동물 활동성 평가를 위한 비임상 시험 시스템 구축
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● 신약의 독성와 실험동물의 반응 연관성을 찾기 기술● 열화상 카메라를 이용한 지표생물의 움직임 및 이상 동작 검출 기술● 지표생물 이동 라인의 직관적 시각화 기술● 환경변수 보정을 통한 고 신뢰성 실험 데이터 수집 기술● 실험 디바이스 일체형 상부 커버 구조 설계● IOT를 이용한 유무선 데이터 전송 ● 동물실험 빅데이터 저장 및 분석 소프트웨어본 개발 과제는 ICT 기술을 융합하여 신뢰할 수 있는 동물실험 데이타를 정확하게 수집하는 것이 목적이며.신약에 대한 비임상 동물실험 단계에서 활동성 평가를 위한 시스템 구축 개발 기술이고,약성분의 투여량에 따른 지표생물의 활동성의 변화와 치사량을 연구자의 육안 관찰이 아닌 IoT 기술에 의한 정량데이터 수집/분석으로 관측하도록 하며,실험의 정확도를 향상시키고 데이타의 신뢰성을 확보하기 위한 기술 개발임.
■ 열화상 카메라에 따른 지표생물의 위치 검출 및 동물 이동라인 시각화 방안▷ 지표생물 활동량 표시를 위한 베지에(Bezier)곡선 표현 알고리즘을 적용하여 중첩된 이동라인 중복표시를 배제하기 위한 효과▷ 지표생물의 이동 좌표에서의 시간을 분석하여 움직임 거리와 방향을 그라디언트(Gradients)효과를 이용하여 시각화 함.▷ 동물에 주입한 독성 물질의 종류와 양을 비교하여 동물의 이상행동 패턴과 세기를 도출(일방향 회전 등)▷ 환경 센서 정보와 활동성 이동 데이터 생성하여 활동량 평가지표 도출▷ 특정 영역에 대한 선호도 혹은 기피 정도를 버블 차트를 적용하여 시각화■ 다양한 환경변수 보정에 의한 신뢰도 높은 활동성 데이터 추출 방안▷ 임계값(Threshold)가변 설정 기능:실험동물의 종류나 특성에 다르게 설정하는 기능▷ 값(죽음 상태 포함)을 기준으로 독성 물질의 사용량을 판정하도록 함▷ 소리에 대한 청력 반응 활동성을 측정하기 위한 음원 파일 전달 기능▷ 실험동물의 울음 소리를 녹화하기 위한 마이크 기능▷ 야행성 동물의 빛의 발기와 연관성을 측정하기 위한 조도센싱 기능▷ 케이지 내에서 이루어지는 상황을 보기 위한 관찰 카메라 기능▷ 열화상 카메라를 이용한 실험동물의 체온 측정(주야간 무관)▷ 환경 온습도,O2,CO2,NH3 측정하여 실험동물이 환경적 영향으로 사망하지 않도록 방해요소 보정■ 다양한 환경변수 제어로 실험동물의 쾌적한 환경을 제공▷ 급이기능 양을 원격으로 조절하는 기능▷ 케이지 내의 환기를 원격으로 조절하는 기능▷ 수면을 위한 조명을 원격으로 On/Off하는 기능■ 활동성 측정시 고려 사항▷ 케이지는 사이즈별로 규격이 존재함(예,1호,2호,3호 등으로 정해진 규격)▷ 케이지 규격에 영향 없이 데이터를 분석하려면 케이지 별로 Weidth와 Heigh 값을 설정하는 규칙이 필요함 ▷ 케이지 바닥면을 가상의 영역을 설정하여 x,y 좌표의 그리드 형태로 설정하고 카메라는 열화상 카메라로 발열 데이터를 생성▷ 발열에서 특정한 발열 값을 가진 범위를 연결하고 범위의 중간 값을 연산하여 x,y 좌표 값을 추출▷ 초 단위(단위는 변경 가능)로 x,y좌표 값을 측정하면 이전 위치에서 현재 위치로 이동한 상대적인 거리를 측정할 수 있음▷ 이를 통해 Movement per Minute(MPM)값을 연산하고 이 결과를 활동성으로 출력함■ 다양한 부품이 실장되는 상부 커버 구조 설계▷ 기존 일체형 제품과 달리 소음/발열에 의한 스트레스 유발을 줄이기 위해 상부 커버 분리형 구조 설계 ▷ 영상촬영수단과 각종 전자부품이 커버에 집중되어 있어 발열에 의한 데이터 노이즈를 해결하고 세척을 용이하게 구조 설계▷ 케이지 커버의 다양한 규격에 적용될 수 있도록 커버와 컨트를로를 조립하는 형태로 구조 설계▷ 중량 하중을 견딜 수 있는 커버 소재 및 구조 설계 ▷ 상부 커버 하중 분포 계산 및 균일 하중 구조 설계■ IOT를 이용한 유무선 데이터 전송 및 실시간 원격 감시 시스템 구축▷ 원격 감시/제어를 Ethernet 통심 모듈 규격 설계▷ 근거리 통신을 위한 블루투스(Bluetooth)규격 설계 ▷ 무선 통신을 위한 Wifi 통신모듈 규격 설계▷ 데이터 수집 및 분석 알고리즘 설계▷ 표준 데이터 변환 알고리즘 및 자동 리포트 생성
● 일정한 시간과 동일한 방식의 동물실험으로 데이타의 정확도를 향상시키는 효과● 원격 실험에 의한 오염 요소를 줄임으로써 데이터 신뢰성을 높이는 효과● 실험동물 접촉 횟수를 줄임으로써 연구원의 바이러스 감염을 예방하는 효과● 바이오 연구원들의 수고를 줄이고 본연의 연구에 집중할 수 있도록 지원하는 효과● 빅데이터를 수집하여 유사한 약성분에 대한 실험을 대체하여 빠르게 적용하는 기대 효과● 실수에 의한 반복 동물실험을 예방함으로써 실험동물 수를 줄이는 사회적 가치를 실현하는 효과● 시스템 도입에 따른 운영비 절감하는 경제적인 효과● 해외 CRO시장에 진출하기 위한 수출효과● 동일한 환경조건 케이지 64개까지 네트워크망 구성하여 신약(독성)평가 결과에 대한 신뢰성을 높이고 시간을 단축하는 효과 실험동물에 관한 법률(약칭:실험동물법)에 따라 무분별한 동물실험은 엄격하게 규제되고 있으며실험동물에 대한 인간의 양심과 사회적 가치에 따라 동물의 희생을 최소화하기위한 ICT 융합 기술을 적용한 케이지를 개발함.정확한 수집 데이터는 신약에 의한 부작용 피해를 줄이고 원구원의 안전과 수고를 덜어주는 효과를 기대할 수 있음.