바이오의약품 분석의 진화_Intact Protein Quantification과 Hybrid LBA-MS Approach의 부상

 

1. 바이오의약품 분석의 전환점: 복잡성과 정밀성 사이

바이오의약품 시대가 본격화되면서, 분석 과학자들은 그 어느 때보다 정밀성과 적합성의 균형을 요구받고 있습니다. 전통적인 ELISA 기반의 면역분석법과 LC-MS/MS 기반의 펩타이드 정량법은 각자의 장점과 한계를 지니고 있으며, 특히 최근에는 복합제형, ADC (Antibody-Drug Conjugates), bispecific antibodies, gene therapy vectors 등 다양한 신규 바이오 플랫폼의 등장으로 인해 보다 고도화된 분석 전략이 필요해졌습니다.

이러한 흐름 속에서 Intact Protein Quantification과 Hybrid LBA-MS Approach는 단순히 새로운 기법이라기보다, 현실적인 분석 한계를 극복하려는 진화의 결과물이라 할 수 있습니다. 본 포스트에서는 이 두 가지 접근법의 기술적 배경, 실제 적용 가능성, 규제기관의 수용성, 그리고 향후 전망까지 심층적으로 탐색하고자 합니다.

바이오의약품 분석의 진화_Intact Protein Quantification과 Hybrid LBA-MS Approach의 부상

---

2. Intact Protein Quantification: 단백질 본연의 모습 그대로

2.1. 기존 Bottom-up 방식의 한계

LC-MS/MS 기반 바이오의약품 정량 분석은 일반적으로 단백질 소화 후의 signature peptide를 정량하는 bottom-up 방식이 주류였습니다. 하지만 이 방식은 다음과 같은 한계를 가집니다:

• 소화 효율 변동성: trypsin 효소 효율의 일관성 확보가 어렵고, matrix 내 효소 저해물질 존재 가능
• 부분적 정보 제공: 단백질 전체 상태가 아닌 단편적 조각(peptide)만 분석
• Glycosylation, truncation 등의 변형 정보 누락 가능

2.2. Intact Protein Quantification의 정의와 장점

Intact protein quantification은 말 그대로 단백질을 소화하지 않고 그대로의 상태로 LC-MS 분석하는 방식을 말합니다. 이 방법은 다음과 같은 강점을 가집니다:

• 단백질 전반의 구조적 무결성 유지
• Post-translational modification (PTM), glycosylation pattern, truncation 등 확인 가능
• DAR (Drug-to-Antibody Ratio)와 같은 전체 특성 파악에 유리
• Peptide 선택 문제, 소화 효율 검증 불필요

2.3. 주요 기술 요소

• High-resolution MS: Q-TOF, Orbitrap 등 정밀한 질량 분석 가능
• Deconvolution algorithm: 단백질 질량 스펙트럼의 해석을 위한 필수 도구
• Native MS or denaturing MS 조건 선택: 구조 보존 여부에 따라 결정

2.4. 실제 적용 사례

• Trastuzumab의 Total Antibody 정량
• ADC의 DAR 계산 및 Batch Consistency 검증
• Biosimilar 개발 시 구조 동일성 확인

---

3. Hybrid LBA-MS Approach: 면역분석과 질량분석의 융합

3.1. 분석 패러다임의 융합

ELISA는 항체-항원 결합의 특이성과 높은 민감도라는 장점을 가지며, LC-MS는 정량 정확성과 다중 성분 분석에 뛰어난 장점을 갖습니다. Hybrid LBA-MS는 이 두 가지 방법의 장점을 융합한 방식으로:

LBA (Ligand Binding Assay)를 통해 특이적인 타겟 포집(enrichment) 후,
LC-MS/MS로 signature peptide 또는 intact protein을 정량

하는 전략입니다.

3.2. 구성 요소

• Capture antibody: Target molecule에 특이적인 결합자
• Bead-based 또는 plate-based 포집 플랫폼
• 소화(선택적) 또는 intact 상태 분석
• Internal standard (stable isotope peptide or protein)

3.3. 장점

• 높은 selectivity 확보: endogenous protein과 구분 가능
• 백그라운드 noise 감소
• 높은 throughput 가능 (automated immunocapture 가능)
• ELISA가 불가능한 초기 개발 단계에도 적용 가능

3.4. 실제 응용 사례

• Trastuzumab 및 Rituximab의 Hybrid LBA-MS 분석
• ADC payload 분석에서 LBA-MS로 total conjugated drug 정량
• PEGylated proteins 또는 fusion proteins 분석 시 우수한 성능

---

4. FDA 및 EMA의 입장과 규제 수용성

4.1. FDA 가이드라인의 진화

FDA는 최근 바이오의약품 분석에 있어 기존 ELISA만을 고집하지 않으며, LC-MS 기반의 method 또는 hybrid method를 공식 가이드라인에서 점점 더 인정하는 방향으로 변화하고 있습니다.

• “Alternative bioanalytical methods (e.g., LC-MS/MS) may be acceptable with proper validation.”
• DAR 분석, Total Ab, free drug 모두 LC-MS 기반 방법 허용
• Hybrid assay에 대해 LOD, LOQ, selectivity, matrix effect, carry-over 등 기준 적용

4.2. EMA의 접근

EMA 또한 Hybrid LBA-MS에 대해 전통적인 LBA 방식의 한계를 보완하는 대안으로 평가하고 있으며, 특히 고분자 의약품의 이질성을 고려해 분석법 간 비교 검증을 권장하고 있습니다.

---

5. 도입 시 고려사항

5.1. Method 개발 난이도

• Intact protein 분석은 고분해능 MS 장비, deconvolution 알고리즘, 시료 처리 표준화 등 고도화된 기술이 요구됨
• Hybrid LBA-MS는 capture antibody 개발이 선행되어야 하며, 비특이적 결합 방지를 위한 blocking 조건 최적화 필요

5.2. 밸리데이션 요소

• Selectivity, accuracy, recovery, precision 외에도
• Antibody affinity 변화, lot-to-lot variability, protein aggregation 가능성 등을 검토

 

---

6. 결론 – 진화하는 분석의 패러다임

바이오의약품 분석은 이제 단일 분석법 선택이 아닌, 상황에 맞는 전략적 접근이 요구되는 시대입니다. 다음은 정리입니다:

항목	Bottom-up LC-MS	Intact LC-MS	Hybrid LBA-MS
구조정보 제공	제한적	광범위	제한적
분석 민감도	보통	낮음	높음
분석 정확도	높음	높음	높음
전처리 복잡도	높음	매우 높음	보통
규제기관 수용성	증가 중	제한적	적극 수용 중

 

특히, ADC나 bispecific antibody, PEGylated biologics 등 복잡한 분자 구조를 지닌 신약들이 증가하면서 hybrid 방식과 intact 분석법은 앞으로 더 많은 허가 문서에서 그 존재감을 드러낼 것으로 보입니다.