제약 분야의 수분 활성도 USP 922 기준

왜 수분 활성도인가?

수분 활성도는 시스템 내의 총 수분량을 측정하는 것이 아니라, 그 중 얼마나 많은 수분이 결합되지 않은 상태로 존재하여 다른 물질과 자유롭게 반응할 수 있는지를 측정합니다.

처음에는 그 중요성이 미미해 보일 수 있습니다. 하지만 실제 적용에 있어서는 그 영향이 상당합니다. 수분 활성도는 미생물 증식, API 분해, 제품 안정성, 용출 속도에 명확하고 직접적인 영향을 미칩니다. 또한 수분 활성도는 일반적으로 시간과 전문 지식이 더 많이 소요되는 다른 분석 측정법보다 이러한 요인들을 파악하는 데 있어 더 접근하기 쉽고 직접적인 방법입니다.

새로운 규정은 수분 활성도의 다용도성을 인정하고 있다

More than a decade ago, the USP introduced General Chapter <1112>, the pharmaceutical industry’s first significant approval of water activity. The chapter describes water activity as an aid to:

• 미생물 한도 시험 및 유해 미생물 선별 검사의 빈도를 줄일 수 있는 근거를 제시하는 도구
• 방부제 시스템의 항균 효과를 높이기 위한 제품 제형 최적화
• 화학적 가수분해에 취약한 제품 제형 내 유효 성분의 분해를 억제
• 제제(특히 액체, 연고, 로션 및 크림)의 미생물 오염에 대한 취약성 감소

이 장에서는 또한 AOAC International의 ‘공식 분석법(Official Methods of Analysis)’에 수분 활성도를 측정하는 여러 가지 방법이 언급되어 있다.

USP의 수분 활성도 인정을 뒷받침하기 위해, ICH는 Q1A, Q6A 및 관련 의사결정 트리에 수분 활성도 사용을 뒷받침하는 추가 정보를 명시했다.

시간이 지남에 따라 수용도가 높아졌으며, 이에 따라 수분 활성도가 미생물 검사에서 상당한 시간을 절약해 줄 뿐만 아니라, 품질 검사, 연구개발(R&D) 및 기타 분야에서도 수익성 있는 응용 가능성이 그만큼 크다는 사실이 인식되기 시작했다.

More recently, USP has introduced two more water activity-related chapters – USP <795> and a draft of <922>. The former focuses on microbial growth and preservative efficacy, while the latter “is intended to provide guidance for performing measurements of water activity,” and will “specify methods for qualification of instruments, calibration of instruments, methods for performing water activity measurements, and reporting of results.”

새로운 기술이 받아들여지고, 새로운 응용 분야가 발견되다

Technological innovation hasn’t slowed its pace since the introduction of USP <1112>, and water activity instruments have seen the benefits. Significant advances have been made – both adding new methods for measurement and improving existing ones.

이러한 발전 중 하나는 가변 파장 다이오드 레이저(TDL)의 도입입니다. 분자 수준에서 물의 특성을 분리해 낼 수 있는 TDL을 통해 재료 과학자들은 이전에는 분석이 불가능했던 휘발성이 매우 높은 물질들을 신속하고 직접적으로 측정할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 연구자들은 이론적 데이터 사용과 관련된 위험 없이 더 다양한 물질을 활용하여 수화물 형성 및 활성 제약 성분(API)의 안정성을 테스트할 수 있게 되었습니다.

다른 신형 기기들은 머신러닝과 AI 기술을 적용해 측정 결과를 훨씬 더 빠르게 제공합니다. 기존 기기들이 20분 이상 걸리던 데 비해, 최신 기기들은 1분 남짓한 시간 만에 정확한 측정값을 산출합니다. 반복적인 측정이 필요한 분야에서는 이러한 시간 단축 효과가 매우 큽니다.

미생물 위험을 줄이고 원료의약품(API) 안정성 연구를 가속화하는 것을 넘어, 수분 활성도는 현재 부형제의 효능을 극대화하고, 포장재를 개발 및 평가하며, 이상적인 정제 경도를 달성하고, 용출 속도에 영향을 미치는 등 다양한 목적으로 활용되고 있습니다.

칼 피셔법 및 기타 방법 대체

수분 활성도의 활용 분야가 확대됨에 따라, 일부는 기존에 확립된 측정 방법과 중복되는 현상이 나타나고 있습니다. 종종 교육 및 검증에 드는 비용이 수분 활성도의 새로운 역할로의 도입을 가로막기도 하지만, 장기적으로 볼 때 수분 활성도가 제공하는 속도, 정확성 및 유용성은 상당한 성과를 가져다줍니다.

칼 피셔 적정법을 대체하는 것이 가장 대표적인 사례이지만, 어쩌면 가장 오해받고 있는 부분이기도 합니다. 과학적 연구 결과에 따르면, 수분 활성도는 칼 피셔 수분 함량보다 제품 안전성과 안정성을 예측하는 데 훨씬 더 유용한 지표로 나타났습니다. 그럼에도 불구하고 오해는 계속되고 있는데, 이는 수분 함량과 수분 활성도 사이의 관계가 직관적이지 않을 수 있기 때문일 것입니다.

전체 수분 함량이 높은 제품은 수분 활성도가 매우 낮을 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 이는 화학적 및 생물학적 반응 속도를 결정하는 핵심 요인입니다.

수분 활성도는 칼 피셔 분석법과 동일한 정보를 제공하지는 않지만, 더 유용한 정보를 제공합니다. 측정 결과는 서로 다르게 보일 수 있으나, 일단 그 원리를 이해하면 미생물학적 안전성, 화학적 안정성 및 물리적 특성과의 상관관계를 더 잘 파악할 수 있습니다. 뿐만 아니라, 수분 활성도 측정기는 일반적으로 별도의 전문적인 교육이 필요하지 않으며, 측정 과정에서 실수가 발생할 가능성도 상대적으로 적습니다.

수분 활성도가 HPLC나 GC와 같은 다른 측정 방법과는 다소 다른 특성을 보이지만, 교육이 덜 필요하고, 결과가 더 빨리 나오며, 측정 방식이 더 직접적이며, 기기 오용의 위험이 적고, 위험한 화학 물질을 사용할 필요가 없다는 점 등 많은 장점은 동일하게 적용됩니다.

새로운 응용 분야의 가능성

수분 활성도는 단순히 규제 기준을 충족하기 위한 도구를 넘어선 의미를 지닙니다. 지난 몇 년간, 이는 전 세계 주요 제약사들에서 혁신을 주도하고, 과학적 생산성을 높이며, 신약 개발 기간을 단축하는 데 기여해 왔으며, 앞으로 발견될 수 있는 응용 분야는 훨씬 더 많습니다.

관련 참고 자료

에니글, 데이빈 C., 켄트 M. 소렐스. “수분 활도와 자가 보존 제형.” 《화장품 과학 및 기술 시리즈》(1997): 45-74.

Friedel, R. R. “비멸균 의약품 제조에 사용되는 원료의 미생물학적 특성 시험에 수분 활성도 측정을 적용한 연구.” 『Pharmacopeial forum』, 제25권, 제5호, 8974-8981쪽. 미국약전위원회(United States Pharmacopeial Convention), 1999. 논문 링크.

Heidemann, D. R., 및 P. J. Jarosz. “고형 제형에서의 흡수 관련 제형 전 연구.” Pharmaceutical Research 8권 3호 (1991): 292-97. 논문 링크.

파더, 모턴. 《구강 위생 제품과 관리법》. 데커, 1988. 도서 링크.

Pader, M. “구강 관리 제품 속의 글리세린.” 《화장품 과학 및 기술》 제11권 (1991): 381-393. 논문 링크.

‍