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>

셀인셀즈가 국내 최초로 오가노이드 기반 재생치료제 임상시험을 시작하며 새역사를 쓰고 있다. 현재 오가노이드 기술은 연구 단계 또는 독성물질 평가법 단계가 주를 이루고 있다. 셀인셀즈가 임상시험을 본격화하면서 오가노이드 치료제 현실화에 무게가 실리고 있다.

'고품질 오가노이드 재생치료제 기술'이 '국가첨단전략기술'로 지정되면서 오가노이드가 새 국면을 맞이했다. 정부에서 오가노이드를 미래 핵심 기술로 점찍으며, 오가노이드를 통한 새로운 경제적 성장 촉진, 사회적 변화, 바이오 산업 성장 등 긍정적인 파급효과가 기대되고 있다. 그러나 현재 오가노이드는 첨단재생바이오법에 근거한 연구자용 임상연구가 보편적으로 이뤄지고 있다. 

셀인셀즈는 오가노이드가 상업용 임상시험을 진행하기에 미성숙한 기술이라는 편견을 정면돌파했다. 셀인셀즈는 2023년 8월 식품의약품안전처로부터 위축성 피부 흉터를 적응증으로 하는 오가노이드 재생치료제 'TRTP-101'의 IND(임상시험계획)를 승인 받는 데 성공했다. 지난 6월에는 TRTP-101의 첫 환자투여까지 시작하며, 오가노이드가 공상과학 속 기술이라는 우려를 단숨에 불식시켰다.

셀인셀즈는 2014년 12월 서울대학교 치의학대학원 조재진 교수가 학내 벤처로 설립했다. 사람 발생 초기과정을 모사, 수학 계산식으로 확립한 오가노이드 제작기술인 '조직형상기술 플랫폼(Tissue-Reforming Technology Platform)' 기반 오가노이드 첨단재생의학치료제(Advance Regenerative Therapy)를 개발하고 있다. 셀인셀즈는 오가노이드라는 생소한 모달리티(Modality)로 인해 설립 초기 어려움을 겪었지만, 우수한 기술력과 상업화 가능성을 과학적 데이터로 제시하며 10년 만에 누적 투자 205억원을 유치했다.

셀인셀즈는 현재 선두 파이프라인으로 △피부재생 치료제 'TRTP-101' △연골결손 및 골관절염 치료제 'TRTP-20X'를 개발 중이다. 여기에 오가노이드와 인공지능(AI) 기술을 융합한 'AIPA(AI based Process Automation)'을 통해 생산공정 자동화 기술도 구축했다. 이 외에도 기준 및 시험방법 마련, 대량생산 최적화 솔루션 개발도 진행하며 빠르게 상업적 사용을 준비하고 있다.

셀인셀즈 조재진 대표는 “셀인셀즈의 오가노이드 재생치료제는 미충족 의료 수요가 큰 질병의 근본적인 치료를 가능하게 하는 혁신적인 치료제”라면서 “오가노이드 치료제는 바이오헬스 산업 전반에 큰 파급효과를 불러올 것”이라고 밝혔다. 

이어 조 대표는 “셀인셀즈는 고품질 오가노이드 치료제 개발 성공을 위해 고유의 핵심 특허를 기반으로 기전 연구, 제작 최적화를 위한 소재 및 부품 개발을 진행 중”이라면서 “또한 오가노이드 제작 모니터링 과학장비 개발 및 자동화 시스템 개발 등을 국내외 최첨단 기술 보유 기업들과의 협업해 확대해 나갈 것”이라고 강조했다.

3차원 조직형상기술 플랫폼(Tissue-Reforming Technology Platform)

3차원 조직형상기술 플랫폼은 오가노이드 재생치료제 개발을 위한 오가노이드 조직모듈 제품(Product)을 대량생산할 수 있는 기술이다. 셀인셀즈는 줄기세포 자기구조화능(Self-Organization) 및 초기 사람·생명체 발생 과정을 모사, 수학 계산식을 통해 오가노이드의 패턴변화(Patterning), 형태형성(Morphogenesis), 조합(Assembly) 등, 형태제어(Shape control) 기술로서 표준화된 오가노이드를 제작할 수 있도록 해당 플랫폼을 개발했다.

특히 이 플랫폼은 줄기세포가 가진 고유의 세포집합체를 형성하는 자기구조화 특성을 활용, 세포 단위의 치료와 재생을 유도하도록 했다. 또 결손된 인체조직을 살아있는 조직으로 복원·재생시킬 수 있고, 콜라겐 함량을 약 15% 이상 증가시킬 수 있다. 여기에 적용 부위에 머물며 재생되는 특징은 단회 투여로도 장기적인 효과를 기대할 수 있고, 다른 부위로의 이동에 따른 부작용 발생도 적다.

오가노이드 재생치료제를 포함한 오가노이드 연구개발은 여전히 한계가 존재한다. 대표적으로 오가노이드 제작의 제어가 힘들고, 오가노이드 제작의 표준화가 이뤄지지 않은 점이다. 이는 작업자에 따라 일정하지 않은 오가노이드가 제작되거나, 오가노이드 제작에 하이드로젤과 같은 이물질이 혼입되는 등, 여러 난관이 존재한다.

이러한 한계를 극복하기 위해 셀인셀즈가 개발한 기술이 '3차원 조직형상기술 플랫폼'이다. 해당 기술은 설정된 세포 개수와 예측, 설정된 마이크로 오가노이드를 제한된 공간에 재배열하고, 줄기세포의 자기구직화 능을 최적화함으로써 표준화 및 규격화된 오가노이드를 대량 제작할 수 있게 했다. 특히 제작된 오가노이드는 컵 모양의 형태를 하고 있어, 중심 내부까지 산소와 영양분이 공급된다. 또 스캐폴딩 매트릭스(Scaffolding matrix) 등의 인공적인 지지체 없이도 오가노이드를 제조할 수 있다.

셀인셀즈의 3차원 조직형상기술 플랫폼은 해외 오가노이드 기술의 개량 및 보완이 아닌, 새로운 개념의 기술로 개발돼 미래 가치가 크다. 셀인셀즈는 지난 5월 '줄기세포 자기 구조화 능을 이용한 오가노이드 제조 방법 및 오가노이드’에 대한 특허를 획득, 오가노이드 신약개발의 난제 중 하나인 제조 부분을 해결할 키를 손에 쥐었다. 이 외에도 '하이드로겔 중합체를 이용한 탈세포화 조직의 제조방법 및 이로부터 제조된 탈세포화 조직체', '조직 재생용 구조체 및 이의 제조방법' 등의 특허를 확보하며, 강력한 지식재산권도 쌓고 있다.

셀인셀즈 선두 파이프라인 ‘TRTP-101(피부재생치료제)’

TRTP-101은 인간 유래 중간엽줄기세포와 이들이 만들어내는 세포외기질(ECM)로 구성된 오가노이드 기반 피부재생치료제다. TRTP-101은 3차원 조직형상기술을 활용해 만들어졌다. TRTP-101를 피부가 함몰된 위축성 흉터에 이식 또는 투여하면 TRTP-101가 세포외기질을 강화시켜 피부 조직을 재생시킨다.

위축성 흉터는 상처나 염증의 회복이 충분히 이뤄지지 않으면서 피부 조직이 국소적으로 감소, 피부가 함몰되는 질환이다. 현재 이 질환에 대한 마땅한 치료제가 없어, 증상 완화 목적 치료제나 피부 이식 등의 수술적 요법이 사용되고 있다.

셀인셀즈는 동물실험에서 TRTP-101의 우수한 안전성과 유효성을 확인했다. NSG 마우스 모델과 Nude 마우스 모델 모두에서 TRTP-101를 투여한 결과, 피부층 콜라겐 등 세포외기질 발현이 나타났다. 성장인자의 분비(Paracrine effect)를 통한 세포 증식, 이동, 세포외기질 합성을 유도하는 효과도 입증됐다. 

특히 레트 창상모델에 TRTP-101을 피내로 단회 투여했을 때, 21일차 중용량군에서 대조군 대비 손상된 진피 조직의 복구가 명확히 확인됐고, 마우스 모델과 동일하게 콜라겐 등 세포외기질 발현 및 성장인자에 의한 주변부 효과를 통해 세포가 증식, 이동돼 세포외기질을 합성하며 피부재생 효과를 나타냈다.

셀인셀즈는 TRTP-101 임상 1상을 통해 위축성 흉터에 대한 치료 효과와 안전성을 입증하고, 2026년까지 TRTP-101 국내 임상 3상을 완료할 계획이다. 2027년에는 미국 임상시험 단계에 진입해 TRTP-101를 글로벌 블록버스터로 키우는 것을 목표로 세웠다. 아울러 TRTP-101은 위축성 흉터에서 유효성이 확인될 시, 주름 개선 및 노화 등과 같이 안면 미용 및 성형 분야로도 폭넓게 적응증이 확대될 수 있다. 즉, 시장성이 기하급수로 증가하게 되는 것이다.

조 대표는 “셀인셀즈는 전혀 새로운 치료 유효성과 안전성이 보장된 고품질의 오가노이드 재생치료제 개발을 위해 온 힘을 기울일 것”이라면서 “우선 TRTP-101를 통해 피부 재생치료제의 경쟁력과 우수성을 입증하고, 다양한 피부 질환 적응증을 획득해 나갈 계획”이라고 전했다.

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.