미니 장기의 혁명: 오가노이드, 동물실험을 넘어선 미래를 열다

오가노이드, 생명 과학의 새로운 지평을 열다

신장 오가노이드(미니 신장) 사진을 보고 어떤 게 떠오르시나요. 심해 해파리? 특이한 그림? 복잡한 컴퓨터 그래픽? 이건 신장 ‘오가노이드(organoid)’, 일명 ‘미니 신장’인데요. 오가노이드라는 단어가 생소할 겁니다. 오가노이드는 장기를 뜻하는 ‘organ’에 비슷하다는 의미를 지닌 ‘-oid’를 더한 말로, 사람의 줄기세포를 3차원으로 배양해 만든 인공 ‘미니 장기’를 일컫습니다. 어린 시절, 오색찬란한 레고 블록을 쌓아 집과 자동차는 물론, 심지어 공원과 동물원까지 완성할 수 있는 무한한 상상의 세계가 펼쳐졌던 기억이 있을텐데요. 각진 작은 블록 하나하나는 그 자체로는 단순해 보이지만, 여러 개가 모이면 세상에 하나뿐인 정교하고 복합적인 창조물을 만들어 낼 수 있습니다. 이제 연구실에서도 과학자가 ‘세포’라는 생명의 레고 블록을 이용해 사람의 간, 장, 뇌 등 복잡한 인체 장기를 작은 미니어처로 조립할 수 있게 됐습니다. 바로 앞서 설명한 오가노이드라는 놀라운 기술 덕분입니다. 이번 [문형민의 알아BIO]에서는 오가노이드의 개념과 장·단점, 그리고 관련 시장 등을 두루 알아봅니다.

 

 

 

 

미니 장기, 동물실험을 대체하는 혁신적인 도구

줄기세포나 특정 체세포에 영양분과 성장인자를 조합해 공급하면, 세포가 자발적으로 모여들어 실제 장기의 3차원 형태와 유사한 미니 구조물인 ‘오가노이드’를 만듭니다. 이 미니 장기들은 실제 장기와 조직의 다양한 세포 조성을 띠고, 일부는 장기 고유의 기능까지 수행할 수 있습니다. 특정 장기뿐 아니라, 서로 연결된 신체의 일부 시스템까지도 모사해낼 수 있다는 점에서, 오가노이드는 인체 생리와 질병을 연구하는 획기적인 도구가 됐습니다. 기존에는 신약을 개발할 때 동물실험으로 효능과 안전성을 확인하던 것이 일반적이었는데요. 오가노이드의 등장으로 사람의 실제 장기 조직과 유사한 구조물로 연구개발(R&D)을 할 수 있게 됐고, 약물의 효과와 부작용을 보다 정밀하게 점검할 수 있게 됐습니다. 실제 정확도 측면에서 오가노이드는 환자 유사성이 85%에 달하지만, 동물실험의 경우 인체 임상과의 연관성이 5~10%에 그칩니다.

 

 

 

 

윤리적 문제와 비용 절감, 오가노이드가 가진 매력

오가노이드의 또 다른 장점으로 동물실험을 대체할 수 있어 각종 윤리적 이슈에서 벗어날 점이 꼽힙니다. 지난 5년간 국내에서 신약 실험에 사용된 동물은 1,461만 마리이며, 전 세계에서는 연간 5억 마리가 사용됩니다. 동물실험의 윤리적 문제를 이유로 지난 4월 미 식품의약품청(FDA)은 임상시험 첫 단계로 요구하던 동물실험을 단계적으로 폐지한다고 밝히기도 했습니다. 오가노이드는 윤리적인 문제뿐만 아니라 비용과 시간 측면에서도 우수성을 나타냅니다. 통상적으로 일반 오가노이드를 배양하는데 걸리는 시간은 2~3주, 비용도 50~100달러에 그쳐 경제적입니다.

 

 

 

 

기술적 한계와 극복을 위한 노력

다만, 아직 오가노이드 기술이 초기 단계인 만큼 혈관, 신경 등 복잡한 미세구조를 구현하는 데 한계가 있습니다. 또, 다양한 종류의 장기 배양과 대량생산이 현재로선 쉽지 않고, 품질관리, 산업화 표준 부재 등 제도적 한계도 존재합니다. 제약·바이오 업계 한 관계자는 "당장 동물 실험을 대체할 방법들의 데이터가 쌓이려면 시간이 걸릴 것“이라며 ”FDA의 추가적인 로드맵이 나와야 오가노이드 산업 방향을 판단할 수 있을 것"이라고 설명했습니다. 이러한 한계들을 극복하기 위해 여러 기업들은 첨단기술과 융합해 돌파구를 마련하고 있습니다. 특히 미세유체칩과 3D 바이오프린팅 등 차세대 공학기술과 결합해 세포간 상호작용, 혈관 신생 등 인체 특유의 미세 환경 구현 연구가 활발히 진행되고 있고요. 또, 최근에는 간, 장, 뇌 등 서로 다른 오가노이드를 유기적으로 연결해 실제 인체에서 일어나는 복합적 장기 상호작용을 모사하는 ‘멀티-오가노이드’ 기술도 속속 개발되고 있습니다.

 

 

 

 

미래를 향한 오가노이드 기술의 진화

이로써 신약 개발 과정에서 약물의 전신적 반응을 예측하거나, 복합 질환 모델 연구 등으로도 적용 범위가 넓어지고 있는 추세입니다. 아울러, 오가노이드 기술이 본격적으로 산업화 단계에 진입하면서 일관성 있는 대량 생산과 표준화, 자동 분석 플랫폼 개발 경쟁도 치열한데요. 로봇 공정, 인공지능(AI) 모델, 자동 배양기 등 첨단 시스템이 도입돼 실험 효율이 크게 높아지고 있습니다. 또한 환자의 유전정보를 반영한 맞춤형 오가노이드 제작이 활기차게 이루어지면서, 정밀의학 실현과 수요 기반 신약 평가에 대한 기대도 커지고 있습니다.

 

 

 

 

삼성바이오로직스, 오가노이드 시장에 출사표

글로벌 오가노이드 시장은 2022년 10억 달러(약 1조3천억 원) 규모에서, 2030년에는 50억 달러(약 6조5천억 원)를 넘어설 전망입니다. 연평균 성장률은 약 25% 수준입니다. 가파른 시장 성장세에 미국, 유럽뿐 아니라 일본, 싱가포르, 중국 등에서도 국가 차원의 기술 투자와 민간기업 육성 경쟁이 치열하게 펼쳐지고 있습니다. 스위스 제약사 로슈는 글로벌 제약사 중 가장 큰 오가노이드 연구소를 운영하고 있는데요. 2023년 인체생물학연구소(IHB)를 설립하고 뇌, 신장, 폐 등 여러 종류의 오가노이드를 개발하고 있습니다. 영국 제약사 아스트라제네카는 혈액암 치료제 개발에 오가노이드를 활용하고 있습니다. 국내에서도 오가노이드에 대한 관심이 커지며 여러 기업들이 활발하게 진출하고 있습니다. 최근에는 미국 보스턴에서 열린 '바이오USA 2025' 행사에 참석한 삼성바이오로직스가 ‘삼성 오가노이드’를 론칭했다고 밝히며 이 시장에 본격적으로 뛰어들었습니다. 삼성바이오로직스는 오가노이드 사업 분야 중 우선 ‘암 환자 유래 오가노이드’를 활용한 항암 신약 후보 물질 발굴을 돕는다는 계획입니다. 암 환자 세포를 배양해 만든 오가노이드에 신약 후보 물질을 투입해 효능을 평가하는 방식입니다.

 

 

 

 

오가노이드, 생명 과학의 미래를 엿보다

오가노이드는 동물실험의 윤리적 문제와 한계를 극복하고, 신약 개발의 효율성을 높이는 혁신적인 기술입니다. 삼성바이오로직스의 시장 진출을 통해 더욱 발전할 오가노이드 기술은 정밀의학 시대를 앞당기는 데 기여할 것입니다.

 

 

 

 

자주 묻는 질문

Q.오가노이드 기술의 가장 큰 장점은 무엇인가요?

A.동물실험을 대체하여 윤리적 문제를 해결하고, 신약 개발의 정확성과 효율성을 높일 수 있다는 점입니다.

 

Q.오가노이드 기술의 현재 한계는 무엇인가요?

A.복잡한 미세 구조 구현의 어려움, 다양한 종류의 장기 배양 및 대량 생산의 제한, 산업화 표준 부재 등이 있습니다.

 

Q.오가노이드 기술의 미래는 어떻게 전망되나요?

A.첨단 기술과의 융합을 통해 기술적 한계를 극복하고, 맞춤형 오가노이드 제작을 통해 정밀의학 실현에 기여할 것으로 예상됩니다.