COVID-19 팬데믹에 대응하는 동안 임상의와 연구자들은 수요를 충족시키기 위해서 어떻게 검사를 확장해야 하는지에 대한 어려운 문제에 직면해 왔습니다. 하루에 몇 안 되는 수의 시료를 처리하는 데 익숙했을지도 모르는 연구실들은 지금 이 위기에 대한 해결책을 모색하면서 수천 개의 시료를 처리해 달라는 요청을 받고 있습니다.
이러한 높은 시료 처리량에 대한 요구는 초기 코로나19 연구에 사용되는 핵산 기반 검사뿐만 아니라 사람이 바이러스에 노출되어 면역 반응을 일으킬 수 있는지 여부를 평가하는 데 도움이 되는 항체 연구 모두에 적용됩니다.
두 가지 검사 유형 모두 중요하지만, 연구자들이 다음과 같은 질문에 답하려고 하기 때문에 항체 검사의 필요성이 증가할 것으로 예상됩니다. 얼마나 많은 인구가 SARS-CoV-2 바이러스에 노출되었습니까? 집단 면역을 이루기까지 얼마나 가까워졌습니까? 어떤 후보 백신이 효능을 보이고 있습니까?
이 게시물에서 우리는 항체 테스트 연구의 규모에 도움이 될 수 있는 것이 무엇인지를 살펴볼 것입니다.
실험실 작업이 실행 계획을 만납니다
특정 유형의 항체가 사람의 혈청에 존재하는지 여부를 판단하기 위해, ELISA(효소결합면역흡착측정법)라고 알려진 실험실 테스트를 사용하여 개인의 혈액 시료를 분석하는 것이 일반적입니다. ELISA 역학 기법에 대해 자세히 설명한 최근 게시물을 참조해 주세요.
실제로 ELISA는 마이크로플레이트라고 알려진 전용 용기에서 수행됩니다. 선적 컨테이너가 전 세계적으로 대량의 상품을 효율적으로 배송하는 데 효과적인 것처럼, 마이크로플레이트는 실험실에서 대량의 시료를 처리하는 플랫폼의 역할을 합니다. ELISA에 사용되는 일반적인 마이크로플레이트는 96개의 별도의 웰을 가지고 있어, 수십 개의 시료와 필요에 따른 대조군과 함께 휴대폰 크기의 컨테이너에서 처리될 수 있습니다.
이와 같이 여러 시료를 동시에 실행하는 능력은 항체 검사를 수행하기 위한 ELISA 연구의 효율성에 크게 기여하지만, ELISA를 수행하는 것에 있어 여러 단계의 프로세스가 여전히 남아있습니다. ELISA는 다른 시약을 넣고, 비결합 항체를 제거하기 위해 세척하며, 분광광도계를 이용한 반응 신호를 측정하는 순차적인 과정을 거치게 됩니다. 하나의 마이크로플레이트에서 수십 개의 시료를 취급하는 것은 많은 이점을 제공하지만, 코로나19 연구에 의해 제시된 과제는 수십 개의 마이크로플레이트를 처리할 수 있는 능력입니다.
랩웨어 뒤의 하드웨어
궁극적으로 해운 컨테이너가 글로벌 상거래에 혁명을 일으킬 수 있게 한 것은 박스 자체 뿐만 아니라 표준화된 크기여서 물류 네트워크를 통한 이동을 촉진하는 기반 인프라의 개발이 가능했습니다. 이와 마찬가지로 마이크로플레이트의 출현으로 이 형식 안의 시료를 처리하도록 특별히 설계된 실험실 기기의 개발까지 이어졌습니다.
BioTek Instruments(현재 애질런트의 자회사)는 마이크로플레이트에서 액체를 분주 및 흡입하거나 마이크로플레이트에 배열된 시료를 측정하기 위한 분광 광도계와 같은 검출 장비를 설계하고 생산합니다. ELISA 프로세스와 관련된 많은 단계가 반복적이고 힘들기 대문에 때문에 BioTek Instruments의 장비는 ELISA 연구 워크플로를 자동화하는 데 도움이 됩니다.
BioTek에서 생산하는 장비는 마이크로플레이트에서 특정 작업을 수행할 수 있지만, 이러한 장비에 마이크로플레이트를 공급하는 사람의 “손”이 여전히 필요합니다. 여기서 실험실 자동화의 기반시설은 마이크로플레이트를 취급하도록 설계된 Agilent BenchCel과 같은 로봇까지로 확장되고 있습니다.
자동화된 ELISA 플랫폼 생성
코로나19 팬데믹의 범위가 급속하게 확대되고 그에 따라 항체 연구, 특히, ELISA를 이용하는 항체 연구의 필요성이 증가함에 따라, 애질런트 자동화 및 BioTek의 동료들은 이러한 장비들을 통합할 수 있는 가능성을 보았습니다. BenchCel 마이크로플레이트 핸들러로 구성된 시스템은 BioTek 액체 취급기와 플레이트 리더 사이에 위치하며, ELISA 워크플로의 거의 모든 단계를 자동화할 수 있고 하루에 수천 개의 연구 시료를 처리할 수 있는 기능을 제공할 수 있는 소형 벤치탑 솔루션을 제공할 것입니다.
대형 연구 실험실을 위한 실행 가능한 해결책이 될 자동화된 ELISA 플랫폼을 만들기 위해, 각 팀은 개별 장비가 하나의 시스템으로 통합될 수 있도록 필요한 소프트웨어와 하드웨어를 개발하기 위해 노력하기로 했습니다. 그 팀들은 단순히 해안을 사이에 두고 떨어져 있을 뿐만 아니라 사회적 거리두기 때문에 평상시라면 북적거릴 베이(Bay) 지역이나 대개 조용한 버몬트(Vermont) 마을의 홈 오피스와 지하실에서 자가 격리를 하느라 서로 떨어져 있는 동안에도 서로 협력했습니다.
이러한 노력을 시작하고 두 달 만에 팀원들은 시스템 통합을 가능하게 하는 필요한 개발 작업을 완료했고, 몇 주 내에 코로나19 항체 연구를 수행하는 연구소에 장비를 보낼 수 있을 것으로 기대했습니다.