K-컬처, K-팝, K-뷰티, K-푸드…, 이제는 K-바이오다. 70년의 역사를 가진 약업신문은 한국 제약바이오헬스케어의 무한한 가능성(Unlimited Possibilities)을 샅샅이 살펴보는 [레츠고 U.P] 기획시리즈를 시작한다. 전문기자가 현장 취재를 통해 산업의 최신 동향과 기업의 숨겨진 가치, 미래를 선도할 유망 기술을 심도 있게 보도할 계획이다.

공상과학(SF) 영화에 단골로 등장하는 인공장기 시대가 다가오고 있다. 여전히 인공장기로 교체해 영생을 사는 삶은 먼 미래 얘기지만, 오가노이드 기술이 발전하면서 영화 속 이야기가 하나둘씩 실현되고 있다. 약업신문은 바이오헬스케어 산업의 새 패러다임 오가노이드와 이 기술로 미래를 앞당기고 있는 유망 기업을 시리즈로 소개한다.<편집자 주>

오가노이드(Organoid)는 ‘장기’를 뜻하는 영어 단어 ‘Organ’과 ‘유사하다’라는 의미의 접미사 ‘-oid’의 합성어다. 주로 배아줄기세포(ESC) 또는 유도만능줄기세포(iPSC)를 기반으로 신체 외에서 만들어진 3차원 조직 모사(模寫)체를 가리킨다. 모사체가 어려운 단어 같지만 영어로 'COPY', 원본을 베낀다는 의미다.

오가노이드는 인체 장기의 기능을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 장기에서 발생할 수 있는 암과 다양한 질환이 가진 특성까지 모사할 수 있다. 현재 오가노이드는 나의 장기를 완벽히 복사해 낼 수는 없지만, 내 장기의 작은 부분(조직) 정도는 복사할 정도의 기술력을 갖췄다.

오가노이드는 사람 또는 동물의 씨앗과 같은 줄기세포를 기반으로 배양 및 제작된다. 제공자의 유전적 특성이 그대로 발현됨에 따라 실제 약물을 적용하기 전 오가노이드로 시뮬레이션해 볼 수 있다. 이는 개인 맞춤형 초정밀 의료의 시작이자, 사람에게 먼저 테스트할 수 없어 진행되는 동물실험도 대체할 수 있다. 특히 2022년 조 바이든 미국 대통령이 FDA의 동물실험 의무화 규정을 삭제한 'FDA 현대화법 2.0'에 서명함에 따라 동물실험을 대체할 시험법으로 오가노이드 기반 약물 평가 플랫폼이 주목받고 있다.

최근 과학기술은 빠르게 발전하고 있으나, 신약개발 성공률은 되레 감소하고 있다. 이는 사람에게 곧바로 신약 연구를 할 수 없다는 점과 일차 실험 대상인 동물과 인간의 종간 차이, 개인 마다 다른 유전 및 질환 특성 등의 간극이 크기 때문이다. 이 간극을 오가노이드 기술이 해결할 수 있다.

실제 오가노이드는 약물 반응성 예측 능력에서 우수한 정확도를 보이고 있다. 영국 케임브리지 대학(University of Cambridge) 로라 브루티에(Laura Broutier) 연구팀이 네이처 메디신(Nature Medicine)에 2017년 11월 13일 '게재한 질병 모델링 및 약물 스크리닝을 위한 인간 원발성 간암 유래 오가노이드 배양(Human primary liver cancer derived organoid cultures for disease modeling and drug screening)' 논문에 따르면, 2000개 이상의 암 관련 유전자들이 암환자 유래 암 오가노이드에서도 대부분 발견됐다. 이 결과는 암 오가노이드가 모체 암 조직의 생리학적, 구조적 특징을 모사할 수 있는 것이 증명된 사례다.

이에 앞서 같은 해 네이처 메디신에 6월 19일 게재된 ‘대장암 및 약물 테스트 모델링을 위한 인간유도 만능줄기세포에서 파생된 결장 오가노이드(Colonic organoids derived from human induced pluripotent stem cells for modeling colorectal cancer and drug testing)’ 논문에서도 오가노이드가 모체 암 조직을 매우 높은 민감도로 모사했다. 

논문에 따르면 위장암 오가노이드의 약물 반응과 환자의 임상 약물 반응, in vivo 모델에서의 약물반응을 비교한 결과, 환자 유래 암 오가노이드는 환자 약물 반응에 대해 100% 민감도, 93% 특수성을 보여 88%의 예측 가치를 나타냈다. 다른 연구 결과에서도 직장암 오가노이드와 모체 환자의 화학방사선조사(Chemoradiation) 반응률을 비교했을 때, 암 오가노이드는 모체 대비 84% 정확률과 78% 민감성을 보였다.

현재 오가노이드는 체외 생체반응성 평가 모델로서 질병 연구, 신약개발, 약물 스크리닝과 더불어 첨단재생의료, 대체장기 등 의약품 개발 분야 등 다방면으로 빠르게 기술 발전이 이뤄지고 있다.

정부도 무궁무진한 가능성을 가진 오가노이드를 육성하기 위해 팔을 걷어붙였다. 산업통상자원부는 지난해 5월 '국가첨단전략산업 경쟁력 강화 및 보호에 관한 특별조치법'에 바이오 분야를 추가, 4개(반도체, 디스플레이, 이차전지, 바이오) 분야의 17개 기술을 국가첨단전략기술로 지정했다. 여기에 '고품질의 오가노이드 재생치료제를 개발하고 제조하는데 적용되는 오가노이드 분화 및 배양 기술' 등이 새롭게 추가됐다.

또 지난 2월 오가노이드가 속하는 '첨단재생의료 및 첨단바이오의약품 안전 및 지원에 관한 법률' 개정안도 국회 본회의를 통과했다. 내년 1월 연구개발을 지원하는 방향으로 개정된 첨바법이 시행되면 그동안 엄격했던 오가노이드 임상연구와 임상시험도 한층 수월해질 전망이다.

오가노이드 기술이 상용화되면서 시장도 빠르게 성장하는 추세다. 글로벌 시장조사 기관 그랜드 뷰 리서치(Grand View Research)가 지난 2월 발간한 보고서에 따르면 글로벌 오가노이드 시장규모는 2030년까지 32억6000만 달러(약 4조5134억원)에 도달할 전망이며, 연평균 23.11%씩 성장할 것으로 예상된다. 

이에 앞서 지난 1월 또 다른 시장조사 기관 리서치 앤 마켓(Research and Markets)이 발표한 자료에 따르면 글로벌 오가노이드 시장은 2023년 14억2000만 달러(약 1조9662억원), 2024년 17억8000만 달러(약 2조4647억원)로 분석됐다. 이 시장은 연평균성장률 25.2%로 2028년엔 43억8000만 달러(약 6조649억원)에 이를 전망이다.