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의약품 제조 시설의 소독 프로그램 설계 방법

견고한(Robust) 소독 프로그램의 개발, 밸리데이션 및 구현은 우수 의약품 제조 및 품질관리 기준(GMP)의 핵심 구성 요소다. James Polarine, Matt Hofacre, Tony Cundell이 소독 프로그램 수립 시 수행해야 할 필수 요건들을 설명한다.

본 기사는 소독제 밸리데이션 및 효능 시험을 포함한 필수 요소들을 개괄적으로 다루며, 이를 위해 관련 규제 요구사항, 산업 표준 및 최신 모범 사례를 살펴본다.

규제 배경 (Regulatory background)

미국의 경우, 의약품 제조 시설의 청소 및 소독은 US CGMP(21 CFR 211), EU GMP Annex 1(2022) 및 산업 지침(USP <1072>, IEST RP 18.5)의 규제를 받는다. 이러한 규정들은 무균 구역을 위한 밸리데이션된 방법론과 실제 가동 조건 하의 현장 시험(In situ field trials)의 중요성을 강조한다.

2022년 개정된 EU GMP Annex 1은 소독 및 바이오 오염제거(Bio-decontamination) 요건을 더욱 상세히 기술하고 있다. 특히 아이솔레이터(Isolators) 및 제한 접근 장벽 시스템(RABS)과 같은 장벽 시스템에 대한 밸리데이션된 오염제거 방법뿐만 아니라, 클린룸의 철저한 청소와 소독을 핵심 사항으로 다룬다.

미국 약전(USP) <1072> 및 환경 과학 기술 연구소(IEST) RP 18.5와 같은 산업 지침은 소독제 효능 시험의 설계와 밸리데이션에 관한 구체적인 가이드를 제공한다. 이 지침들은 실제 가동 환경에서 소독 프로그램의 유효성을 보장하기 위해 실제 조건 하의 현장 시험(In situ) 실시를 권고한다. 그렇다면 효과적인 청소 및 소독 밸리데이션 프로그램의 토대가 되는 구체적인 표준과 지침은 무엇인가? 표 1에 해당 표준들의 주요 영역을 요약하였다.

표 1: 청소 및 소독 밸리데이션 프로그램 관련 표준 및 지침 요약

세정제, 소독제 및 살포자제(Sporicidal agents)의 선택

청소 (Cleaning)

청정구역 및 중요 환경에서 세정제는 주기적인 잔류물 제거를 위해 사용되거나, 제품 유출 또는 시설 공사 등 최악의 상황(Worst-case) 발생 이후 클린룸을 다시 가동하기에 적합한 상태로 회복시키기 위해 사용된다. 현재 시판되는 소독제 중 상당수는 미국 환경보호청(EPA)에 등록된 '세정 및 소독 일체형(One-step cleaner/disinfectant)' 제형이다.

일반적으로 클린룸에서는 주기적인 잔류물 제거 또는 심각한 오염 발생 후 입자 제거를 목적으로 중성 또는 산성 세정제를 사용한다. 이중 또는 삼중 버킷 시스템과 폴리에스테르/마이크로파이버 몹(Mop)을 이용해 세정제를 도포한 후에는, 주사용수(WFI)로 헹굼(Rinse) 단계를 거치는 것이 모범 사례로 간주된다.

소독 (Disinfection)

전 세계 의약품 및 의료기기 제조시설에서 가장 널리 사용되는 소독제는 4급 암모늄(Quats)계와 페놀계(Phenolics)다. 4급 암모늄은 우수한 세정력과 탈취 능력을 갖춘 것으로 알려져 있으며, 페놀계는 마이코박테리움(Mycobacterium) 등 특정 미생물에 대해 4급 암모늄보다 상대적으로 높은 사멸 성능을 나타낸다.

화학 소독제는 각기 다른 기전으로 미생물을 공격한다. 예를 들어, 극단적인 pH 값 자체가 특정 미생물에 적대적인 환경을 조성하기도 하며, 특정 활성 성분(예: 벤잘코늄 클로라이드 등)이 세포 원형질이나 표면에 직접 작용하기도 한다. 즉, 모든 소독제가 모든 미생물에 대해 동일한 효과를 나타내는 것은 아니다.

또한 미생물마다 세포 구조의 민감도가 다르다. 영양세균(Vegetative bacterium)과 세균 포자(Bacterial spore) 사이에는 내성의 차이가 뚜렷하며, 심지어 동일 종의 균주 간에도 민감도 차이가 존재할 수 있다.

따라서 소독제는 해당 시설에서 빈번하게 검출되는 환경 분리 균주(Environmental isolates)에 대한 사멸 성능을 근거로 선택해야 한다. 또한 광범위한 살균 스펙트럼을 확보하기 위해 일상적 소독제, 살포자제, 알코올 등 두 종류 이상의 제품을 프로그램에 포함시켜야 한다.

살포자제 (Sporicidal agent)

내성이 강한 곰팡이 및 세균 포자를 제어하기 위해 일상적 소독제와 살포자제를 주기적으로 교체(Rotation)하여 사용해야 한다. 살포자제 적용 빈도는 환경 모니터링(EM) 데이터와 포자 형성 균주의 검출 빈도에 근거하여 결정한다. 주요 살포자제 성분으로는 차아염소산나트륨, 과산화수소/과초산 혼합물 등이 있다.

장기간 소독제 사용으로 축적된 잔류물을 제거하기 위해 주기적인 헹굼이 필요하다. 시각적 관찰 결과에 따라 WFI를 이용한 습식 모핑을 분기, 월, 주 단위로 실시하며, 무거운 잔류물 제거에는 세정제를 활용할 수 있다. 유리나 스테인리스강 표면은 70% 이소프로판올(IPA)로 닦아 관리한다.

소독제 제조업체의 시험 및 등록

미국 내 소독제 제조업체는 EPA의 규제를 받으며, EPA는 제품의 효능, 안전성, 사용 및 폐기 전반을 관리한다. EPA의 효능 시험은 AOAC International 지침의 방법론을 따른다.

살균제(Sanitisers)로서 인정받을 수 있는 클레임은 '식품 등급 살균제'와 '비식품 등급 살균제'의 두 가지 범주가 있다. 소독제(Disinfectants)의 경우 세 가지 범주의 클레임이 존재하며, 미국에서 가장 흔히 활용되는 것은 '의료 등급 소독제(Healthcare grade disinfectant)'다. 또한 EPA Series 810 제품 성능 테스트 가이드라인에는 멸균제(Sterilants) 및 경질 표면 살포자제(Hard surface sporicides) 범주도 포함되어 있으며, 매우 엄격한 테스트를 요구한다.

소독제 제조업체가 채택하는 EPA 테스트는 기술적으로 민감한 시험으로, 미국 내 제품 등록을 위해 반드시 필요하다. 그러나 이 테스트 결과가 클린룸에서 소독제가 실제로 어떻게 사용될지를 나타내지는 않는다. 본질적으로 실험실 연구(Lab studies)는 최악의 조건(Worst-case)을 고려하는 현장 연구(Field studies)와는 차이가 있기 때문이다.

따라서 의약품 및 의료기기 산업의 규제 기관(FDA, MHRA, ANVISA, 식약처 등)을 만족시키기 위해, 특정 클린룸 표면 재질에 대한 효능을 평가하고 시설 내 분리 균주를 활용한 시뮬레이션을 수행하는 '소독제 표면 시험(Coupon studies)'이 필수적이다. 표면 시험은 설정된 접촉 시간(예: 10분) 내에 곰팡이 및 세균 포자에 대해 2-log 감소, 영양세균에 대해 3-log 감소를 목표로 한다. 이와 대조적으로, EPA 테스트는 많은 경우 10분 내에 소독제 및 살포자제 시험에 대해 5~6 log 감소를, 바이러스 사멸 시험에 대해 3 log 감소를 요구한다.

GMP 제조 시설 내 구역별 청소 및 소독 빈도는 해당 위치, 장비 및 인원의 이동 빈도, 환경 모니터링(EM) 데이터, 그리고 해당 실의 ISO 등급에 따라 결정된다. 이러한 빈도는 월 단위에서 일 단위까지 다양할 수 있다. 특히 소독제를 도포하기 전, 오염물(Grime)과 제품 잔류물을 제거하기 위한 선행 청소 단계가 소독 효능 확보에 결정적이라는 점을 반드시 강조해야 한다.

실험실 연구의 한계 및 실제 환경과의 차이

로베르트 코흐(Robert Koch)는 19세기에 이미 살균(Bactericidal) 및 정균(Bacteriostatic) 활성을 구분하였다. 그는 사멸율(Log 감소)을 과대평가하지 않도록 평판 배양(Plating) 전에 소독제를 중화하는 것이 필수적이라고 지적했다. 클린룸을 위한 현대적 지침은 이러한 기초 위에 구축되었다. 실험실 연구의 목적은 대표적인 클린룸 표면 재질(쿠폰)에서 다양한 유형의 미생물에 대한 log 감소 결정을 기반으로, 클린룸 및 관리 구역에서 사용할 소독제를 선별하고 적격을 부여하는 것이다. (일반적인 클린룸 표면 목록은 USP <1072>를 참조하라.)

이러한 실험실 연구는 통상 무균 공정 구역에서 사용되는 재질 표면에 고농도로 배양된 시험 균주를 접종하는 과정을 포함한다. 접종액을 건조시킨 후, 약 5~10분간 소독제로 처리하여 해당 제제가 미생물 부하(Microbial load)를 얼마나 효과적으로 감소시키는지 측정한다. 이처럼 조건이 통제된 시험은 가치가 있으나, 실제 클린룸 현장에서의 전체 규모 적용 상황을 완벽히 **재현(Replicate)**하는 데에는 다음과 같은 이유로 한계가 있다.

•    균 농도의 차이: 시험에 사용되는 고농도 균수는 실제 클린룸 내에 매우 낮은 밀도로 무작위 분포하는 미생물 총(Microbial population)의 상태를 제대로 반영하지 못한다.

•    물리적 작용의 누락: 실험실 시험은 실제 현장에서 이루어지는 몹(Mop)을 이용한 도포와 건조 과정, 그리고 소독제와 미생물을 표면에서 닦아내는 물리적 제거 과정을 충분히 시뮬레이션하지 못한다.

•    부착 형태의 차이: 실험실 환경은 실제 표면에서 미생물이 분포하는 방식이나 바이오필름(Biofilm) 형태로 표면에 고착될 가능성을 정확히 구현하기 어렵다.

•    접촉 시간의 불일치: 시험 표준인 10분의 접촉 시간은 실제 작업 현장에서 소독제가 표면에 젖어 있는 실제 시간(In-use contact time)과 차이가 있을 수 있다.

•    기준의 임의성: 영양세균 및 포자류에 적용되는 Log 감소 적격성 판정 기준은 과학적 절대치라기보다 통상적인 경험치(Empirical)에 기반한 것이다.

실험실 연구에 관한 현재의 논의는 다음과 같은 사항에 집중되어 있다: 습식 접촉 시간(접촉 시간 동안 표면이 마르도록 두어야 하는가, 아니면 다시 적셔야 하는가?), Log 감소 기준(표면 시험 연구에서 어떤 수준의 log 감소를 수용할 것인가?), 이전 연구 참조(노력의 중복을 줄이기 위해 이미 발표된 연구 자료를 참조할 수 있는가?). 위 사항들은 현재 업계에서 활발히 논의 중이며, 저자들은 이러한 주제들에 대해 향후 더 많은 지침이 개발될 것으로 예상한다. USP <1072>는 미국 내 공식적인 소독제 테스트 방법이 AOAC International에 의해 정의되어 있으며, EPA 등록을 위해 GLP 표준을 따라야 한다고 설명한다. 제약 환경에서의 효능을 입증하기 위해서는 실제 성능을 밸리데이션하기 위해 사용 희석(Use-dilution), 표면 챌린지 및 미생물 수의 통계적 비교와 같은 추가 테스트가 종종 요구된다.

소독 밸리데이션(Validation) 단계

1.    시험 균주 및 표면 재질 선택: 시설 내 환경 분리 균주 및 대표적인 클린룸 구축 재질을 선택한다.

2.    쿠폰 준비: 대표 재질의 쿠폰을 제작 및 세척한다. (계수를 위해 볼텍싱이 용이한 소형 쿠폰 권장)

3.    균 접종: 적절한 농도의 시험 미생물을 쿠폰에 접종한다.

4.    건조: 층류 작업대(Laminar flow hood) 내에서 건조시킨다.

5.    소독제 도포: 설정된 농도의 소독제를 도포한다.

6.    접촉 시간 유지: 설정된 시간 동안 층류 작업대 내에 보관한다.

7.    회수 및 계수: 중화제가 포함된 희석액 튜브에서 쿠폰을 볼텍싱하여 미생물을 회수한다.

8.    배양: 중화 용액을 적절한 농도로 희석하여 평판 배양한다.

9.    결과 평가: Log 감소 수치를 계산하여 USP <1072> 판정 기준(포자 2-log, 영양세균 3-log 감소) 부합 여부를 확인한다. (필요 시 바이러스 시험 포함)

새로운 클린룸 시설은 환경 모니터링 데이터가 없으므로 ATCC(American Type Culture Collection) 미생물 및 일반적인 표면 재질을 사용한 참조 균주 데이터만 보유하게 된다. 소독제 제조업체는 제품 등록 시험 외에도 이러한 유형의 참조 데이터를 생성할 수 있다. 신규 시설의 경우, ATCC 미생물을 사용한 소독제 제조업체의 표면 시험 연구를 참조하는 것도 하나의 선택지가 될 수 있다. 신규 시설이 표면 시험에 적합한 환경 분리 균주를 결정하는 데는 6~12개월이 소요될 수 있으며, 이 기간 동안 소독제 현장 시험을 병행할 수 있다.

장비 및 표준 작업 절차(SOP)

사용되는 소독제 또는 살포자제는 메스실린더나 단위 용량 패킷을 사용하여 주사용수(WFI)로 정확하게 희석되어야 한다. 가장 일반적인 도포 방법은 이중 버킷 및 삼중 버킷 청소 및 소독 시스템이다. 무균 공정 구역을 포함한 클린룸의 청소 및 소독을 위해 와이프(Wipes) 및 액이 함침된 와이프(Impregnated wipes)도 자주 사용된다.

•    닦기 방법(Strokes): 단방향 스트로크는 10~20%씩 겹쳐야 하며, 벽은 상단에서 하단으로, 바닥은 벽에서 통로(Aisle) 방향으로 '당겨서 들어올리는(Pull-lift)' 방식을 적용한다.

•    8자형 도포: 플랫 헤드 몹을 사용할 때는 '변형된 8자(Modified figure 8)' 방식으로 닦는 것이 일반적이다.

오늘날 업계에서는 계약 청소 및 소독 업체를 활용하는 경우가 흔하며, 이러한 작업은 주로 2교대 또는 3교대 근무 시간에 이루어진다. 또한 임시 인력의 높은 이직률은 청소 품질에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 표준 작업 절차(SOP)가 준수되고 있는지 확인하기 위해 정기적인 교육과 감사가 반드시 실시되어야 한다.

챌린지 미생물의 선택

표면 시험을 위해 선택되는 미생물은 일반적으로 검출 빈도, 최악 조건(Worst-case)의 특성, 그리고 무균 공정 구역(APA) 내 무균 제조 시설과의 근접성을 기반으로 한다. 전형적인 미생물에는 그람 음성 및 그람 양성 영양세균, 효모 및 곰팡이, 그리고 그람 양성 포자 형성 세균이 포함될 수 있다. 위험 평가(Risk assessment) 시에는 미생물 선택을 위한 위험 점수 산정을 고려해야 한다. 일반적으로 표면 시험을 수행할 때는 영양세균 1~2종, 곰팡이 1~2종, 그리고 효모 1종과 세균 포자 1종을 테스트할 수 있다.

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