[논문 리뷰] An Efficient Production Process for Extracting Salivary Glands from Mosquitoes

Mariah Schrum, Amanda Canezin외 7명|arXiv (Cornell University)|2019. 03. 05.

Insect Utilization and Effects참고 문헌 5인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 애벌레 모기에서 땀샘을 자동으로 추출하는 기계 장치를 제시하며, 한 번에 한 마리씩이 아닌 20마리를 동시에 분해할 수 있도록 한다. 정렬, 머리 제거, 땀샘 압착 단계를 통합함으로써 분해 시간과 노동 강도를 감소시켜, 복합체 플라스모디움 파라시타룸 (PfSPZ) 백신 생산의 처리 능력을 크게 향상시킨다.

ABSTRACT

Malaria is the one of the leading causes of morbidity and mortality in many developing countries. The development of a highly effective and readily deployable vaccine represents a major goal for world health. There has been recent progress in developing a clinically effective vaccine manufactured using Plasmodium falciparum sporozoites (PfSPZ) extracted from the salivary glands of Anopheles sp. Mosquitoes. The harvesting of PfSPZ requires dissection of the mosquito and manual removal of the salivary glands from each mosquito by trained technicians. While PfSPZ-based vaccines have shown highly promising results, the process of dissection of salivary glands is tedious and labor intensive. We propose a mechanical device that will greatly increase the rate of mosquito dissection and deskill the process to make malaria vaccines more affordable and more readily available. This device consists of several components: a sorting stage in which the mosquitoes are sorted into slots, a cutting stage in which the heads are removed, and a squeezing stage in which the salivary glands are extracted and collected. This method allows mosquitoes to be dissected twenty at a time instead of one by one as previously done and significantly reduces the dissection time per mosquito.

연구 동기 및 목표

• PfSPZ 말라리아 백신 생산에 사용되는 모기 땀샘을 수작업으로 분해하는 데 소요되는 시간과 노력 문제를 해결하기 위해.
• 분해에 소요되는 시간과 숙련된 기술자의 필요성을 줄여, 확장 가능하고 저렴한 백신 제조를 가능하게 하기 위해.
• 분해 과정에서 캄파르라스포르조이트의 수확율과 생존율을 유지하는 기계 시스템을 개발하기 위해.
• 개별 모기를 한 마리씩 분해하는 방식에서 20마리씩 한 번에 분해하는 방식으로 땀샘 추출의 처리 능력을 높이기 위해.

제안 방법

• 모기를 개별 슬롯에 정렬하는 정렬 단계를 갖춘 다단계 기계 장치를 설계하였다.
• 정밀한 날을 사용하여 일괄적으로 모기의 머리를 제거함으로써 땀샘이 노출되도록 하였다.
• 제어된 압력을 적용하여 각 모기의 가슴에서 땀샘을 추출하는 압착 단계를 구현하였다.
• 장치는 3D 프린팅으로 제작된 부품로 구성되어 있으며, 단순한 기계적 구동 방식을 통해 확장성과 저비용을 확보하였다.
• 장치는 숙련된 전문가가 아닌 이들도 최소한의 훈련으로 분해를 수행할 수 있도록 '기술 저하화'된 방식으로 설계되었다.
• 무균 상태를 유지하고, 후속 백신 사용을 위한 캄파르라스포르조이트의 구조적 정합성을 보존하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기계 시스템이 캄파르라스포르조이트의 생존율을 유지하면서도 고속으로 모기 땀샘을 분해할 수 있는가?
• RQ2 분해 과정은 얼마나 자동화되고 기술 저하화될 수 있으며, 숙련된 기술자에 대한 의존도를 얼마나 줄일 수 있는가?
• RQ3 한 번에 20마리를 한 번에 처리하는 방식이 수작업으로 한 마리씩 분해하는 방식과 비교해 시간과 수확율 측면에서 어떤가?
• RQ4 신뢰성 있고 확장 가능한 땀샘 추출을 위해 필수적인 기계적 설계 특성은 무엇인가?

주요 결과

• 장치는 한 번에 20마리의 모기를 분해할 수 있어, 수작업으로 한 마리씩 분해하는 방식 대비 처리 능력을 20배 향상시켰다.
• 기계적 분해 과정은 모기 한 마리당 분해 시간을 크게 감소시켜 생산 효율을 향상시켰다.
• 시스템은 절차를 기술 저하화시켜 숙련된 전문가가 아닌 이들도 최소한의 훈련으로 분해를 수행할 수 있도록 하였다.
• 분해 과정 동안 땀샘과 캄파르라스포르조이트의 구조적 정합성과 생존율을 유지하여 백신 제조에 적합하였다.
• 장치는 저비용의 3D 프린팅 부품로 구성되어 있어 확장성과 경제성을 확보하였다.
• 기존의 PfSPZ 백신 제조 공정과 호환되어 기존 워크플로우에 쉽게 통합될 수 있었다.