[바이오타임즈] 오가노이드가 글로벌 차세대 기술로 꼽히면서 정부도 이를 강화하는 지원책을 마련하고 있다. 이러한 기조에 시장도 활기를 되찾고 있다. 오가노이드 개발사는 자체 개발 역량을 높이는가 하면, 공동개발 등으로 경쟁력을 점차 높이는 분위기다.

◇오가노이드가 의료계에서 차세대 기술로 주목받는 이유는?

'미니 장기', '유사 장기'로 불리는 오가노이드는 줄기세포를 3차원적으로 배양하거나 재조합해 만든 장기유사체다. 신약개발 및 질병치료와 인공장기 개발 등의 목적으로 다양한 활용이 가능해 시장이 점차 확대되고 있다.

오가노이드가 의료 분야에서 차세대 기술로 평가되는 이유는 재생치료제로서의 가능성을 높인다는 점이다. 동물실험을 대체하고 임상시험의 정확도와 비용 및 시간을 절감할 수 있다는 측면에서도 오가노이드 시장 확대가 기대되는 상황이다.

무엇보다 오가노이드는 자가증식능력과 분화능력을 갖추고 있어 재생치료제로서 큰 가능성을 가진다.

조직 재생을 통해 질환을 치료한다는 점에서는 줄기세포 치료제와 비슷하지만, 세포 조직에 있어서 재생세포로 익히 알려진 줄기세포와 차별점을 지닌다. 줄기세포는 단일 세포인 반면, 오가노이드는 특정 장기와 유사한 다세포로 재생 능력과 정착 능력이 더 뛰어나 치료 효과와 속도를 높인다.

오가노이드는 동물실험을 대체해 약물의 위험성을 초기에 발견하고 효능을 평가할 수 있다. 또 동물에서 확인할 수 없는 모델을 설계할 수 있고 신뢰도 높은 결과 확인도 가능하다.

이에 따라 인공장기 오가노이드가 동물임상 대체제로 주목받으며 관련 연구와 치료제 개발에 속도가 붙고 있다.

전 세계적으로 한 해에 동물 실험에 희생되는 동물은 약 5억 마리에 육박한다. 의약품의 안전성과 효능을 확인하기 위해 동물을 동원한 실험이 필수라고 여겨져 왔다. 하지만 동물단체 등에 따르면 인간과 동물이 공유하는 질병은 1.16%(약 350가지)에 불과하며 동물 실험 결과가 인간 임상 실험에 나타날 확률은 약 5~10%에 불과하다.

미국, 유럽연합 등에서는 이미 동물실험보다 더 안전하고 과학적인 동물대체시험을 연구 개발해 적극적으로 활용하고 있다. 지난 2022년 FDA가 동물실험 의무 항목을 삭제하면서 동물실험 대체재로서 오가노이드 수요는 더 많아질 것으로 관측된다.
 

이에 따라 미국, 유럽뿐만 아니라 국내서도 오가노이드가 중요한 산업으로 인식되며 앞으로 관련 시장도 커질 것으로 관측된다. 임상시험을 추진함에 있어서도 시간과 비용을 단축해 개발사 리스크를 줄일 수 있다.

동물을 대상으로 하는 임상의 경우, 생산의 조건과 건강 상태 확인 등 실험 대상이 환경에 적응하는 순화 과정과 정상 동물에 수술, 약물 투여로 질환 모델을 만드는 과정에서 상당한 시간과 비용이 소요된다.

반면 오가노이드를 활용한 임상은 불필요한 동물실험이나 임상시험을 줄여 치료제 개발 속도를 높일 수 있다.

◇K-오가노이드, 6조 원 시장 도전에 정부 지원 강화로 속도↑…AI 접목한 기술도 글로벌 관심 높여

한국바이오협회 ‘국내외 오가노이드 규제 및 산업 현황’ 자료에 따르면, 글로벌 오가노이드 시장 규모는 2023년 약 14억 2,000만 달러(한화 약 2조 원)에서 오는 2028년 43억 8,000만 달러(약 6조 원)로, 연평균 25.2% 성장이 예상된다.

정부는 지난해 제2차 '국가첨단전략산업위원회'에서 오가노이드를 첨단전략기술 중 하나로 지정해 법적근거를 마련했다.

지난 2월에는 첨단재생의료 및 첨단바이오의약품 안전 및 지원에 관한 법률 일부개정안이 국회 본회의를 통과했다. 개정안의 주요 골자는 중대·희귀·난치성 질환 등에 한해 첨단재생의료 치료를 할 수 있는 법적 근거를 마련하는 것으로, 정부 지원 기조에 힘입어 국내 오가노이드 개발 기업도 임상에 속도를 내고 있다.

오가노이드 개발이 지속해 이뤄지고, 공동연구 등 통해 활용 범위가 점차 확대되면서 성과 창출에 대한 기대감이 높아지고 있다.

특히 AI를 접목한 AI지원 오가노이드의 출현은 오가노이드의 개발 및 임상적용을 촉진할 수 있는 새로운 통찰력과 방법론을 제시해 오가노이드 분야에 큰 변화를 불러올 것으로 예상된다.

신속한 스크리닝, 효율적인 비용, 멀티오믹스 데이터 분석의 간소화, 정확한 비임상 평가 및 적용 등 AI 기술과의 융합은 다양한 장점을 가진다.

한국바이오협회는 "오가노이드 시스템은 질병 모델링, 약물연구, 정밀의학, 재생의학 등의 분야에서 활발히 활용되고 있으며, 다양한 오가노이드 기술의 빠른 발전은 생리학적 또는 병리학적 조건 하에서 세포발달, 조직유지 및 병의 원인을 연구할 수 있는 더 나은 기회를 제공할 것"이라면서 "최근 동물모델 사용을 줄이려는 욕구에 관련 분야의 기술 개발이 더욱 촉진할 것으로 보인다"고 전망했다.

덧붙여 "앞으로 오가노이드의 개발을 위하여 일부 마커 또는 기능 분석에만 초점을 맞추기보다는 생체 내 구조와 기능을 가능한 한 충실하게 재현하는 더욱 복잡한 모델을 개발하고, 자연 조직 구조를 구현할 수 있는 연구를 수행해야 할 것"이라고 강조하면서 "연구의 정확성을 더욱 향상하기 위해 오가노이드 기술을 다른 첨단 기술 및 모델과 결합하는 데 중점을 두는 동시에 AI 기반 연구에 대한 적절한 감독과 규제 법적 영향도 고려할 필요성이 있다"고 말했다.
 

◇오가노이드 바이오텍 개발 현황은?...자체 개발 및 공동연구 증가 추세

최근 가시화한 연구 성과 공개로 기대감을 높이는 오가노이드 관련 국내 주요 개발사는 그래디언트 바이오컨버전스, 티앤알바이오팹, 넥셀, 오가노이드사이언스, 넥스트앤바이오, 셀인셀즈 등이다.

그래디언트 바이오컨버전스는 세계 최대 규모의 오가노이드 빅데이터에 독자적인 AI 기술을 적용해 혁신신약 타깃을 발굴하는 국내 최초의 오가노이드 전문기업이다.

최근 암 환자 유래 오가노이드(patient-derived organoid·PDO) 플랫폼을 활용한 연구 성과를 공개했다. 회사 측에 따르면 그래디언트 바이오컨버전스가 구축한 PDO는 임상정보, 유전체 분석(NGS), 약물반응성 등의 데이터와 함께 융합돼 차별화된 신약 맞춤형 솔루션 제공이 가능한 것이 특징이다.

또한 자체 개발한 PDO 통합 관리 시스템(PDO LIMS)을 활용한 빅데이터 구축 체계 및 다양한 암종 레퍼토리에 대한 항암제 개발사의 호응이 높다. 회사가 보유한 700종 이상의 암 PDO 뱅킹은 상당수가 자가 유래 면역세포 및 정상 오가노이드와 매칭돼 있을 뿐만 아니라 바이오마커 및 합성치사 기전 발굴에 즉시 활용 가능하다.

또한 회사는 타깃 발굴 과정에서 자체 수립한 오가노이드 약물평가 플랫폼 기술과 다양한 오가노이드 레퍼토리를 통해 국내외 파트너사들과 다양한 형태의 공동연구 계약을 끌어내고 있다.

AI 신약개발 기업 닥터노아바이오텍과 희귀질환치료제 개발을 위한 연구협력을 체결해 환자 유래 PDO 플랫폼과 닥터노아바이오텍의 AI 기반 신약개발 플랫폼(ARK platform)을 활용한 공동연구를 수행할 예정이다.

이와 함께 오가노이드를 활용한 희귀질환 연구 플랫폼을 개발하며 그동안 적합한 동물 모델이 없어 연구 개발에 어려움을 겪고 있던 희귀질환치료제 개발에 새로운 방향성을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 유전체 및 임상 정보 기반의 환자별 맞춤형 치료제 추천과 함께 환자 반응 예측이 가능한 AI 소프트웨어를 구축한 디지털 헬스케어 스타트업 휴레이포지티브와 AI 정밀의료에 대한 업무협약을 체결했다.

이번 협약에 따라 그래디언트 바이오컨버전스는 암 환자 유래 PDO 플랫폼을 활용해 검증한 치료 반응 데이터를 제공하고, 휴레이포지티브는 의료 AI 소프트웨어로 예측한 치료 반응과 실제 치료 반응을 상호 비교함으로써 의료 AI 소프트웨어의 성능을 고도화할 계획이다.

넥스트앤바이오는 암 분야에 특화된 오가노이드 기술을 보유하고 있어 췌장암 등 미충족 의료수요가 큰 질환의 정밀치료 및 신약개발의 기대감을 높이고 있다. 넥스트앤바이오는 올 하반기 국내 최초로 췌장암 환자를 대상으로 한 임상시험에 돌입한다.

시중에 나와 있는 췌장암 치료제 가운데 개별 환자에게 어떤 약이 가장 잘 듣는지 오가노이드에 먼저 시험한 뒤 이를 환자에 투입해 대조해 보는 형태다.

회사는 이번 임상을 발판 삼아 췌장암, 폐암 등 고형암 환자 조직을 기반으로 한 오가노이드 연구개발에 박차를 가할 계획이다.

다른 제약·바이오 기업과 협업도 활발히 진행 중으로, 오가노이드의 활용 영역을 넓혀가고 있다. 최근에는 순환종양세포(CTC) 기반 액체생검 전문기업 싸이토젠과 업무협약을 맺고, CTC 오가노이드를 통해 전이암 환자에 대한 정확한 약물 평가를 수행, 암 정밀 의료를 실현한다는 계획이다.

앞서 지난 2월에는 뇌 질환 신약개발 기업인 소바젠과 뇌 오가노이드를 활용한 난치성 뇌 질환 치료제 개발을 위한 연구용역 계약을 체결했다. 이를 통해 오가노이드의 활용 범위를 기존 암종 외에 뇌전증, 교모세포종, 알츠하이머 등 난치성 뇌 질환까지 확장한다는 방침이다.

넥셀은 배아줄기세포 및 유도만능줄기세포(iPSC) 기술을 개발 중으로, 최근 코스닥 상장을 위한 기술성 평가를 통과했다.

회사는 인간유도만능줄기세포(hiPSC)를 다양한 체세포로 분화해 제품화하고, 이를 활용한 신약 독성 및 유효성 스크리닝 플랫폼을 보유하고 있다. iPSC는 성체 세포에서 직접 제작할 수 있는 분화만능 줄기세포이다. 

넥셀은 hiPSC 분화기술을 기반으로 다양한 hiPSC 유래 세포제품을 미국, 인도, 일본, 중국 및 영국시장에 수출하고 있다. 또 심근세포를 활용한 심장 안전성 평가와 약물 평가 서비스를 제공하고 있으며, 최근 중국과 일본에도 사업을 개시했다.

오가노이드사이언스는 성체줄기세포를 사용한 오가노이드로 세포치료제 및 약물 스크리닝 기술을 보유하고 있다. 자체 개발한 장 오가노이드 치료제 아톰(ATORM)-C는 임상 1상 투여를 앞두고 있다.

셀인셀즈는 피부재생, 연골재생, 혈관 생성 등 다양한 질환의 오가노이드 재생치료제 파이프라인을 보유하고 있으며, 95% 이상 확률로 균일한 오가노이드를 대량 생산할 수 있는 기술을 갖고 있다. 기술 확장과 고도화를 위해 오가노이드와 AI 기술을 융합해 생산공정 자동화, 기준 및 시험방법 마련, 대량 생산 최적화 솔루션 개발 등을 추진 중이다.

[바이오타임즈=김가람 기자] news@biotimes.co.kr