로봇 중화 창체 시스템 / 사진. ABB
단일 테스트로 코로나19 변종으로부터의 안전성이 확인된다면 어떨까. ABB 로보틱스와 UTMB(University of Taexs Medical Branch)가 협력해 개발한 혁신적인 로봇 중화 항체 시스템은 매일 수백 개의 테스트를 수행할 수 있으며 결과로 얻은 데이터를 사용해 바이러스의 다양한 변종에 대한 개인의 면역력을 비교·분석 및 평가하는 데에 활용하고 있다.
코로나19의 확산에 맞서고 있는 연구자들의 핵심 과제는 지속적인 돌연변이의 출연에 따른 대처 여부이다. 백신 프로그램이 전 세계 많은 국가에서 시행되고 있지만, 돌연변이 바이러스는 현재 단일 백신이 모든 변종에 대한 보호를 제공하지 않고 있다. 결과적으로, 백신을 한 번 이상 접종한 사람들도 완전히 보호받지 못하고 있으며, 백신을 전혀 접종하지 않은 사람들은 잠재적으로 어떤 종류의 바이러스에도 취약한 문제를 안고 있다.
“코로나19에 대한 초기 예방 접종은 바이러스의 유전 정보를 사용해 개발됐다”라고 설명한 UTMB 병리학과 마이클 라포사타 교수 겸 이사장은 “해당 백신 접종이 처음에는 바이러스를 억제하는 데 효과가 있었지만, 이후의 돌연변이는 그 효과를 떨어뜨리고 여전히 사람들을 병에 걸리게 할 수 있는 다양한 변형을 초래했다”라고 말했다.
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이에 대응하기 위해, 연구원들은 개인이 하나 이상의 바이러스 변종에 대해 보호할 수 있는 적절한 항체를 가지고 있는지 여부를 신속하게 평가할 수 있도록 테스트 장비를 개발하고자 노력했다.
로봇 솔루션으로 체계성 확보
중화 항체 검사는 환자가 SARS-CoV-2 스파이크 단백질로부터 혈액 세포를 보호하기 위해 올바른 중화 항체를 보유했는지 여부를 감지한다. 현재까지 항체검사를 중화하는 수동적 방식은 하루에 15번 정도의 비율로 검사가 진행되고 24시간 안에 결과를 얻을 수 있을 정도로 속도가 더뎠다. 시험 중 감염의 위험성 또한 생물학적 안전 수준 3(BSL3)으로 보호된 전문 실험실에서 시험을 수행해야 했다.
자동 중화 항체 시스템에 가장 효과적인 작업 개념을 적용하기 위해 ABB 로보틱스는 RobotStudio 오프라인 프로그래밍 소프트웨어를 사용해 실험 장비와 로봇 위치의 다양한 조합을 모델링하고 지속적으로 테스트해 하나의 플랫폼을 개발했다.
로봇 솔루션은 ABB IRB 1200 산업용 로봇에 그리퍼가 장착된 2개의 응용 셀과 로봇 컨트롤러 및 다양한 실험실 장치를 포함한 추가 장비로 구성된다. 두 개의 프로토콜은 모든 샘플 처리, 혼합 및 테스트를 포함된 환경에서 수행하므로 실험실 직원이 잠재적으로 감염 가능성이 있는 물질과 접촉할 필요가 없다. 이 결과로 작업 시스템은 시작부터 운영까지 단 18개월 만에 생산돼 프로젝트에 필요한 시간을 크게 단축시켰다.
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ABB 로보틱스의 관리이사인 다니엘 나바로는 “이 프로젝트는 로봇이 관련 연구원들을 위해 작업을 더 안전하게 하면서 속도와 효율성을 향상시킬 수 있는 방법을 보여주는 레퍼런스”라며 “ABB는 UTMB와 긴밀히 협력해 생물학에 기반한 연구소에 자동화 및 소프트웨어 전문 지식을 결합함으로써 코로나19 팬데믹에 대응하는 자동화 로봇 솔루션을 개발 및 구축할 수 있었다”라고 전했다.
테스트 속도 대폭 단축
자동 중화 항체 검사의 목적은 다른 감염과 교차 반응하지 않고 SARS-CoV-2 중화 항체를 구체적으로 감지하는 것이며, 이 검사를 코로나19 혈청 검사의 표준으로 만드는 것이 핵심이다. 결과 데이터는 검사 대상자와 연구자 모두가 백신이나 감염으로부터 면역을 더 잘 이해하기 위해 사용될 계획이며 또한 바이러스가 창궐한 지역을 피하는 것과 같이 추가 감염의 위험을 최소화하는 방법에 대한 지역 정책 입안자들의 결정에도 기여할 방침이다.
로봇이 적용됨으로써 연구원들은 항체 테스트의 중화 속도를 변화시키는 동시에 감염 위험을 최소화할 수 있게 됐다. 현재 하루에 400~500개의 테스트를 진행하는 해당 로봇 시스템은 필요한 경우, 최대 1,000개의 테스트까지 확장할 수 있다. 고도로 훈련된 직원 기반의 수동 실험 테스트와 달리, 자동화된 로봇 시스템은 샘플링 시스템이 로드됐는지 확인하고 셀을 감독하기 위해 한 사람만 있으면 되기 때문에 효율적인 인력 배치도 가능할 전망이다.
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UTMB의 마이클 라포사타 박사는 “매일 검사하는 비율을 확대하는 것은 개별 면역 프로파일을 평가하고 백신 프로그램을 구축하는 항체 데이터를 중화하고 새롭게 형성하는 데에 효과적”이라고 언급했다.
프로젝트에 투입된 ABB 로봇은 향후 코로나19 바이러스를 대처하는 데에 그치지 않고 자동화된 시스템은 다른 유형의 바이러스 테스트에도 사용될 수 있다는 점에서 활용성이 더욱 제고될 전망이다.
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ABB 로보틱스 다니엘 나바로 관리이사는 “안전한 환경에서 대량 테스트를 수행할 수 있는 세포의 능력은 사실상 모든 유형의 바이러스에 사용될 수 있다는 것을 의미한다”라며 “ABB는 관련 바이러스 테스트 이외에도 다양한 생물학과 화학 산업에 자사에 요구되는 로봇 솔루션을 지속 도입하고, 더욱 재료 처리 프로세스를 자동화해 이러한 문제 해결에 앞장설 것”이라고 전했다.
