[바이오타임즈] 살아있는 세포와 조직을 만드는 재생의료 기술이 확대되는 가운데, 차세대 바이오 기술인 '오가노이드'를 적용한 국내 첫 암 환자 대상 임상시험이 시작 단계에 접어들었다. 관련 기업들 잇단 IPO 출격도 이어지면서 바이오의 새로운 화두로 떠오를지 관심이 모인다.

◇ 기존 재생 치료제 한계 극복할 차세대 의약품으로 ‘눈길’

다양한 기술이 의료 산업에 적용되며 비약적인 발전을 이루는 가운데, 인간의 장기 모사체를 실험실에서 키우는 오가노이드가 줄기세포 치료제 등 기존 재생 치료제의 한계를 뛰어넘을 수 있을지 주목된다.

오가노이드는 줄기세포를 3차원적으로 배양하거나 재조합해 만든 장기 유사체로 간, 신장, 대장, 췌장 등의 신체 조직과 기능적으로 동일한 특징을 모사할 수 있어 '미니 장기', '유사 장기'라고도 불린다.

조직 재생을 통해 질환을 치료한다는 점에서는 줄기세포 치료제와 유사하지만, 세포구조 측면에서는 차별점을 보인다. 줄기세포는 단일 세포이지만, 오가노이드는 특정 장기와 비슷한 다세포로 구성된 조직으로 치료 속도를 빠르게 하고 더 높은 효과를 나타낸다고 알려졌다.

줄기세포를 3차원 배양하여 인체 장기를 재현하는 가장 발전된 플랫폼으로 평가되는 오가노이드는 개인 맞춤형 임상시험의 방법론이자 신약 개발에 필요한 동물을 이용하는 전임상 시험을 대체할 수 있을 것으로 예상된다. 

오가노이드는 생체 내와 생체 외 특성을 모두 가진 실험모델로 신약 개발 임상 과정의 초기 단계인 질환 모델링부터 표적발굴 및 표적의 유효성 평가, 유효물질 검색, 선도물질 발굴을 위한 유형성 및 독성 평가까지 전임상에 활용할 수 있다.

지난 2022년 12월 미국 식품의약청(FDA)은 "신약 개발 과정의 독성평가 등에서 동물실험을 대체할 수 있는 방법이 있다면 이를 의무화하지 않아도 된다"는 개정안을 발표한 바 있다. FDA가 동물실험 의무 항목을 삭제하면서 동물실험 대체재로서 오가노이드 수요는 더 많아질 것으로 관측된다.

또한 환자의 줄기세포를 배양해 유사 기관을 제작할 수 있기 때문에 향후 개인 맞춤형 장기 개발에 활용될 수 있을 것으로도 보인다.

생명공학정책연구센터에 따르면 글로벌 오가노이드 시장은 2019년 7,800억 원에서 2027년 3조 8,000억 원으로 연평균 20% 이상 성장할 전망이다.

업계 관계자는 “오가노이드가 글로벌 시장에서 성장성을 인정받고 있다“면서 "지난해 국가 첨단 전략 기술로 오가노이드 기술이 새롭게 선정되면서 국내에서도 오가노이드에 대한 투자와 지원이 이루어질 것으로 기대된다"고 말했다. 이어 "재생 치료제와 같이 오가노이드를 활용한 새로운 치료 기회가 가시화되면 성장성이 높은 기술로 주목받게 될 것"이라고 전망했다.
 

◇ 국내 최초로 오가노이드 적용 임상 돌입… 미충족 의료 수요 충족할까

한국콜마홀딩스 자회사인 넥스트앤바이오는 김재환 분당서울대병원 소화기내과 교수팀과 손잡고 연내 국내 최초 암 환자 임상에 오가노이드를 적용한다고 밝혔다. 국내에서 오가노이드를 실제 의료현장과 임상시험에 적용하는 첫 번째 사례다.

회사 측에 따르면 이번 임상은 기존 췌장암 치료제와 오가노이드의 대조 방식으로 이뤄진다. 오가노이드의 효능을 입증하는 임상시험에 돌입하는 넥스트바이오는 현재 췌장암 환자를 대상으로 한 환자 모집과 막바지 유효성 테스트를 진행 중이다.

넥스트앤바이오의 오가노이드 기술은 지난해 7월 한국보건의료연구원(NECA)으로부터 혁신 의료 기술로 지정되면서 잠재력을 인정받았다. 특정 플랫폼의 조기 시장 진입을 위해 마련된 혁신 의료 기술 제도는 보건복지부의 고시 등을 거쳐 임상에서 선별 급여 또는 비급여 형태로 즉시 활용될 수 있다.

앞서 넥스트앤바이오는 세계 최초 오가노이드 개념을 정립한 네덜란드 기업인 허브 오가노이드와 2021년 기술공유 협약을 맺은 데 이어 지난해에는 한국과학기술연구원(KIST), 유럽연구소, 싱가포르 소재 기업 에임바이텍 등과 공동연구 계약을 체결한 바 있다.

양지훈 넥스트앤바이오 대표는 “전체 췌장암 환자의 80%가 수술이 불가능해 약물 치료에 의존하고 있는 상황”이라며 “개인 맞춤형 치료 시대에 의료진과 환자 모두 만족할 수 있는 명확한 기준을 제시할 수 있도록 오가노이드 기술 개발에 더욱 힘쓰겠다”고 말했다.

넥스트앤바이오는 이번 임상을 발판 삼아 췌장암, 폐암 등 고형암 환자 조직을 기반으로 한 오가노이드 연구개발에 박차를 가할 계획이다. 약물 스크리닝뿐 아니라 신약물질 유효성 분석, 동물실험 대체 서비스, 항암제 공동 개발 등의 분야로 사업 영역을 확장해 글로벌 시장 진출에도 속도를 낼 방침이다.
 

◇ 오가노이드 관련 공동연구 착수… 관련 기업의 IPO 출격도 잇따라

오가노이드 분야는 대부분 연구자용 임상에 머물러 있지만 꾸준히 개발이 이어지고 있다. 티앤알바이오팹는 인체 유래 세포를 이용하고 콜라겐으로 프린팅하는 ‘3D 프린팅’을 주력 아이템으로, 재생의학에 꼭 필요한 고분자, ECM(세포 외 기질), 3D 바이오프린팅 분야, 세포치료제, 조직 재생 기술 등으로 보폭을 넓히고 있다. 

회사는 ‘Preset extrusion(사전 설정 압출)’ 기술로 한국, 일본, 미국 특허도 확보했다. 이 기술은 수백 μm의 혈관 다발을 프린팅하고, 수십 μm 크기의 혈관의 형성을 유도해 실제 생체 조직에 가까운 혈관 구조를 구현한다. 이를 통해 장기 세포 구현을 넘어 모세 혈관 조직까지 나타낼 수 있다.

아울러 티앤알바이오팹은 최근 300억 원대 신규 공장을 건립하고 제품 생산을 앞두고 있어 업계의 이목을 끈다. 규제당국으로부터 치료제 개발을 위한 임상 허가를 받으려면 오가노이드 기반 제품을 인체에 사용 가능할 수 있을 정도의 균일한 생산 공정을 선제적으로 갖춰야 한다.

최근 UCSD(캘리포니아대학교 샌디에이고) 의과대학 엘리슨 무오트리 교수팀과 뇌 오가노이드(장기유사체) 개발을 위한 공동연구 MOU(양해각서)를 체결하기도 했다.

UCSD의 무오트리 교수는 뇌 신경계 연구 분야의 세계적 권위자로, 역분화 줄기세포를 이용한 분화 기술을 통해 뇌를 구성하는 다양한 신경세포를 확보하고, 이를 바탕으로 3차원 미니 뇌 조직인 뇌 오가노이드를 만들어 인간 신경계의 발달, 진화, 장애에 대한 이해를 높이는 연구를 진행하고 있다. 이러한 뇌 오가노이드 연구를 고도화하기 위해 티앤알바이오팹과 한국공학대학교가 보유한 역분화 줄기세포 기술, 생체재료 기술, 3D 바이오프린팅 기술을 융합해 3차원 뇌 오가노이드를 개발하는 데 상호 협력하기로 했다.

심진형 티앤알바이오팹 CTO 이사는 “피부, 간, 혈관 조직 개발에 이어 이번 공동연구 협약으로 뇌 분야까지 기술력을 확장하고, 동물실험을 대체하는 오가노이드 상업화에도 주력하겠다”고 밝혔다. 이어 “난치성 뇌 질환 분야를 연구하는 데는 오가노이드 관련 기술이 필수적이며, 이를 통해 뇌 분야의 과학적 난제 해결에 기여할 수 있을 것으로 판단한다”고 전했다.

강스템바이오텍은 서울대학교와 공동연구를 통해 세계 최초로 사람 피부와 완벽하게 같은 형태의 유도만능줄기세포 유래 피부 오가노이드를 구현했다. 정상 피부조직에서 발현되는 대부분 세포와 조직을 갖추고 있으며 특히, 기존의 인공피부에서는 구현할 수 없었던 모낭(Hair Follicle) 조직을 구조적‧기능적으로 재현해 탈모 관련 유효물질 연구에 적합하다.

또한, 기존 효능평가 시스템은 단편적인 기전 및 효능에 국한됐지만, 피부 오가노이드 기반 효능평가 플랫폼은 약물과 인체 피부 환경 간의 복합적 상호작용을 확인할 수 있다. 이에 임상시험과 유사한 신뢰도로 유효성 예측이 가능할 것으로 기대된다.

오가노이드 기술 기반 기업의 IPO 시도도 이어지고 있다. 오가노이드사이언스는 국내 최초로 오가노이드를 활용한 재생 치료제를 개발 중인 기업으로, 코스닥시장 기술 특례상장을 위한 기술성 평가를 이달 말 신청할 예정이다. 오가노이드사이언스는 성체줄기세포를 사용한 오가노이드로 세포치료제 및 약물 스크리닝 기술을 보유하고 있다.

자체 개발한 장 오가노이드 치료제 아톰(ATORM)-C는 임상 1상 투여를 앞뒀고, 침샘 오가노이드 치료제 아톰-S, 간 오가노이드 '아톰-L' 등도 개발 속도를 내고 있다.

이와 함께 오가노이드 기반 약물 스크리닝 플랫폼 '오디세이'를 제공한다. 지난해에는 연구자가 편리하게 오가노이드를 배양할 수 있도록 돕는 올인원 솔루션 '오가노(organo)EZ'을 선보인 바 있다.

넥셀은 이달 코스닥 상장 예비 심사신청서를 제출할 계획이다. 넥셀은 인간 배아줄기세포 및 유도만능줄기세포(iPSC)에서 유래한 심근·간·신경 세포를 개발한다. hiPSC를 다양한 체세포로 분화해 제품화하고, 이를 활용한 신약 독성 및 유효성 스크리닝 플랫폼을 보유하고 있다. 또 넥셀은 현재 상용화된 세포 제품 등을 통해 동물 대체실험 독성평가가 가능한 '넥스트 서비스'를 제공하고 있다.

회사는 최근 중국 쑤저우에 뉴오신테바이오테크놀러지라는 명칭의 지사 설립을 완료했다. 뉴오신테바이오테크놀러지는 자체적인 기술을 바탕으로 넥셀과 별도로 간 그리고 뇌 오가노이드를 개발하고, 오가노이드를 활용한 질환 모델링 및 뇌 신경계 신약후보 물질의 발굴을 위한 연구를 병행하는 것을 목적으로 한다.

[바이오타임즈=김가람 기자] news@biotimes.co.kr