스웨덴의 의료기기 전문업체인 Gyros는 의료용 분석 장치인 ‘Gyrolab xPlore’를 통해 암 치료 연구에 획기적인 계기를 마련했다. Gyrolab xPlore는 방대한 약제 테스팅을 자동으로 진행해 테스팅 시간을 절감, 맞춤형 암 치료제가 신속하게 공급될 수 있도록 한다. Gyros는 Gyrolab xPlore에서 요구되는 속도와 정밀도를 위해 FAULHABER 모터를 채택했다.
자료제공 | 스위스아미에트(www.swissamiet.com)·FAULHABER(www.faulhaber.com)
의학 연구자들은 소위 ‘생물학적 제제(biologicals)’라고 불리는 의약품을 통해 건강한 신체 조직을 손상시키지 않고 암 세포를 치료할 수 있는 기회가 마련될 것으로 기대하고 있다. 생물학적 제제는 생물을 활용하는 치료제로, 새로운 활성 성분을 통해 비정상 세포의 특정 분자 특성을 발견하고 체계적으로 파괴시킬 수 있기 때문이다.
그러나 일종의 돌연변이 세포라고 할 수 있는 암 세포는 무척 다양한 종류가 존재한다. 따라서 각각의 암 세포를 파괴하는 맞춤형 생물 제제를 찾기 위해서는 방대한 약제 후보 물질을 조사해야 하는 어려움이 존재힌다.
스웨덴의 의료기기 전문업체인 Gyros가 개발한 의료용 분석 장치인 ‘Gyrolab xPlore’는 후보 물질에 대한 검색을 용이하게하는 분석 장치다. 이를 통해 암 치료를 위한 생물학적 접근방식의 난제를 보다 손쉽게 해결할 수 있게 된다. Gyrolab xPlore는 여러 샘플의 테스트를 자동으로 신속·정확하게 실행해 테스팅에 대한 시간과 노력을 경감시킴으로써 맞춤형 암 치료제가 공급될 수 있게 한다.
프린터 크기의 소형 실험실 제공
사무실에서 Gyrolab xPlore를 본다면 대부분은 레이저 프린터라고 생각하게 될 정도로, 컴팩트하고 심플한 디자인이 적용됐다. 그러나 Gyrolab xPlore의 덮개를 들어 올리면 소형 실험실로 변모한다.
장치의 중심에는 컴팩트 디스크(CD) 크기인 플라스틱 디스크가 자리하며, 이를 통해 샘플 분석을 수행한다. Gyrolab xPlore의 CD에는 직경 1mm 미만의 채널로 구성된 시스템이 탑재됐으며, 모세관과 원심력을 활용하는 채널 시스템을 통해 시료가 운반돼 분석된다.
Gyros의 마케팅 책임자인 Maria Hjortsmark는 “대부분의 고객은 제약 회사로, Gyrolab xPlore 시스템을 사용해 생물학적 제제를 테스트한다”며 “암 연구자들은 다른 병원균처럼 암 세포 역시 항체를 통해 치료가 가능하다고 생각하고 있다. 생물학은 너무 크고 복잡한 합성 분자가 아니며, 이것이 실험실에서 영양분이 풍부한 배양된 세포, 일반적으로 유전자 조작된 세포에 의해 생산되는 이유다”라고 말했다.
생물학적 제제는 면역계의 특수화된 세포에 의해 생성돼 감염 중에 몸에 들어가는 외래 단백질(예 : 박테리아 또는 바이러스)을 인식하고, 분해 혹은 제거시킨다. 암 세포와 싸우는 데에도 같은 원칙을 적용할 수 있다.
Gyrolab xPlore는 세포의 영양 용액 또는 시험 동물 및 환자의 혈액에서와 같이 개발 단계에서 신약을 분석하는데 사용된다. 가장 큰 특징은 단일 CD를 사용해 최대 112개의 데이터 포인트를 병렬 생성할 수 있다는 점이다. 또한 CD의 마이크로 구조는 매우 낮은 시료량을 필요로 하기에 시약 소비를 최소화(20~200나노리터)하는 이점도 준다. 나아가 샘플 이동과 테스트, 시약 추가와 세척 등 모든 과정이 자동화돼 진행된다. 각 단계마다 소프트웨어에 의해 정밀 제어되는 자동화는 작업량을 줄일 뿐 아니라 오류 위험까지 최소시킨다.
정밀 고속 동작 … 신속 개발 지원
Gyrolab xPlore는 지난 2015년 출시됐다. 당시 한 번에 5개의 CD를 분석할 수 있는 Gyrolab xP 워크스테이션이 출시돼 다수의 기업에서 활용되고 있었지만, 처리량이 상대적으로 낮고 제약 회사의 소규모 부서에서 활용하기에는 장치가 너무 크다는 단점이 지적됐다. 이러한 단점을 해소하기 위해 Gyros는 보다 컴팩트한 Gyrolab xPlore를 새롭게 선보이게 된 것이다.
Gyrolab xP에 만족하지 못했던 고객에게 Gyrolab xPlore가 맞춤형 대안이 될 수 있도록 하기 위해 Gyros의 개발진은 가장 먼저 기존 장치와의 분석 속도 일치 여부를 확인했다. 그러나 불행하게도 로봇 암에서 문제가 발생했다. 로봇 암은 신속하고 안전하게 샘플을 이송하는 핵심적인 역할을 수행하지만, Gyrolab xP의 로봇 팔을 움직이는 초고속 스테퍼 모터가 더 이상 생산되지 않았던 것이다. 이에 Gyros는 스테퍼 모터를 강력한 서보 모터로 교체해 문제를 해결하기로 결정했다. Gyrolab xPlore의 모터는 토크를 손상시키지 않으면서 매우 빨라야 하는데, 이를 충족하기 위해서는 서보 모터가 가장 적합하다고 판단했다.
그리고 최종적으로 Gyrolab xPlore의 서보 모터로 FAULHABER의 BX4 시리즈 브러시리스 DC 서보 모터(BRUSHLESS DC-SERVOMOTOR)가 선정됐다. 인크리멘탈 엔코더(incremental encoder)가 장착된 FAULHABER의 BX4 시리즈 브러시리스 DC 서보 모터는 4극 기술과 높은 토크를 갖춰 Gyrolab xPlore의 까다로운 요구 사항을 모두 충족시켰다. 특히 컴팩트한 디자인으로 이전 모델에서 사용된 스테퍼 모터보다 약간 커 스테퍼 모터에서 서보 모터로의 변경에 따른 영향을 최소화했으며, 가격 대비 성능도 우수했다.
Gyrolab xPlore에는 BX4 시리즈의 서보 모터 3개가 탑재돼 활용된다. 두 개의 서보 모터는 선형 테이블에 장착돼 로봇 팔을 수평으로 움직여 시료를 옮기고 분석 중에 레이저의 움직임을 제어하며, 유성 기어 박스가 있는 세 번째 모터는 피펫팅 헤드를 들어올리거나 내리는 움직임을 수행한다. Gyrolab xPlore는 3000개가 넘는 위치 설정 값과 낮은 토크 리플을 가진 고정밀 제어 전자 장치를 통해 샘플이 각 채널 입구의 CD에 정확하게 위치하도록 보장하는데, 탑재된 BX4 모터는 이 과정에서 요구되는 속도와 정밀도를 충족시킨다.
Maria Hjortsmark 마케팅 책임자는 “BX4 모터는 높은 성능으로 112 데이터 포인트를 생성하는데 1시간도 채 걸리지 않아 빠른 테스팅을 가능하게 하는 핵심적 역할을 수행한다”고 강조했다.
