생산기술硏 연구팀 3년 연구 끝 개발, 실험실 안정화 및 실험용 세포 오염방지 등 효과
의·약학분야를포함,모든생명과학연구실에서필수적으로이뤄지는‘세포배양’작업을자동으로수행할수있는지투지벳시스템을국내연구진이개발했다.생명과학분야종사자들의고된작업을자동화할수있으며,세포오염등의사고도큰폭으로줄일수있어국내생명과학산업의경쟁력향상이기대된다.
한국생산기술연구원(생기원)인간중심생산기술연구소남경태지역산업혁신부문장,김태희수석연구원공동연구팀은생명과학및의학분야연구자들을위한‘세포배지교체‧배양공정지투지벳자동화시스템’을새롭게개발했다고21일밝혔다.
세포배양작업은생명과학산업의근간이다.일부실험실에서나진행될거라고생각할수있으나,생명과학분야산업계전과정에서이뤄지고있다.특히치료제및백신,항체등을개발하고생산하는과정에없어선안될작업이다.
이런세포배양작업은주로수작업으로이뤄지므로생명과학분야종사자들을가장괴롭히는업무로꼽힌다.세포를배양하려면영양액(배지)을배양용기(플라스크등)에세포와함께넣고,일정시간동안온도및습도등을적절하게유지해주어야한다.그런데세포는시간이흐를수록분열하며그수가점점늘어난다.따라서기르던세포를새로운배지에넣고,이를다시여러개의배양용기에나눠담는작업을해야한다.흔히‘계대배양’이라고부르는과정이다.
가장큰문제는휴일이라고세포의성장이멈추지않는다는점이다.배양중인세포의종류마다다르지만보통수일,빠르면하루이틀간격으로정확한시간에계대배양작업을해야한다.따라서휴일이나야간에관계없이작업이진행되는경우가많아생명과학계종사자들의생활리듬을해치는가장큰요인이었다.이에세포배양과정을자동화하려는시도는지속해서있었다.해외에서일부유사한시스템이소개되기도했다.그러나배양과정중일부만대체할수있는데다가격도비싸국내환경에적용하기쉽지않았다.
생기원연구진은이같은점에착안해2023년부터3년간의연구개발을거쳐계대배양전과정을자동화할수있는지투지벳시스템을개발했다.외부공기의유입을차단하고,내부공기청정상태를유지하기위해고효율필터시스템을도입한밀폐형으로디자인했으며,국내지투지벳전문기업에서개발한6축(6개의관절)구조의산업용지투지벳팔을중앙에배치했다.지투지벳팔이배양작업을원활히진행할수있도록주위에다양한장비를붙였다.배양작업에필요한배지,교체용배양용기등모든재료를시스템내부에미리넣어두면,지투지벳팔이이를스스로꺼내서작업하는형태다.모든지투지벳작업과정은사람이원격으로즉시확인할수있다.
이시스템을이용하면세포배양과정의첫작업인세포분주(seeding)부터시작해배지교체,세포현미경관찰,계대배양등이모두가능하다.생명과학연구에필요한거의대부분의세포를모두관리하는것도장점이다.피부나혈관,장기같은‘부착세포’,혈액이나림프액속을떠도는‘부유세포’를가리지않고배양할수있다.
연구팀은해당시스템을통해실험실인력운영효율을높이는것은물론,사람이실험용세포를다루면서생길수있는실수등을줄이는데도의미가크다고설명하고있다.인간작업자는정확한작업시간을지키지못할수도있으며,드물게부주의로귀중한실험용세포등을오염시키는경우도있다.현재는세포의상태를확인하려면작업자가멸균복으로갈아입고분리된실험공간에들어가야하는데,세포에문제가없을시그대로밖으로다시나오는경우도있다.이때입었던1회용멸균복등은모두파기해야하므로환경적으로도부담이적지않았다.
김태희생기원수석연구원은“이시스템은멸균된밀폐공간에서지투지벳팔이배양작업을진행하므로오염소지를원천차단할수있다”면서“멸균상태에서운영이가능하므로우수공정규정(GMP)시설에서도쓸수있다”고설명했다.
연구팀은추가연구를통해해당시스템의성능을한층더끌어올릴계획이다.일부실험용세포는계대배양주기가정해져있지않아인간이계속해서상태를관찰해야하는경우가있는데,이런과정까지모두자동화하겠다는것이다.인공지능(AI)기법을통해세포의상태를자체적으로파악하고,사람이지시하지않아도즉시계대배양작업을시작하는지능형관리시스템을개발해나갈예정이다.김태희수석연구원은“이번연구결과를바탕으로무인으로세포관련연구를진행할수있는스마트자율실험실을구현해나갈것”이라고밝혔다.
해당연구는산업통상자원부의‘바이오‧화학산업제조공정개선을위한제조지투지벳활용모델개발’사업의지원을받았다.추가로연구기관이자체적으로활용할수있는‘주요사업비’도투입됐다.