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>

작은 피규어부터 선박, 비행기의 대형 부품까지 3D 프린터로 출력 못하는 게 없는 세상이다. 심지어 인공 뼈부터 장기까지 프린팅하는 시대가 열렸다. 이 혁신의 시작점에 티앤알바이오팹이 우뚝 섰다.

티앤알바이오팹은 ‘3D 바이오프린팅’ 플랫폼 기술부터 ‘줄기세포’, ‘바이오소재(Biomaterials)’까지 인공장기 분야 혁신 기술 삼박자를 갖춘 바이오텍이다. 3D 바이오프린팅은 3차원 프린팅 기술과 생명공학 기술이 결합된 인쇄 기술을 말한다. 바이오잉크를 사용해 3차원의 세포, 조직, 장기 등을 원하는 형상으로 출력할 수 있다. 바이오잉크는 세포 프린팅 시 사용되는 잉크로 세포의 손상을 막고 프린팅 후 세포가 생존을 유지할 수 있는 환경을 제공하는 역할을 한다.

바이오프린팅 기술은 조직공학 분야에서 인공조직 및 장기 등을 제작하는 데 최적의 방법으로 알려졌으나, 여전히 도전 과제가 많은 기술로 평가되고 있다. 티앤알바이오팹은 여러 한계를 극복하며 이미 3D 바이오프린팅 기술을 기반으로 두개골 및 악안면골에 사용되는 의료기기 제품을 개발, 환자에게 제공하고 있다. 즉, 제품 상용화에 성공할 만큼 우수한 기술력을 보유했다는 뜻이다. 현재 매출이 발생하는 몇 안 되는 국내 바이오헬스 기업 중 하나 이기도 하다.

티앤알바이오팹은 2013년 윤원수 대표이사가 설립, 5년만인 2018년 11월 코스닥 시장에 상장했다. 3D 프린팅 기술을 기반으로 생분해성 인공지지체, 생체재료를 포함한 바이오써지컬 솔루션, 세포치료제를 통해 재생의료 분야 전문 기업으로 거듭나고 있다. 티앤알바이오팹은 현재 두개골 및 악안면골 의료기기 △환자 맞춤형 임플란트 티앤알 PSI 플러스 △벨라포어 PSI 플러스를 포함, △티앤알 Craniofacial 임플란트 △티앤알메쉬 제품 등을 라인업으로 구축했다.

티앤알바이오팹은 다년간 쌓은 3D 바이오프린팅 기술로 ‘오가노이드’와 ‘첨단재생의료’ 분야로 진출을 시작했다. 티앤알바이오팹이 첫 번째로 공략하는 오가노이드 분야는 '인공피부(피부 오가노이드)'다. 글로벌 거대 시장 중 하나인 화장품 시장에서 필수적인 동물실험과 인체적용 시험의 문제를 인공피부가 해결할 뿐만 아니라 새로운 시장으로서 가치가 크다는 이유에서다. 인공피부는 의약품, 의료 분야 등에서도 높은 수요가 요구되고 있다.

실제 농림축산검역본부가 발표한 '2021년 동물실험윤리위원회 운영 및 동물실험 실태조사'에 따르면 국내 기준 2021년 실험동물은 488만 마리로 집계돼 역대 최고치를 기록했다. 또 다른 보고서에서는 전 세계적으로 연간 7500만에서 최대 1억 마리의 동물이 실험에 사용되는 것으로 추정됐다.

티앤알바이오팹 윤원수 대표이사는 “티앤알바이오팹은 피부 탄력까지 모사할 수 있는 인공피부를 3차원으로 바이오프링팅하는 데 성공했고, 특히 세계 최초로 3D 바이오프린팅 한 인공 기도를 제작해 환자에게 이식하는 데도 성공했다”면서 “자사의 3D 바이오프린팅 기술은 인공장기 시대를 앞당겨, 동물 복지는 물론 질병으로 고통받는 환자들에게 새 시대를 열어줄 것”이라고 밝혔다.

이어 윤 대표는 “티앤알바이오팹은 오가노이드 관련 기술을 지속해서 고도화하고 임상, 인허가 등 필요한 절차를 신속하게 진행하며 상용화 제품을 내놓기 위해 전사적 역량을 집중하고 있다”고 강조했다. 티앤알바이오팹은 현재 피부뿐만 아니라 기관(Trachea, 기도), 간, 모낭 오가노이드 분야에서도 앞선 기술력을 뽐내고 있다.

dECM(탈세포화된 세포외기질) 바이오잉크 기반 3D 바이오프린팅 ‘피부·기관·간’ 오가노이드

티앤알바이오팹은 인공피부, 간, 기관 등 여러 장기 및 조직을 3D 바이오프린팅할 수 있는 근간 기술을 확보했다. 티앤알바이오팹은 2017년 세계 최초로 dECM(Decellularized extracellular matrix, 탈세포화된 세포외기질)' 바이오잉크 ‘deCelluid^TM’를 출시했다. deCelluid은 3D 바이오프린팅용 재료, 3D 세포 배양, 세포 전달체, 조직재생 효과 증대를 위한 코팅용 재료로 사용되고 있다.

티앤알바이오팹의 핵심 기술인 ‘dECM’ 바이오잉크 기술은 세포 밖에서 세포와 밀접하게 연관된 콜라겐, 엘라스틴, 피브로넥틴, 라미닌, GAG와 같은 성분들을 포함한 삼차원적인 망 구조체는 남기고 세포의 핵, 세포막, 핵산 등을 제거해 면역원성을 없애는 기술이다. 즉, 티앤알바이오팹이 면역반응을 일으키지 않는 세포외기질로 바이오잉크를 제작, 인공의 조직 및 오가노이드를 프린팅하는 기술을 확보한 것이다.

티앤알바이오팹은 3D 바이오프린팅 기술을 바탕으로 섬유아세포(Fibroblast)와 각질세포(Keratinocyte)가 진피와 표피에 정확히 위치하고, 기능과 탄력까지 모사한 ‘전층인공피부모델(TnR LabSkin-FT)’를 3D 바이오프린팅하는 데 성공했다. 또 3D 바이오프린팅 고탄성 인공피부 제조 및 탄성 측정 기술에 대한 특허도 확보했다. 이에 따라 기존 인공피부에서 측정이 어려웠던 화장품 및 천연물, LED 등으로부터 물리적 자극이 피부에 미치는 탄성까지 측정할 수 있게 됐다.

실제 티앤알바이오팹은 글로벌 화장품 기업 로레알(L’Oréal)과 3D 바이오프린팅 한 인공피부와 실제 피부의 유사도에 대한 연구를 진행, 인공피부의 우수한 기능을 확인했다. 연구 결과, 티앤알바이오팹의 인공피부는 기존 인공피부 대비 기계적 강도, 생물학적 기능이 월등히 향상됐다. 

특히 단일 콜라겐만 사용해 제작된 인공피부보다 탈세포화 세포외기질 바이오잉크로 제작된 인공피부는 콜라겐 섬유 형성, 섬유아세포의 미세환경(Microenvironment) 인식, 세포 내 구조(Intracellular structure)에 영향을 줘, 기계적 강도가 2배가량 향상됐다. 여기에 섬유아세포와 각질세포를 포함한 티앤알바이오팹 인공피부가 단층피부 대비 두 세포의 상호작용을 통해 인체 피부와 더 유사한 특성도 재현했다. 

이 연구 결과는 국제 학술지 'Acta Biomaterialia'에 2022년 ‘Impact of microstructure on cell behavior and tissue mechanics in collagen and dermal decellularized extra-cellular matrices.’라는 제목으로 발표됐다.

티앤알바이오팹은 코스메틱 OEM 및 패키징 전문기업 ‘블리스팩’ 인수를 통해 본격적으로 3D 바이오프린팅 기술을 화장품 영역으로 확장하기 시작했다.

티앤알바이오팹은 조직재생에 탁월한 효과를 내는 탈세포화된 세포외기질 소재 엘라스틴, 라미닌 등을 블리스팩의 코스메틱에 접목시킬 계획이다. 엘라스틴은 단백질의 일종으로 콜라겐과 함께 피부 결합조직으로서 피부 탄력 유지에 중요한 역할을 한다. 라미닌은 세포 수명을 결정짓는 텔로미어(Telomere)를 복구하고 연장해 노화를 방지하는 기능을 낸다. 티앤알바이오팹은 조직공학 기술로 개발한 원료를 사용해 조직재생 촉진 의료기기 및 코스메틱 사업을 추진하고 있다.

윤 대표는 “오가노이드 및 장기 재생 기술력과 조직재생 기반 의료기기, 조직재생 촉진 원료를 모두 융합한 한 단계 발전한 코스메틱 제품을 개발할 계획”이라면서 “코스메틱 제품 개발 중 동물실험을 지양하고, 3D 바이오프린팅 한 인공피부로 실험을 대체 하는 등, 선진 연구개발 문화에 적극 동참할 것”이라고 전했다.

티앤알바이오팹은 지난해 8월 인체 유래 성체줄기세포를 사용해 3D 바이오프린팅 한 인공기관(Trachea, 기도)을 난치성 기관 결손 환자에게 이식했다. 이는 타인의 성체줄기세포 기반 바이오프린팅된 인공 장기를 이식한 최초 사례다. 특히 이식 수술 후 6개월이 지난 시점에 환자에게 인공기관이 성공적으로 생착됐다. 기관은 후두에서 폐로 통하는 관 모양의 기도 중 일부를 가리킨다. 갑상선암을 비롯한 두경부암, 선천적 기형, 외상 등으로 인해 기관이 좁아지거나 손상이 다수 발생하나, 마땅한 치료방법은 없는 실정이다. 티앤알바이오팹에 따르면 현재 해당 환자는 일상생활을 할 만큼 건강을 되찾았다.

티앤알바이오팹은 치료 목적으로 간세포와 혈관을 한 번에 프린팅해 체내 이식 효율을 높일 수 있는 3D 바이오프린팅 제작 기술도 개발했다.

해당 기술은 프린팅한 체내 이식용 세포를 조직에 효율적으로 생착시키기 위해 혈관내피세포로 감싸주는 기술로, 간에서 관찰되는 소엽(Liver lobule) 구조를 3D 프린팅으로 구현한 것이다. 해당 기술은 3D 바이오프린팅으로 균일한 모양의 세포응집체를 신속하게 대량생산할 수 있어, 상업화에도 유리하다는 게 티앤알바이오팹 설명이다.

티앤알바이오팹은 동물실험을 통해 응집체를 이식한 결과, 주변 혈관들이 응집체와 연결돼 세포 이식체의 생착에 도움이 되는 것을 확인했다. 간 세포를 혈관내피세포로 감싸면 혈관이 함께 형성, 프린팅된 세포응집체가 체내에서 장기간 유지되고, 간 관련 단백질 및 효소 분비 등의 기능 향상도 확인됐다. 실제 간과 더 유사한 간 오가노이드 제작이 가능하게 된 것이다. 

해당 연구결과는 2021년 ‘Advanced Materials'에 ‘Production of Multiple Cell Laden Microtissue Spheroids with a Biomimetic Hepatic Lobule Like Structure.’라는 제목으로 게재됐다.

티앤알바이오팹은 지난 5월 탈모 치료를 위한 '모낭 스페로이드(3차원 배양 세포응집체)' 기술에 대해 국내 특허 등록도 완료했다. 

해당 특허 기술은 '비대칭성 모낭 스페로이드의 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 비대칭성 모낭 스페로이드'에 관한 것으로, 외모근초 세포, 모유두 세포, 내모근초 세포를 포함하는 복수의 바이오 잉크를 사용해 모발이 특정한 방향으로 자라는 효과를 가지는 모낭 스페로이드를 제작하는 기술이다.

비대칭성 모낭 스페로이드는 외모근초 세포와 모유두 세포 및 내모근초 세포를 포함하는 복수의 바이오잉크를 비대칭 형태로 구획된 영역을 갖는 구획부재에 각각 충전하고 인쇄함으로써 모발이 특정한 방향으로 자라는 효과를 제공한다. 특히 3D 바이오프린팅 방식을 활용해 제작이 간편하고 빠르며, 개별 개체가 서로 균일한 품질을 갖는 것이 강점이다.

한편 글로벌 마켓 인사이트(Global Market Insights)에 따르면 헬스케어 분야 3D 프린팅 시장은 2017년 5억8000만 달러(약 8047억원) 규모였으나, 2018년부터 연평균 21.2%씩 성장해 2024년에는 22억 달러(약 3조52억원) 규모까지 급성장했다.

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.