일본산업뉴스요약

생명과학실험 로봇으로 자동화
산관학 연구팀, 낮은 재현성 극복

산업기술총합연구소(산총연)를 중심으로 하는 산관학 연구팀은 로봇을 사용하여 생명과학실험을 자동화하는 데 성공하였다. 여러 대의 로봇으로 같은 실험을 실시하여 거의 동일한 결과가 나오는 것을 확인하였다. 생명과학은 실험자에 따라 차이가 크며, 가끔은 동일한 실험을 실시해도 결과가 다르게 나오는 낮은 재현성(再現性)이 문제가 되고 있다. 로봇에 의한 자동화는 신약개발연구의 효율 향상이나 연구의 부정 방지로 이어진다.

연구팀은 산총연 외에 게이오대학, Ajinomoto(味の素), 규슈대학, RIKEN(理化学研究所), 도쿄의과치과대학의 6개 기관이다.

생명과학실험은「시약을 주입하여 섞는다」「세포를 배양한다」「증가한 세포를 다른 용기로 옮긴다」「원심분리기에 돌린다」, 이와 같은 다양한 공정의 조합이다. 연구팀은 각 공정에 대해 작업 방식을 분석하고, 그 움직임을 수치화하여 로봇의 움직임을 제어하는 프로그램을 만들었다.

참가기관은 시판되는 휴머노이드 형태의 양팔 로봇에 이 프로그램을 내장, 각각의 실험 거점에서 공통의 실험을 시도하였다.

특정 유전자를 증폭시키는 실험에서는 모든 거점에서 동일한 특정 유전자를 증폭시킬 수 있었다. 48종류의 화합물에서 암세포와 결합하는 것을 선별하는 실험에서도, 모든 로봇이 동일한 3종류를 선별하는 등 높은 재현성을 확인하였다.

또한 세포 내의 다양한 단백질량을 측정하는 실험을 시행한 결과, 양이 많은 단백질의 측정치는 몇 %정도의 불규칙성을 보였다. 단백질이 소량밖에 없는 것은 사람의 손으로 측정하는 것은 곤란한 경우가 많지만, 로봇은 약 20%의 불규칙성으로 측정이 가능하였다.

실험 공정을 정하고, 프로그램을 로봇에 내장하면 실험할 수 있다. 로봇의 지식은 필요 없다. 창약분자(創薬分子)프로파일링연구센터의 나쓰메(夏目) 센터장은「생명과학에서 시행하는 실험의 약 80%를 커버하고 있을 것이다」라고 말한다. 남은 20%는 그다지 사용되지 않는 공정이기 때문에, 개개의 연구기관이 필요에 따라 프로그램을 만든다.

산총연의 벤처기업인 Robotic Biology Institute(도쿄)가 판매하고 있는 로봇시스템프로그램을 내장하였다. 가격은 1대에 약 1억 엔. 연구실에서 제약회사가 로봇을 시범 사용할 수 있는 시스템도 정비하였다. 나쓰메 센터장은「5대 정도 도입함으로써 상승효과를 기대할 수 있다」고 말한다.

-- 연구 부정 방지에도 일익 --
생명과학분야에서는 다른 분야와 비교하여 실험의 재현성이 낮다고 평가된다. 실험자에 따라 시약의 미묘한 조합이나 용기의 흔들림이 조금만 달라도 결과에 영향을 미친다. 발표되는 연구 논문의 60% 이상이 재현할 수 없다는 보고도 있다.

그러한 실정이 신약개발연구에 걸림돌이 되고 있다. 최근, 해외의 제약기업 등이 잇달아 논문 발표된 실험 결과가 10~30%밖에 재현이 불가능하다고 보고하여 논의를 불러일으켰다. 미국 국립보건원(NIH) 등은 연구지침 책정 등의 대책에 착수하였다.

낮은 재현성은 많은 부정한 연구로 이어진다. 재현을 못해도 부정이 있었다고는 확언하기 어렵기 때문에, 쉽게 날조, 조작 등을 할 수 있다.

로봇은 확실하게 동일한 동작을 반복하여, 높은 확률로 실험을 재현할 수 있다. 실험 공정을 데이터화하여 공개하면 로봇을 이용하여 신속하게 확인할 수 있기 때문에 부정 방지 효과도 기대할 수 있다.

산총연 등은 실험 공정을 데이터화하여 클라우드 상에 모이는 시도를 추진한다. 로봇을 사용할 수 있는 환경이 있으면 누구라도 목적한 실험을 할 수 있게 된다.「앞으로 연구자는 자신의 실험 설비가 없어도 실험이 가능하게 될 것이다. 그것을 가능하게 하는 구조를 제안해 나가고 싶다」고 나쓰메 센터장은 말한다.

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