[기고] 디지털전환 기반 의약품 제조혁신 플랫폼 기술上

국민대학교 바이오의약 김주은 교수

국민대학교 바이오의약 김주은 교수.

국민대학교 김주은 교수(응용화학부 바이오의약전공)가 디지털전환 고품질설계기반 의약품 제조생산을 위한 지능형 연속공정 플랫폼 구축과 이와 연계된 장비, 부품, S/W 현황 등을 소개하고, 선진국의 정부와 기업 지원 현황을 분석해 국내 제약바이오기업의 글로벌 제조경쟁력 강화를 위한 방향을 제시했다.

김주은 교수는 유한양행 중앙연구소 수석연구원과 대구가톨릭대학교 제약공학과 교수를 거쳐 현재 국민대학교 응용화학부 교수로 재직 중인 바이오의약 분야 전문가다. GMP, QbD, 연속생산에 적용이 가능한 AI기반의 의약품 제형설계-제조공정설계 플랫폼 기술 개발 등 120여 건의 SCI논문과 특허를 비롯한 연구활동, 산업체 기술이전 10건의 실적으로 산업약학 발전에 기여하고 있다. 이같은 공로를 인정 받아 지난해 산업통상자원부 장관상과 대한약학회 약학기술인상에 이어 올해 한국제약바이오협회 협회장 표창을 수상했다.

©국민대 김주은 교수

글로벌 저성장 기조와 생산성 하락 속에서 국내 제조 및 생산 경쟁력 저하로 인해, 대한민국 원료의약품의 대부분을 수입에 의존하고 있어 국민건강에 관련된 국부가 유출되고 있는 실정이다. 전세계적으로 고부가가치를 창출하는 신성장동력이자 한국경제를 이끌 미래먹거리 산업으로 제약바이오산업이 주목받고 있지만 국내 의약품의 시장 경쟁력의 핵심인 가격 및 품질에 대한 경쟁력이 낮아지고 있어 제조혁신 등 첨단기술들을 통한 개선의 필요성이 대두되고 있다. 

일반적인 대형 공장 및 GMP공장에서는 매우 많은 수의 전문인력과 다양한 종류의 인력이 필요한게 현실이다. 특히 연구가능인력, 생산가능인력, 품질관리인력, 품질보증인력, 물류인력, 포장인력 등 대한민국 내 많은 전문인력이 필요한 상황임에도 불구하고 현재 대한민국은 저출산, 노령화, 지방인구감소, 학령인구 부족, R&D인력 감소, 대학원지원인력감소 등으로 전문인력수급이 쉽지 않은 상황이다. 국내 대부분의 제조업분야는 중국, 인도 등 저렴한 인건비와의 경쟁과 생산력 및 노동력 격차, 가격경쟁력에서의 고전, 국내 근로시간의 단축 규제 등으로 많은 기업들이 피로감을 호소하는 등 대한민국의 미래 국가 제조업 상황은 타 국가대비 녹록치 않은게 현실이다. 

이를 극복하기 위해선 전수 자동화 GMP공장이나 혁신형 지능형GMP공장 등 디지털전환이나 AI가 전문인력을 대체해 지능형 연계 연속생산제조가 가능한 첨단인공지능형 기술들이 요구된다. 특히 다품종소량생산에 적합한 국내 제약바이오환경에서는 공간을 극단적으로 줄이고, 실시간자동품질분석 등 모든 자동화 제조/생산/분석이 가능한 GMP공장 등 혁신적인 한국형 Pharma4.0 기술들과 성과물들이 요구되고 있는 실정이다.

미래유망 바이오혁신기술의 확보를 위해 선진국은 디지털·바이오 융합기술개발 관련 다양한 정책들을 수립해 지원하고 있다. 또 글로벌 제약바이오기업은 제조 및 생산플랫폼 확보 경쟁이 치열한 상황이다. 미국, 영국, 아일랜드 등 제약바이오 선진국들은 정부 차원에서 생산성 향상을 위해 NIIMBL, MMIC, SSPC 등 제조혁신센터를 마련하고 제조혁신 및 공정혁신 기술 확보를 위한 중장기 정책을 수립하는 등 선제적으로 지원하고 있다. 디지털 기반 의약품 제조혁신기술을 확보해 경제적 이익을 실현하기 위함이다.

우리나라는 최근 미래융합 바이오 신산업 발굴정책을 발표, 지원방안을 수립했고 R&D 투자를 통해 기초 기술역량은 축적했지만 이를 기반으로 한 제조 및 생산에 관련된 CMC부분 혁신은 저조한 수준이다.

이러한 의약품 제조 및 생산 부문의 기술혁신을 위해 요구되는 것이 디지털 전환 기반 의약품 제조혁신 관련 플랫폼 기술이다. 제조혁신은 기존 생산시스템의 한계를 극복해 비용 및 제조시간을 30~40% 이상 절감, 2배 이상의 수익개선이 가능한 기술을 의미하며, 보통 1~2주 소요되는 생산공정을 0.5~1일만 소요시켜 가격경쟁력과 품질경쟁력을 극대화시키는 혁신적인 제조생산기술이다.

이 플랫폼 기술은 신기술의 빠르고 유연한 대처와 도입이 가능하며, 경제적인 개발과 상용화를 위해 산학연 협동연구 및 투자의 형태로 시너지 효과를 창출할 수 있다. R&D 연구개발에 따른 위험부담을 최소화해 규제당국과의 인허가 협업을 통해 기존 국내 제약바이오의약품 R&D 분야의 미지원·미충족 영역을 지원하는 역할을 톡톡히 할 것으로 기대된다.

 

△대한민국 의약품 시장의 현실
현재 대한민국은 국내외 저성장 기조와 생산성 하락 속 제조·생산 경쟁력 저하로 인해, 의약품의 대부분을 수입에 의존해 국민건강에 관련된 국부가 유출되고 실정이다. 10년 전까지만 해도 40%에 육박했던 국내 원료의약품 자급율이 현재 약 11%밖에 되지 않고, 중국(37.5%), 인도(16.3%) 등 원료의약품이 대부분을 차지하고 있다. 
이는 수입의약품 원료의 가격이 국산대비 20~30% 저렴하기 때문이다. 
바이오의약품 산업은 전세계적으로 고부가가치를 창출하는 신성장동력이자 한국경제를 이끌 미래먹거리 산업으로 주목받고 있지만 국내 제약바이오의약품의 시장 경쟁력의 핵심인 가격 및 품질에 대한 경쟁력이 낮아지고 있어 제조혁신 등 개선의 필요성이 대두되고 있다. 
또한 제약바이오산업의 종합적인 설비효율은 10~60% 정도로 자동차(70~85%), 항공(50~70%), 컴퓨터(80~90%)에 비해 매우 낮다고 알려져 있다.

△위기에 대한 세계 각국의 노력
골디락스(Goldilocks)시대와 금융위기 이후 세계 경제는 2~3%대 성장이 지속되는 뉴노멀(The New Normal) 시대에 봉착하면서 전세계적으로 성장 동력 약화에 대한 우려가 확대되고 있다. 전세계적 저성장 기조와 생산성 하락 속에 신성장동력으로써 디지털 바이오 산업 분야의 급부상되고 있다. 
더욱이, 글로벌 총 생산성 증가율의 하락세가 지속되면서 글로벌 저성장 기조의 주요 원인으로 제기됨에 따라, 각국 정부는 글로벌화, 도시화, 인구구조 변화, 성장잠재력 약화, 기술의 변화, 제조 강국의 세대 교체 등의 대내외 환경 변화 대응하고 4차 산업혁명을 이끌 차세대 미래유망 바이오혁신기술 발굴 중이다. 
따라서, 산업경쟁력 제고를 통해 일자리 창출, 생산성 향상, 새로운 성장 동력 모색 등을 배경으로 이러한 노력들이 더욱 확대되면서 디지털전환 기반의 제조혁신을 포함한 4차 산업혁명이 더욱 가속화될 전망이다.
2017년 다보스 포럼에서 4차 산업혁명이 가져올 변화에 대비하기 위한 14개의 글로벌 시스템 이니셔티브(System Initiatives)중 하나로 건강과 헬스케어의 미래를 제시했는데, 이는 2050년까지 97억 명 인구에게 어떻게 건강한 삶과 헬스케어 서비스를 제공할 것인가를 고민하고, 고령화 등 인구 구조 변화에 대응하는 미래지향적 미래유망 바이오혁신기술의 도출이 제시돼야 하는 시점임을 강조하는 자리였다.
이에, 바이오산업은 4차 산업혁명을 이끌어갈 중요한 동력의 한축을 담당하고 있으며, 4차 산업시대가 추구하는 데이터 기반 초지능, 초연결이 가능한 분야와 바이오분야의 융합이 가장 확실한 성과를 나타낼 것으로 기대되고 있다.

△미국의 제조업 슬로건
조 바이든 미국 대통령은 지난 2021년 2월25일 반도체, 전기차배터리, 희토류, 의약품 등 4대 핵심 품목의 공급망 점검 지시를 행정명령에 서명했다. 
이는 코로나19 팬데믹 이후 의약품과 반도체 등 주요 품목의 공급부족 사태가 지속적으로 발생하면서 정부 차원의 대응 필요성에 의해 생겨난 현상으로 해석되고 있다.
미국은 2020년 코로나19 대응 과정에서 의약품을 비롯한 마스크, 해열제, 개인보호장비 등의 필수의약품, 의료용품에서 공급망 취약도가 노출됐고, 필수의약품 및 의료용품 수입이 급증하며 적자가 큰 폭으로 확대됐다.
바이든 대통령은 도널드 트럼프 전 정부의 ’관세 전쟁‘ 방식 대신 기술 경쟁을 통해 중국을 견제하고자 행정명령을 통해 구체화를 지시했다. 또 미국 내 제조업 부흥을 위해 내세운 ‘Made in all of America, by all of America’s workers’라는 공약을 본격적으로 추진해 제조업 관련 강화 메시지를 드러냈다. 
바이든 미국 정부의 이번 행정명령은 의약품을 포함한 제조업 부흥을 위한 핵심 4대 품목에서 중국 의존도를 낮추고 동맹을 통한 공급망 확대 및 강화 쪽으로 초점을 맞추고 있어 대한민국에 유리하게 작용할 수 있는 관측이 나오고 있다. 그리고 한국은행은 바이든 정부가 공급망 다변화와 자국 보호주의를 본격적으로 추진하는 가운데 글로벌 가치사슬을 재편하는 과정에서 우방국과의 협력을 적극 요구할 것으로 분석하고 있다.

△우리 정부의 R&D사업 현황
현재 우리 정부의 R&D사업은 제약바이오산업 중 신약타겟물질을 발굴하거나 기초원천기술을 지원하고, 비임상 또는 임상연구 관련 분야에 막대한 자금을 지원하고 있다.
반면 의약품 제조 및 생산관련 분야는 의약품의 제품화에 상당히 중요한 축에 해당되는 부분을 차지하고 있음에도 불구하고, 기업에서 담당하는 부분으로 인지해 정부의 연구지원이 매우 낮은 것이 현실이다.
산업통상자원부에서는 최근 제조업에 관련된 제조 및 생산분야, 인공지능분야, 디지털 제조혁신분야 등 기술혁신을 위한 R&D지원이 서서히 이뤄지고 있다.

△실질적인 대한민국 고마진 의약품 시장
2019년 인보사 사태와 같이 의약품의 생산 및 제조혁신과 관련된 CMC부분의 미흡으로 인한 이슈 및 허가상의 문제 등으로 CMC단계에서 충분히 해결할 수 있었던 문제임에도 생산 및 제조에 대한 중요성 미인지에 따라 발생된 사례에 속한다. 이러한 생산 및 제조에 관련되어 발생된 사례가 다수 존재하며, 실제 의약품이 제약바이오시장에 전달되는 부분과 직결되는 생산 및 제조관련 분야에 정부지원이 필요한 상황이나 일부 과제 수준의 지원 이외에는 의약품 생산고도화 및 제조혁신을 지원하는 별도의 정부 R&D사업은 전무한 상황이다.
정부에서는 생산과 제조는 기업체에서 해야하는 일로 선을 그어놓았다. 최근, 삼성바이오로직스, SK바이오사이언스, 녹십자 등 국내 CMO, CDMO 위탁생산업체는 코로나19로 인해 전세계 러브콜 받고 있고 위탁생산 시 마진률(영업이익률) 50% 이상의 고마진을 실현하고 있다. 아스트라제네카와 노바백신, 화이자의 코로나19 백신 자체 생산 비중이 각각 27%, 41%, 41%에 불과하기 때문에 나머지 물량은 한국 등 각국의 위탁생산기업이 대부분의 의약품 제조 및 생산을 차지하고 있다.

△선진국의 바이오R&D방향과 제조혁신센터 현황
미래유망 바이오혁신기술의 확보를 위해 선진국은 다양한 노력을 하고 있다. 디지털·바이오 융합기술개발을 강화를 위한 다양한 정책들을 수립해 지원하고 있고 글로벌기업은 제조 및 생산플랫폼 확보 경쟁이 치열한 상황이다.
미국, 영국, 아일랜드 등 제약바이오선진국들은 생산성 향상을 위해 NIIMBL, MMIC, SSPC 등 제조혁신센터를 마련하고, 제조혁신 및 공정혁신 기술 확보를 위한 중장기 정책을 수립해 지능형 제조혁신기술 확보를 통한 경제적 이익을 실현하기 위해 정부차원에서 선제적으로 지원하고 있다.
2017년부터 바이오의약품국가제조혁신센터(NIIMBL)를 운영하고 있는 미국은, 국내 의약품 산업 및 기술 경쟁력을 확보해 글로벌시장을 선점하는 데 목적을 두고 있다. 그리고 영국의 경우, 2021년부터 국립의약품제조센터(MMIC)를 운영하며, 신개념 의약품제조공정, 차세대의약품개발 가속화 및 구축 등을 통해 제약바이오 제조분야 혁신리더를 목표로 하고 있다. GSK, 아스트라제네카 그리고 대학을 중심으로 구성, 운영 중이다. 아일랜드는 2019년부터 세계최대규모 연구협력 제조혁신센터(SSPC)를 운영하며, 대학 중심의 세계적 제약바이오 허브를 구축했고 글로벌 10대 빅파마와 협업중이다. 이 센터는 연구개발 및 교육 통한 전문가 양성기능까지 포함하고 있다. 특히, 미국의 NIIMBL은 바이오 원료의약품, 완제의약품, 혁신제조공정, 연속제조공정 등의 사업을 확대해 제약바이오환경의 고도화 및 가속화에 집중하는 방향으로 미국 뿐만 아니라 세계시장을 선도하고 있다.

©국민대 김주은 교수