간 오가노이드 시험법이 50종 약물 평가에서 간독성 예측 정확도 80%를 기록했다. 신약개발과 규제 판단에 활용하려면 예측 성능과 함께 품질·재현성을 입증하고, 평가할 수 있는 독성의 범위를 명확히 해야 한다는 제언이 나왔다.

한국생명공학연구원(이하 생명연) 손명진 책임연구원은 지난 16일 서울 중구 웨스틴 조선 서울에서 열린 ‘인체중심 독성평가(NAMs) 기반 규제과학 국제 심포지움’에서 ‘간 오가노이드 기반 간독성 시험 플랫폼 개발·검증 현황’을 발표했다.

NAMs(New Approach Methodologies·새로운 접근방법론)는 오가노이드·장기칩·컴퓨터 모델 등을 활용해 동물시험 의존도를 낮추고 인체 관련성이 높은 안전성 평가를 수행하는 접근법이다. 오가노이드는 장기의 구조와 기능 일부를 재현한 3차원 세포 모델이다.

손 연구원은 “간 오가노이드가 실제 사람의 간을 정교하게 재현하는 것만으로는 충분하지 않으며, 기존 시험에서 놓칠 수 있는 독성을 검출하고 시험기관이 달라져도 일관된 결과를 확보해야 신약개발과 규제 판단에 활용할 수 있다”고 강조했다.

담관 손상까지 관찰…시험기관 바뀌어도 품질 유지해야

연구팀은 체세포를 재프로그래밍해 만든 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem cell, iPSC)를 간 오가노이드로 분화시켰다. 이 오가노이드에는 간세포 외에 담관세포·면역세포와 섬유화에 관여하는 간성상세포 등이 포함된다.

담관 구조를 갖춰 담즙 배출이 원활하지 않은 담즙 정체와 담관 손상도 관찰할 수 있다. 손 연구원은 “반복 투여 독성을 볼 수 있다는 것도 굉장히 중요한 부분”이라며 “특정 항생제를 일주일간 처리했을 때는 담관의 형태가 변했고, 2주간 반복 처리했을 때는 담관이 끊어지는 양상이 나타났다”고 밝혔다.

다만 오가노이드를 시험법으로 활용하려면 이러한 반응을 어느 기관에서든 일관되게 확인할 수 있어야 한다. 손 연구원은 “기초연구에서 개발한 모델과 시험법을 실제 규제에 적용하는 데 있어 가장 중요한 부분은 시험법이나 모델을 표준화하고 검증하는 일”이라고 강조했다.

이번 검증에는 선도실험실인 한국생명공학연구원과 식품의약품안전평가원, 한국기초과학지원연구원, 코아스템켐온 등 4개 기관이 참여했다. 새로운 독성시험법의 신뢰성과 예측 성능 등을 검증하는 OECD 지침 GD 34를 바탕으로 평가했다.

연구팀은 시험 결과의 변동을 줄이기 위해 출고 전 약물 대사 효소인 CYP3A4의 활성, 마이코플라스마 오염 여부, 오가노이드의 형태와 균일성을 확인했다. 품질 기준을 통과한 모델만 공급하고, 시험 순서와 방법을 정한 표준작업절차(SOP)를 공유했다.

간독성 검출 민감도 71.4%…실험실 간 재현성 82~96%

시험 결과의 유효성을 판단할 수용 기준도 사전에 마련했다. 손 연구원은 “대조군 측정값이 정해진 범위를 벗어나면 그 데이터는 쓸 수 없기 때문에 시험을 다시 수행해야 한다”고 설명했다. 시험자도 독성이 있는 물질과 없는 물질을 이용한 숙련도 평가를 통과한 뒤 검증에 참여했다.

이 기준으로 50종 약물을 평가한 결과 민감도는 71.4%, 특이도는 100%, 정확도는 80%였다. 민감도는 간독성 약물을 찾아낸 비율, 특이도는 비간독성 약물을 올바르게 구분한 비율이다. 이번 평가에서는 간독성 약물 일부는 음성으로 판정했지만, 비간독성 약물을 양성으로 오판하지는 않았다.

실험실 내 재현성은 72~86%, 실험실 간 재현성은 82~96%였다. 반복 시험이나 수행기관 변경에도 결과가 얼마나 일관되는지를 보여주는 수치로, 다른 기관에서의 활용 가능성을 판단하는 근거가 된다. 개발기관이 별도로 평가한 28종 기준물질에서는 민감도 89.5%, 특이도 66.7%, 정확도 82.1%를 기록했다. 독성 여부를 미리 분류한 물질로 성능을 확인한 결과다.

세포 생존·간 기능 함께 측정…활용 목적별 검증 필요

시험은 물질을 5일간 반복 처리한 뒤 6일째 분석하는 방식이다. 세포 생존율과 간세포가 만드는 단백질인 알부민의 분비량을 함께 측정해 세포의 생존과 기능을 평가한다.

약물 없이 같은 용매만 처리한 대조군 대비 두 지표 중 하나라도 70% 이하이면 간독성 양성, 모두 70%를 넘으면 음성으로 판정한다. 최소 두 차례 시험하고, 판정이 다르면 세 번째 시험을 실시해 세 번 중 두 번 일치한 결과를 최종 판정으로 채택한다.

손 연구원은 “시험법으로 사용한다고 했을 때 꼭 복잡한 모델 시스템이 더 좋은 모델인가”라고 반문했다. 이어 “초기 단계의 스크리닝이 목적이라면 단순하면서도 재현성과 일정 수준의 정확도를 확보하고 처리량이 높은 모델이 더 적절할 수 있다”고 설명했다.

초기 후보물질 선별에서는 많은 물질을 일관되게 평가해 개발 진행 여부를 판단하는 능력이 중요하다는 의미다. 반면 특정 면역반응이나 담관 손상을 확인하려면 해당 반응에 관여하는 세포와 구조를 갖춘 모델이 필요하다.

현재 시험법은 시험물질을 녹일 수 있는 최대 농도에서 간독성 여부를 분류하는 데 초점을 둔다. 휘발성 물질과 금속, 다른 장기의 대사나 장기 간 상호작용이 필요한 독성 평가에는 한계가 있다.

손 연구원은 “모델과 시험법이 얼마나 신뢰성 있고 재현성 있는 결과를 도출할 수 있는지, 목적에 맞는 충분한 성능을 확보하고 있는지 검증하는 과정이 더욱 중요하다”고 강조했다.