한국생명공학연구원 연구실에서 제조된 오가노이드를 현미경으로 관찰하는 모습(한국생명공학연구원 제공)

장기 일부를 구현한 오가노이드는 종양 연구 등 임상시험 환경으로 쓰인다. 신약 물질 검사 등에서 동물 실험을 대체할 수 있어 관련 시장도 연간 32%가량 성장할 것으로 전망된다.

27일 과학계에 따르면 '미니 장기'라고도 불리는 오가노이드는 다양한 장기로 분화하는 줄기세포를 활용해 장기 육편을 배양하는 기술이다. 단백질을 3차원 배양한 배양육과 달리 발달, 재생력 등 생명 활동이 구현됐다.구본경 기초과학연구원(IBS) 유전체교정연구단장은 "배아줄기세포를 바탕으로 배아 발달을 모사하거나 성체줄기세포의 재생력을 이용해 장기 배양체를 만들 수 있다"고 설명했다.

최초의 오가노이드는 2009년 생쥐 직장에서 채취한 줄기세포로 만들어졌다. 최근에는 인간 줄기세포에 기반한 오가노이드가 나와 난치병 치료 연구나 신약 개발에 활용되고 있다.

한국과학기술기획평가원(KISTEP)의 2018년 기술 동향 브리프에 따르면 암 환자 줄기세포로 만든 오가노이드는 개인의 유전적 차이를 반영한 항암 약물 개발에 쓰일 수 있다.구 연구단장은 오스트리아 연구진과 협업해 종양의 발달 과정을 밝혀내는 연구를 장 오가노이드에서 수행했다. 이는 지난해 학술지 '사이언스 어드밴시스'에 발표됐다.

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또 오가노이드를 인체장기칩과 조합하는 방법도 연구 중이다. 이는 회로가 탑재된 미세유체칩 위에 배양된 오가노이드 조직을 결합한 것이다.

이를 통해 고도화된 오가노이드 기법은 동물실험을 대체하는 데 쓰일 수 있다. 신약 후보 물질이나 화장품 등의 독성을 시험하는 데 적용되는 식이다.

KDB미래전략연구소의 '동물대체시험법 기술 및 산업 동향' 보고서는 주요국 주도로 실험동물 동물 대체 수요가 증가하며 관련 시장이 동반 성장할 것으로 예측했다.

글로벌 장기 칩 시장은 2022년 8787만 달러에서 2029년 6억2100만 달러로 연평균 32.21% 지속 성장할 전망이다.

기술을 고도화하려면 장기체가 인체 내 다양한 요소 혹은 장기끼리 상호작용하는 것을 구현해야 한다. 실제 임상 환경에서는 혈관, 면역계, 미생물 등이 변수로 작용한다. 이런 변수 없이 단일 장기만 구현해서는 전신 환경에서 나타날 독성 위험을 놓칠 수 있다.

손미영 한국생명공학연구원 줄기세포융합연구센터장은 "칩 기술은 오가노이드의 약물 독성의 평가모델 기능을 고도화시킬 것"이라며 "전신을 순환하며 흡수되는 경구투여 약물 등을 실험할 때 장기 칩 기반 플랫폼이 활용될 수 있다"고 설명했다.

칩 기술이 적용됐어도 여전히 오가노이드의 신뢰성을 끊임없이 검증하고 기존 동물 실험 데이터와 비교해야 한다는 제언도 뒤따랐다.

손 센터장은 "오가노이드 기술은 결국 많은 레퍼런스 데이터가 쌓여야 진정 동물실험을 대체할 수 있다"며 "축적된 동물실험 데이터와 상호보완해 기술 신뢰성을 높여야 한다"고 당부했다.


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