Paclitaxel은 주목나무에서 분리한 diterpenoid 계열의 항암물질로 생산을 위해선 전처리 공정이 필요하다. 2012년 분별침전에서 침전물 입자 크기와 표면적증가물질 첨가에 따른 용액의 제타전위 간의 연관성이 보고됐고, 본 연구에서는 침전 시간이 긴 기존의 분별침전 공정의 문제점을 해결하고 최종 정제 비용 절감과 효율 향상을 위해 제타전위 조절이 용이한 실리카-알루미나 혼합물을 제조해 제타전위가 분별침전 양상에 미치는 영향을 조사했다.
<h1>서 론</h1> <p>Paclitaxel은 주목나무(yew tree) 표피에서 분리한 diterpenoid 계열의 항암물질로 1971년 Wani 등에 의하여 화학적 구조가 규명되었으며 1979년 Schiff 등에 의하여 항암기작이 밝혀졌다. 난소암, 유방암, 카포시 종양 (Kaposi's sarcoma) 및 비소세포성 폐암(non-small cell lung cancer, NSCLC) 치료용으로 미국 FDA (U.S. Food and Drug Administration) 허가를 취득하여 현재 가장 많이 사용되고 있는 항암제이다. 류마티스성 관절염, 알츠하이머치료 등의 적용증이 계속 확대되고 있으며, 또한 여러 다른 치료 방법들과의 복합처방에 관한 임상시험이 진행 중에 있어 향후 paclitaxel 수요는 계속 늘어날 전망이다. Paclitaxel 의 주요 생산 방법으로 주목나무에서 직접 추출하는 방법, 반합성 방법, 식물세포배양 방법이 있다. 식물세포배양 방법은 기후, 환경 등의 외부인자에 의한 영향을 받지 않고 생물 반응기 내에서 안정적으로 생산이 가능하기 때문에 일정한 품질의 paclitaxel을 대량 생산할 수 있다는 장점이 있다. 식물세포배양으로부터 paclitaxel을 생산하기 위해서는 여러 단계의 분리 및 정제 공정을 거치게 된다. 일반적으로 세포배양액으로부터 회수한 바이오매스를 유기용매로 먼저 추출하고, 전처리 공정을 거쳐 최종 정제를 통하여 제품을 생산하는 공정으로 이루어져 있는데, 이 과정에서 특히 전처리 공정은 최종 정제 비용에 많은 영향을 미친다. 기존의 연구들은 정제를 위한 전처리 공정으로 고가의 크로마토그래피를 이용하고 있거나 전처리 없이 추출을 거친 crude paclitaxel을 high performance liquid chromatography (HPLC)에 의해서 바로 최종 정제하여 경제적 측면에서 많은 문제가 있으며 또한 scale-up에 많은 어려움이 따른다 . 대체로 바이오매스로부터 유기용매를 이용하여 paclitaxel을 추출하면 순도는 \( 0.5 \% \) 이하이며, 간단한 전처리 공정 후에도 \( 10 \% \) 이하의 순도로 매우 낮다. 이러한 시료를 바로 HPLC에 의하여 최종 정제할 경우 많은 양의 유기용매 사용, 칼럼 충진제(resin)의 수명 단축, 처리량(throughput) 감소 등 상당히 비경제적이며 대량 생산을 위한 공정으로는 적합하지 않다. 따라서 전처리 공정을 통하여 시료의 순도를 가능하면 높여 주어야 최종 정제, 특히 HPLC를 이용한 정제에서의 비용을 줄일 수 있다. 2000년 분별침전(fractional precipitation)에 의해 높은 순도( \(>50 \% \)의 paclitaxel을 얻을 수 있는 간단한 전처리 방법이 개발되었다. 식물세포배양액으로부터 식물세포를 회수하고 회수된 식물세포를 용매 추출한 후에 흡착과 헥산 침전을 거치면 시료의 순도가 대략 \( 15 \% \) 정도인데 이를 분별침전을 통해 \( 50 \% \) 이상의 높은 순도의 paclitaxel을 얻을 수 있다. 그러나 분별침전의 단점은 침전에 많은 시간 (~3)일이 소요되어 상업적 대량생산 공정에 응용되는데 많은 어려움이 있다. 2004년과 2008년에 마이셀(micelle) 및 침전(precipitation)에 의한 전처리 공정이 보고되었는데, 최적의 계면활성제(N-cetylpridinium chloride, CPC를 이용한 마이셀 공정을 통하여 순도 20-30% 정도의 paclitaxel을 얻었는데 이는 여전히 낮은 순도로 후속 공정에 많은 부담을 준다는 문제점을 가지고 있다. 2009년과 2010년에 개선된 분별침전이 보고되었는데, glass beads와 이온교환수지(Amberlite 200, Amberlite IRA 400)를 이용하여 반응액 부피당 표면적(surface area/working volume, S/V)을 증가시켜 분별침전 효율을 향상시킬 수 있는 방법을 개발하였다. 2012년에는 분별침전에서 침전물 입자 크기와 표면적증가물질(이온교환수지) 첨가에 따른 용액의 제타전위(zeta potential) 값과의 연관성을 최초로 보고하였다. 하지만 표면적증가물질의 제타전위가 침전 효율에 미치는 영향에 대한 구체적 연구는 수행된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 제타전위 조절이 용이한 표면적증가물질 실리카-알루미나 혼합물을 제조하여 제타전위가 분별침전 양상(순도, 수율, 분 별침전 시간, paclitaxel 입자 형태 및 크기)에 미치는 영향을 구체적으로 조사하였다. 이러한 연구결과를 통하여 기존의 분별침전 공정 이 가지고 있는 문제점(특히 긴 침전시간 문제)을 해결함으로써 paclitaxel 생산 공정 개선을 통한 비용 절감뿐만 아니라 paclitaxel 최종 정제를 위한 HPLC 공정에서의 정제 효율 향상에 많이 기여할 것으로 판단된다.</p>