TDM sample 전처리 자동화로 Turnaround Time(TAT)을 줄이는 전략

― ‘정확한 정량’ 다음 단계는 ‘얼마나 빨리 결과를 돌려줄 수 있는가’다

 

TDM sample 전처리 자동화로 Turnaround Time(TAT)을 줄이는 전략

Therapeutic Drug Monitoring(TDM)은 본질적으로 시간과의 싸움이다. 분석 결과가 아무리 정확해도, 임상의 의사결정 시점을 지나 도착한다면 그 가치는 급격히 떨어진다. 특히 항균제, 면역억제제, 항암제, 항경련제와 같이 혈중 농도에 따라 용량 조절이 즉각적으로 필요한 약물에서는 Turnaround Time(TAT)이 분석 성능만큼이나 중요한 품질 지표가 된다.

국내 제약사 및 병원 연계 분석 환경에서도 TDM의 패러다임은 빠르게 변하고 있다. 과거에는 하루 1회 batch 분석으로 충분했지만, 최근에는 당일 또는 수 시간 이내 결과 제공이 요구되고 있으며, 이는 결국 sample preparation 단계의 자동화 여부로 귀결된다.

본 글에서는 LC‑MS/MS 기반 TDM 분석에서 전처리 자동화를 통해 TAT를 실질적으로 단축하는 전략을, 단순한 로봇 도입이 아닌 workflow 재설계 관점에서 심층적으로 다룬다.

1. TDM 분석에서 TAT를 결정하는 숨은 병목

1.1 TAT의 실제 구성 요소

많은 분석팀에서 TAT를 ‘기기 분석 시간’으로 오해한다. 그러나 실제 TAT는 다음과 같이 구성된다.

• sample 접수 및 분류
• 전처리 대기 시간
• sample preparation 수행 시간
• LC‑MS/MS 분석
• 데이터 검토 및 결과 보고

이 중 전처리 단계가 전체 TAT의 40–60%를 차지하는 경우가 대부분이다.

1.2 수작업 전처리의 구조적 한계

• operator 의존적 편차
• 야간·주말 대응 불가
• batch 단위 처리로 인한 대기 시간

특히 TDM sample은 소량·불규칙·비예측적 유입이라는 특성을 가지므로, 수작업 기반 시스템에서는 병목이 구조적으로 발생할 수밖에 없다.

2. 전처리 자동화의 본질: 로봇이 아니라 ‘프로세스’

2.1 자동화 도입이 실패하는 가장 흔한 이유

실무에서 자동화 프로젝트가 좌초되는 가장 큰 이유는 기존 수작업 SOP를 그대로 로봇에 옮기려 하기 때문이다.

• pipetting 단계를 그대로 복제
• 불필요한 incubation 유지
• manual QC step의 자동화 미반영

자동화는 기존 프로세스를 빠르게 만드는 것이 아니라, 프로세스 자체를 다시 설계하는 작업이다.

2.2 TDM 전용 workflow 재설계의 출발점

• single‑tube workflow
• minimum handling principle
• random access 처리 가능성

이 세 가지가 자동화 설계의 핵심 기준이 된다.

3. TDM sample 특성을 고려한 전처리 자동화 전략

3.1 Sample volume의 다양성

TDM sample은 20 µL에서 수백 µL까지 다양하다.

자동화 설계 포인트

• volume‑adaptive pipetting
• dead volume 최소화
• micro‑volume loss 모니터링

3.2 Matrix variability

• serum vs plasma
• heparin, EDTA 등 anticoagulant 차이

자동화 환경에서는 matrix 차이에 따른 침전 효율 변화가 증폭되어 나타날 수 있다.

4. 전처리 방식별 자동화 적용 전략

4.1 Protein Precipitation 자동화

장점

• 가장 구현이 쉬움
• high‑throughput 적합

TAT 단축 포인트

• pre‑aliquoted solvent 사용
• vortex 대신 mixing algorithm 적용
• centrifugation 최소화 또는 대체

실제로 PPT 자동화만으로도 TAT 30–40% 단축이 가능하다.

4.2 SPE 자동화: TDM에서 가능한가?

과거에는 SPE 자동화가 TDM에는 부적합하다고 여겨졌다. 그러나 최근에는 상황이 달라졌다.

• positive pressure manifold
• micro‑elution SPE plate

이를 통해 1시간 이내 전처리 완료도 현실적인 목표가 되었다.

4.3 Hybrid 전략

• PPT → online SPE
• PPT → dilution → direct injection

TDM 약물 특성에 따라 hybrid 전략이 가장 효율적일 수 있다.

5. 자동화 장비 선택 시 실무 체크 포인트

5.1 ‘스펙’보다 중요한 것

• pipetting 정확도 at low volume
• tip carryover 관리
• cleaning cycle 설계

5.2 Random access 지원 여부

TDM의 본질은 예측 불가능한 sample flow다.

batch‑only 시스템은 TAT 단축에 한계가 있다.

6. 전처리 자동화와 LC‑MS/MS 분석의 동기화

6.1 Queue 기반 분석 스케줄링

• 전처리 완료 즉시 분석 투입
• night run 자동 연계

6.2 Fail‑safe 설계

• clot sample 감지
• volume 부족 시 자동 flag

자동화는 오류를 없애는 것이 아니라 오류를 조기에 드러내는 시스템이다.

7. TAT 단축 효과의 정량적 평가

7.1 KPI 설정

• sample‑to‑result time
• 재분석률
• 야간 인력 투입 시간

7.2 실제 개선 사례에서 나타나는 공통점

• 평균 TAT 24h → 6–8h
• operator error 감소
• ISR 실패율 감소

8. 규제·품질 관점에서의 자동화 전처리

자동화는 validation 부담을 줄여주지 않는다. 다만 논리를 명확히 만든다.

• operator variability 제거
• traceability 강화
• audit 대응 용이

ICH M10 관점에서도 자동화는 오히려 유리한 위치에 있다.

9. 실무자용 체크리스트

• TDM workflow에서 실제 병목 구간 정의
• 수작업 SOP 재설계 여부 검토
• random access 필요성 평가
• low‑volume pipetting 검증
• carryover 대응 전략 포함
• TAT 개선 KPI 사전 정의

결론

TDM 분석에서 전처리 자동화는 더 이상 ‘미래 기술’이 아니다. 그것은 TAT 요구 수준이 이미 자동화를 전제로 하고 있기 때문이다.

중요한 것은 로봇을 들이는 것이 아니라,

“TDM이라는 분석 목적에 맞게 workflow 전체를 다시 그리는 것”

그 순간, TAT는 자연스럽게 줄어들고 분석팀의 역할은 단순 실행에서 임상 의사결정 지원으로 확장된다.