전 세계가 오가노이드에 주목하고 있다. 연구용 질환 모델에서 신약평가, 동물대체시험, 재생의료까지 활용 범위가 빠르게 넓어지고 있기 때문이다.

17일 경기 성남 판교 차바이오컴플렉스에서 열린 ‘오가노이드 디벨로퍼 컨퍼런스 2026(ODC26)’ 세션1 ‘성찰적 전환: 오가노이드 트렌드’에서는 오가노이드의 임상·상용화 현황과 과제가 집중 조명됐다.

다카하시 마사요 Vision Care 대표, 이경진 오가노이드사이언스 CTO, 타다유키 타니무라 Cuorips 부사장이 망막·장 오가노이드와 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPSC) 심근세포 패치의 임상, 제조. 규제 경험을 공유했다.

세 발표에서는 품질관리(QC)와 제조 재현성, 규제 전략이 핵심 과제로 반복해서 제시됐다.

다카하시 대표는 같은 세포주에서도 기능 차이가 발생할 수 있어 기능적 QC가 중요하다고 설명했고, 이경진 CTO는 임상 등급 제조와 자동화를 통한 변동성 관리 전략을 제시했다. 타니무라 부사장은 18년에 걸친 개발 경험을 바탕으로 장기 연구개발 지원과 기관 간 역할 분담, 초기 규제기관 소통의 중요성을 강조했다.

망막 오가노이드,  숙주 신경망 연결로

다카하시 대표가 제시한 망막 오가노이드의 핵심은 여러 종류의 망막세포가 함께 존재하는 3차원 조직을 이식해 숙주 망막과 신경망을 다시 연결하는 것이다.

다카하시 대표는 “광수용체만으로는 신경망을 다시 만들기 어렵다”며 “뮐러세포와 수평세포 등 주변 세포가 함께 있어야 숙주 신경과 시냅스를 형성할 수 있다”고 설명했다.

발표에 따르면, 세포 현탁액보다 망막 오가노이드의 이식 후 생존이 양호했고, 동물모델에서는 숙주 신경세포가 이식편 쪽으로 돌기를 뻗으며 연결을 형성했다. 그는 “치료 성공 여부는 세포 제품만이 아니라 숙주 환경도 좌우한다”고 강조했다.

실제 임상에서는 진행성 망막색소변성증 환자 2명에게 동종 iPSC 유래 망막 오가노이드 시트를 이식했다. 공개된 연구에서는 이식편이 2년 동안 안정적으로 생착했고 두 환자 모두에서 중대한 이상사례가 확인되지 않았다.

다카하시 대표는 첫 번째 환자의 치료한 눈에서 망막 감도 개선이 관찰됐고, 치료 전 손동작 정도만 인지하던 환자가 약 1년 뒤 큰 글자를 읽을 수 있었다고 설명했다. 반면 두 번째 환자에서는 뚜렷한 개선을 검출하지 못했다. 그는 초저시력 환자의 작은 국소 변화를 포착할 평가법이 충분하지 않다는 점도 짚었다.

연구진은 숙주와 이식편의 연결을 강화하기 위해 ISL1(Islet-1) 유전자를 제거한 망막 오가노이드도 개발하고 있다. ISL1 결손으로 이식편 유래 ON-양극세포를 줄여 숙주 양극세포와 이식된 광수용체의 연결 경쟁을 낮추는 전략이다.

최근 영장류 전임상 연구에서도 ISL1 결손 망막 오가노이드가 숙주 양극세포와 시냅스를 형성하고 일부 이식안에서 기능적 신호 전달을 보였다.

다카하시 대표가 특히 강조한 과제는 QC다. 같은 세포주에서 만든 오가노이드라도 형태와 생착은 비슷하면서 전기생리학적 기능은 달라질 수 있기 때문이다. 그는 “오가노이드 품질관리는 정말 어렵다”며 “같은 세포주에서도 기능이 달라질 수 있기 때문에 적합한 세포주 선정과 기능적 평가가 중요하다”고 말했다.

ATORM-C, 손상 장 점막 직접 재생

이경진 CTO는 오가노이드사이언스가 개발 중인 자가 성체줄기세포 유래 장 오가노이드 치료제 ‘ATORM-C’의 임상 개발 현황을 소개했다. ATORM-C는 대장내시경 생검 조직에서 장 줄기세포를 확보해 오가노이드로 증식한 뒤 손상된 장 점막에 다시 투여하는 방식이다.

이 CTO는 10mg 미만의 조직, 약 3개의 생검 검체만으로 오가노이드 배양을 시작할 수 있다고 설명했다. 이후 내시경을 통해 궤양 부위에 투여해 생착과 조직 재생을 유도한다.

기존 염증성 장질환 약물치료가 주로 면역·염증 경로를 조절하는 데 초점을 맞춘다면, ATORM-C는 조직 특이적 줄기세포를 손상 부위에 직접 공급해 장샘(crypt) 구조를 다시 형성하는 직접 재생을 주요 작용기전으로 개발하고 있다.

이 CTO는 “오가노이드사이언스가 목표하는 작용기전은 직접 재생”이라면서 “파라크린 효과만을 이용하는 것이 아니며, 조직 특이적 줄기세포를 직접 넣어 손상 부위를 재생하는 것이 핵심”이라고 말했다. 전임상에서는 항염증·혈관신생 등 파라크린 효과도 부가적으로 관찰됐다.

오가노이드사이언스는 지난 3월 식품의약품안전처로부터 대장 궤양을 동반한 크론병 환자 대상 ‘ATORM-C’ 임상 1상을 승인받았다. 공개·순차적 용량증량 방식으로 안전성과 내약성을 평가하고 최대내약용량(MTD)과 임상 2상 권장용량(RP2D)을 결정한다. 목표 환자 수는 18명이다.

앞서 진행한 첨단재생의료 임상연구에서는 베체트 장염 환자 4명의 결과도 제시했다. 발표 기준, 26주 궤양 치유율은 75%(3명/4명), 임상 증상 개선은 100%(4명/4명), 궤양 면적 중앙값은 기저치 대비 58% 감소했다. 중대한 이상사례(SAE)는 없었고, 치료 관련 이상사례 2건은 일시적 C반응성단백질(CRP) 상승으로 모두 Grade 1이었다.

이 CTO는 “실험실에서 개념검증까지는 가능하지만 이후에는 검증, 특성분석, 재현성을 갖춘 임상 등급 제품을 만들어야 한다”고 말했다. 여러 세포가 3차원 구조를 이루는 오가노이드 특성상 단일 세포 중심의 세포치료제보다 품질 특성 규정도 복잡하다.

회사는 후속 침샘 오가노이드 ‘ATORM-S’ 개발 과정에서 신경성장인자수용체(NGFR)를 줄기세포 특성을 나타내는 후보 마커로 제시했다.

동물 손상모델에서는 NGFR 계통 세포가 도관세포와 선방세포로 분화하는 양상을 확인했다. 자가 세포 제품의 배치 간 변동성을 줄이기 위한 휴머노이드 로봇·AI 기반 생산 자동화 시스템은 프로토타입을 완성하고 실제 생산 적용을 준비 중이다.

18년 걸린 iPSC 심근패치…제조·규제·물류가 상용화 좌우

타니무라 부사장은 일본 Cuorips의 동종 iPSC 유래 심근세포 시트 ‘리하트(RiHEART)’가 연구에서 제품으로 전환되기까지 약 18년이 걸린 과정을 공개했다.

리하트는 표준치료에도 효과가 충분하지 않은 허혈성 심근병증에 따른 중증 심부전을 대상으로 올해 3월 일본 후생노동성으로부터 조건부·기한부 제조판매 승인을 받았다. 승인기한은 7년이다. 세계 최초로 승인된 iPSC 유래 심근세포 시트다.

리하트는 심근을 직접 대체하지 않는다. Cuorips는 심장 표면에 부착한 시트에서 분비되는 사이토카인 등의 파라크린 작용이 환자의 심근 상태 개선에 기여하는 것으로 설명한다. 다만 작용기전은 아직 완전히 규명되지 않았다.

타니무라 부사장은 “과학은 처음부터 어려웠고 끝까지 어려웠다”며 “제품을 앞으로 움직인 것은 10년을 내다본 장기 계획과 여러 기관의 협업이었다”고 말했다. 이어 “대학 하나, 기업 하나만으로는 할 수 없었다”고 강조했다.

약 1억개 세포를 한 번에 투여하는 제품 특성상 잔존 미분화 iPSC 제거 기술을 확립하는 데만 5~6년이 걸렸다. iPSC 증식·심근세포 분화·정제·동결보존·패치 형성·운송 등 6개 공정을 각각 최적화해야 했고, 한 단계의 조건을 바꾸면 다른 공정도 다시 조정해야 했다.

물류 역시 제품 설계의 일부라는 점이 확인됐다. 초기 약 10시간이던 완성 패치의 사용 가능 시간을 젤라틴 적용 등을 통해 48시간으로 늘렸다. 이를 통해 병원마다 별도 세포처리시설을 갖추지 않고 완성 제품을 배송하는 공급망을 구축했다.

일본 중앙사회보험의료협의회는 지난 7월 리하트의 보험상환가격을 5320만 엔으로 결정했고, 9월 1일부터 보험 적용을 시작했다.

타니무라 부사장은 이날 발표에서 제품 출시도 시작됐다고 밝혔다. 조건부 승인에 따라 향후 제품 투여군 75명과 대조군 150명 등을 포함한 시판 후 평가를 진행해 정식 승인에 필요한 근거를 추가 확보해야 한다.

이경진 CTO는 “개념검증 이후 오가노이드를 실제 치료제로 전환하려면 검증과 특성분석, 제조 재현성을 갖춘 임상 등급 제품으로 개발해야 한다”고 설명했다. 이어 “오가노이드의 임상 적용이 확대되면서 세포주 선정과 기능 평가, 제조공정, 종양원성 관리, 투여 방법과 물류까지 개발 전반을 함께 설계하는 역량이 중요해지고 있다”라고 덧붙였다.