일본산업뉴스요약

바이오 실험, 로봇으로 자동화
배양∙신약개발, 장인의 기술을 가르치다

유전자나 단백질 등의 작용을 조사하여 과학적인 발견이나 새로운 치료약 후보를 찾아내는 바이오 연구는, 세포 배양 등 세밀한 작업을 매일 꾸준히 계속해야 한다. 살아 있는 세포를 다루는 것은 어려운 작업으로 숙련 기술이 요구된다. 이 숙련 기술을 로봇에게 이식하여 자동화를 목표하는 시도가 국내의 연구기관에서 추진되고 있다. 미래에 연구 방식이 크게 변할 것으로 기대된다.

난치병 눈 질환 환자에게 iPS세포(유도만능줄기세포)를 사용한 세계 첫 수술을 임상연구로서 실시한 RIKEN(이화학연구소)의 다카하시(高橋) 프로젝터 리더. 고베시에 위치한 연구실에서는 휴머노이드형 로봇이 가동되고 있다. 산업기술총합연구소(산총연) 창약분자프로파일링연구센터의 나쓰메(夏目) 센터장과 야스카와전기가 개발한 휴머노이드형 바이오 실험 로봇 `마호로`다

-- 사람의 한계를 보완 --
마호로는 성인 남성과 거의 같은 크기로, 2개의 팔과 각종 센서 등을 갖추고 있다. 현재는 야스카와전기의 자회사 Robotic Biology Institute(도쿄)가 개발을 담당하고 있으며 국내에서 20대 이상이 가동 중이다.

다카하시 리더 연구실은 iPS세포를 눈의 망막색소상피세포로 성장시키고 있다. 숙련 기술자가 담당하고 있지만 잘 배양되지 않으면 질이 나빠지거나 제대로 성장하지 못한다. 배양액을 옮겨 담는 작업도 어려운 작업이고 사람이 만들 수 있는 양에도 한계가 있다. 번잡한 작업을 매일 해야 하는 연구자나 기술자를 해방시키기 위해 마호로를 2018년 3월에 도입하여 세포 배양에 도전시켰다.

약 1년만에 iPS세포에서 망막색소상피세포를 키울 수 있었다. 세포가 성장하기까지 40일 동안에 장치의 문 개폐, 약품 주입 등의 작업을 수없이 반복했지만 실패는 제로였다. “숙련 기술자가 만드는 것과 동등한 수준의 세포를 만들 수 있었다”(간다(神田) 담당 연구원).

우선 마호로에게 배양 작업 동작을 시키고, 세포의 완성 정도를 보고 조정하면서 숙련자의 기술을 습득하였다. 실험에 필요한 기초 동작은 이미 입력한 상태로, 어떤 작업을 시킬 것인가는 컴퓨터 화면에서 선택하기만 하면 된다. 피펫 조작의 각도 조절도 쉽다.

기존의 실험기구를 그대로 사용할 수 있다. 앞으로는 인공지능(AI)도 도입하여 세포의 좋고 나쁜 상태를 스스로 판단하거나 작업 절차를 변경하는 것도 목표하고 있다.

게이오대학과 호시약과대학의 연구팀도 마호로를 사용하여 성과를 얻었다. 약 1,160종의 기존 약품 중에서 암의 일종인 골육종에 효과가 있는 약제를 발견하는 연구에 활용하였다.

암세포에 약제를 투여하여 항암 작용의 유무를 판단하였다. 세포 배양에 숙련된 기술자도 약 일주일 걸리는 작업이 2~3일만에 끝났다. Simvastatin이라는 약을 찾아내 17년에 발표하였다. 호시약과대학의 시미즈(清水) 교수는 “로봇은 정확한 동작을 빠르게 재현할 수 있다”라고 말한다.

신약개발에 iPS세포 활용을 생각하고 있는 아스텔라스제약도 iPS세포의 배양이나 분화에 마호로를 사용하고 있다. 숙련 기술자와 동등 이상의 수준으로 안정 배양이 가능하다고 한다. 워라밸(Work and Life Balance)에도 공헌한다. 세포를 매일 관찰해야 하기 때문에 자리를 비울 수 없었던 숙련 기술자도 설날 연휴에 쉴 수 있었다고 한다.

쓰쿠바대학도 마호로를 사용한 운동선수용 도핑검사시스템을 개발하였다. 검사원 부족 해소와 실수 방지에 도움이 될 것이다.

바이오 연구는 새로운 장치가 계속 개발되고 있지만 실험의 자동화에는 한계가 있었다. 실험은 다종다양하고 절차 변경도 많기 때문이다.

마호로와 같은 범용의 휴머노이드형 로봇은 “세포 배양부터 게놈 해석 작업까지 1대로 가능하다”(나쓰메 센터장). 한편, 오사카대학의 기노오카(紀ノ岡) 교수는 “실험에 능숙한 기계를 실현하기 위해서는 기계의 동작이 세포에 미치는 영향을 센서 등을 이용해 공학적으로 파악하는 기술의 개발도 중요하다”라고 말한다.

사람을 매개하지 않고 로봇만으로 세포를 배양할 수 있는 시대가 오면 연구자나 기술자는 어떻게 될까? “실험에 쫓기지 않아도 되기 때문에 새로운 발견을 위해 아이디어를 짜는 등 보다 고차원의 작업을 할 수 있게 된다”라고 관계자들은 한결같이 말한다.

-- 부정 방지에도 도움 --
나쓰메 센터장은 “재택 연구가 가능해진다. 아이를 키우는 여성 연구원이나 고령 연구자, 임상의, 학생도 아이디어와 의욕만 있으면 집에 첨단연구소를 만들 수 있다”라고 말한다. 1억엔 이상의 로봇을 연구자가 구입하는 것은 불가능하다. 그래서 인터넷을 통해 세계에서 바이오 실험을 수탁, 실험을 통해 얻은 결과를 보내주는 ‘로봇실험센터’ 개설을 목표하고 있다.

로봇의 보급에는 다른 이점도 있다. 연구 부정이 발생하기 어렵다는 점이다. 연구 성과를 다른 연구실이 실험으로 재현하지 못하는 예는 바이오 분야에서는 많다. 시약의 미묘한 조합이나 용기의 움직임 등 아주 작은 차이가 결과에 영향을 미치기 때문이라고 하지만 날조의 온상이 될 수도 있다.

로봇을 사용하여 실험 공정을 데이터화하고, 그 데이터를 클라우드에 수집하는 시스템을 구축하고자 하는 산총연 등의 시도가 재현성 문제를 해결할 수도 있다.

 -- 끝 --