methicillin Resistance Staphylococcus aureus, MRSA) 치료에 효과적이며, 페니실린 또는 세팔로스포린에 알레르기가 있는 심내막염 치료에 널리 사용되고 있다. 또한 MRSA 감염에 최우선의 치료제로서 인공삽입물을 이용하여 시술하는 심장수술과 정형외과 수술, 뇌실복강연결술(ventriculoperitoneal shunt)과 같은 뇌수술 시 예방적 치료 목적으로도 많이 사용되고 있다. 미생물 발효로부터 얻어진 반코마이신을 정제하기 위해서는 여러 단계의 분리 및 정제 공정을 거치게 된다. 현재 미국 및 유럽 약전에 등재된 반코마이신의 경우 반코마이신의 함량, 전체 불순물의 함량 및 각각의 불순물 함량을 엄격하게 규정하고 있다. 미국의 경우 USP (United States Pharmacopeia)에서 제시하는 HPLC 분석법에 의하여 반코마이신의 함량이 88% 이상되어야 하며, 반코마이신을 제외한 물질 중에서 함량이 4%를 초과하는 물질이 존재하지 않아야 한다. 유럽의 경우 EP (European Pharmacopoeia)에서는 반코마이신의 함량이 93%이상이며, USP와 마찬가지로 반코마이신 외의 함량이 4%를 초과하는 물질을 엄격히 규제하고 있다. 이러한 규제를 충족시키기 위해 여러 단계의 분리 및 정제 공정이 필요한데, 일반적으로 항생제와 같이 고순도로 정제된 의약품 생산 공정에서 최종 정제 단계로 결정화 공정을 많이 도입하고 있다. 결정화 기술은 액체 혹은 기체 혼합물로부터 고체를 생성 석출시키는 방법으로, 혼합물로부터 특정 물질의 분리 및 정제뿐만 아니라 결정성 물질의 물성과 형상을 조절하는 분야의 핵심기술에 해당된다. 용액으로부터 최초로 형성되는 최소단위의 결정입자를 핵이라 하며 핵 생성은 액상에서 과포화에 의해 핵이 생성되는 균일 핵 생성(homogeneous nucleation)과 외부표면(외부 불순물입자, 반응기 벽, 교반장치 등)의 도움을 받아 핵이 생성되는 불균일 핵 생성으로 구분된다. 균일 핵 생성은 높은 과포화도에 의해 자발적으로 핵 생성을 유도할 수 있으므로 핵 생성 속도가 매우 빠르다. 이에 반해 불균일 핵 생성의 경우 상대적으로 낮은 과포화도로 인하여 핵 생성 속도가 매우 느리다. 일반적으로 생물제품과 같이 용해도가 비교적 높은 용질의 경우 과포화도를 높이는데 한계가 있으며, 많은 경우 불균일 핵 생성에 의해 결정입자의 형성이 이루어진다. 반코마이신의 경우에도 핵 생성 시간이 매우 오래 걸리고, 반응기의 표면적 증가물질의 영향으로 핵 생성 속도가 단축되므로 불균일 핵 생성이라 할 수 있다. 결정화는 최종제품의 품질을 고도화할 뿐 아니라 고부가가치의 제품을 생산하는 기술로 에너지 소모가 적으며 환경 친화적이다. 또한 고정투자비가 낮고, 공정이 단순하기 때문에 응용분야가 넓다. 반코마이신 결정화 공정에서 주요 공정 변수들 (용매, 보관온도/시간, 전도도, \( \mathrm { pH } \), 온도, 교반속도, 초기농도 등)을 최적화하여 고순도, 고수율로 반코마이신을 생산할 수 있는 방법이 2010년에 보고되었다. 그러나 반코마이신 결정 생성에 많은 시간(24시간)이 소요되어 결정화에 의한 반코마이신 대량 생산 공정에서 생산성을 저하시키는 원인이 되었다. 이러한 단점을 보완하고자 2011년과 2012년에 유리 구슬 또는 이온교환수지를 이용한 반응액 부피당 표면적(surface area per volume of reaction solution)을 증가시킨 결정화 공정을 개발하여 반코마이신의 결정 생성 시간을 12시간까지 단축시킬 수 있었다. 본 연구에서는 반응액 부피당 표면적이 증가된 반코마이신 결정화 공정에서 새로운 표면적 증가물질인 실리카겔을 이용하여 반코마이신 결정화 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 가능성을 조사하였다. 또한 실리카겔의 물리적 특성에 따른 영향을 조사하여 반코마이신 결정화 효율을 극대화하고자 하였다.</p>