벤치에서 침대 옆까지: 자동화를 통해 R&D 실험실 혁신

May 15, 2023

수 세기 동안, 과학자들은 끊임없이 진화하는 장비 세트에 둘러싸여 실험실에서 수고해 왔습니다. 1990년대 벤치탑 자동화 장치의 도입으로 생산성과 발견이 폭발적으로 증가했으며, 2000년대와 2010년대에 가능해진 컴퓨터 네트워킹으로 인해 향상되었습니다. 오늘날 대부분의 제약 회사의 R&D 연구소는 건강 증진을 위한 중요한 발견에 기여한 원심분리기와 액체 처리 스테이션을 훌륭하게 갖추고 있습니다. 그러나 대부분의 실험실에는 과학자들이 가능한 한계에 도달할 수 있는 고급 자동화, 소형화 및 통합이 부족합니다.

제약 업계 경영진은 "그 연구 자금은 다 어디로 가는 걸까요?"라고 묻고 있을 수 있습니다. R&D 지출의 급격한 증가는 중간 수준의 이익만을 확보했습니다. 미국의 R&D 지출은 2001년 400억 달러에서 2019년 800억 달러로 두 배로 늘었지만, 같은 기간 동안 개발된 신약의 수는 소폭 증가했습니다(도표 1).

역설적이게도 증가된 R&D 예산의 상당 부분이 인건비 상승으로 흡수되었으며, 기술 부족으로 인해 전체 역량이 제한되었습니다.

실험실 벤치에서 침대 옆까지의 시간을 줄이는 것은 상당한 가능성을 가지고 있습니다. 우리의 경험에 따르면 제약회사는 자동화를 포함한 포괄적인 수단을 구현함으로써 약품을 500일 이상 더 빨리 시장에 출시하고 개발 비용을 25% 절감할 수 있는 잠재력을 갖고 있습니다. 실험실 조정, 로봇 공학 및 액체 처리 기술의 중요한 혁신은 이제 이러한 상충되는 압력에서 벗어날 수 있는 궤도를 제시하고 실험실 자동화를 전략적 우선순위로 제시하며 수많은 업계 파트너십, 가속화된 투자 및 발전을 낳고 있습니다.

자동화는 만병통치약이나 만병통치약은 아니지만, 완전 자동화는 R&D 실험실에 수많은 이점을 가져올 수 있습니다(사이드바 "수동 R&D 실험실과 완전 자동화 실험실의 차이점" 참조). 특히 다음을 포함하여 모든 주요 실험실 KPI 전반에 걸쳐 개선에 기여할 수 있는 상당한 잠재력이 있습니다.

몇 가지 중요한 특성으로 인해 수동 R&D 연구소와 자동화된 R&D 연구소가 구별됩니다.

제약 R&D의 표준으로 남아 있는 현상 유지 실험실의 일반적인 프로세스는 비효율적이며 개선의 여지가 많이 남아 있습니다.

반면, 선도적인 R&D 운영의 미래 자동화 비전은 훨씬 더 효율적인 프로세스를 사용합니다.

오늘날 기술 혁신, 기술의 통합 및 호환성 증가, 디지털 시스템 지원의 발전으로 인해 자동화 옵션에 대한 접근이 더욱 간편해지고 시급해졌습니다. 자동화는 과학적 프로세스에 채택되고 통합되어야만 성공할 수 있다는 점을 감안할 때 관련 과학자의 경험과 요구가 의사 결정의 지침이 되어야 합니다. 이 기사의 나머지 부분에서는 제약 R&D에서 성공적인 자동화를 구현하기 위한 네 가지 우선순위를 간략하게 설명합니다. 이 모두는 실험실 KPI에 기여합니다.

R&D 프로세스는 단일 바이알 사용에서 과학자들이 96회, 384회 또는 심지어 1,536회 실험을 동시에 수행할 수 있는 고처리량 미세역가 플레이트로 점진적으로 이동했습니다. 이 플레이트는 처리량을 최대 100배 증가시킬 뿐만 아니라 필요한 시료 물질과 시약의 양을 최대 90%까지 줄여 제한된 환자 시료에서 가능한 실험 수를 확대합니다. 또한 재료를 보다 정확하게 처리할 수 있어 생물학적 과정의 속도가 향상되고 다른 곳에서도 동일한 결과를 재현할 수 있습니다.

팁 기반 액체 처리 기술의 물리적 한계를 기반으로 했던 최대 384개 웰도 이제 초과되었습니다. 음향 액체 처리 분야의 최근 혁신은 웰 대신 개별 액적이 있는 유리 슬라이드인 액적 마이크로어레이와 같은 완전히 새로운 형식을 예고합니다. 이를 통해 수만 개의 반응이 동시에 발생할 수 있습니다. 랩온어칩(Lab-on-a-Chip)의 일부인 액적 미세유체공학과 같은 추가적인 획기적인 기술은 고속, 순차적 실험의 길을 더욱 열어줍니다.