2023. 12. 22. 22:01ㆍ건강. 과학
오가노이드(Organoid)
오가노이드는 줄기세포(배아줄기세포, 성체줄기세포, 유도만능줄기세포, 역분화줄기세포 등)를
원세포에서 분리하여 특수 배양기에서 자가 조직 형성 및 재생한 세포다발 즉 세포 집합체다.
즉 장기와 유사하게 3차원적, 3D 구조로 배양하는 장기유사체 즉
유사 장기 또는 미니장기를 오가노이드이다.
질병 치료, 신약 개발, 생체 재생, 안전성 평가, 전임상 및 임상 실험 등에 활용할 수 있다.
오가노이드 활용 분야
신약 개발
오가노이드는 자가조직화 능력으로 생체내 장기나 인체 조직내와 유사성으로
전 임상 실험에서 동물 실험을 대체할 수 있어서 부상하고 있다.
특히 동물과 인간의 이종 간의 차이점에서 오는 단점을 극복하고,
임상의 성공율을 높일 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
이는 동물 전임상 시험을 성공해도 인체 임상 시험에서 90% 통과하지 못하는 실정이었으나,
앞으로 오가노이드 개발의 활성화는 신약 개발의 성공율을 높이며,
시기 또한 많이 앞당길 것으로 기대된다.
전 임상시험에서 미국 동물실험 의무화가 80년만에 삭제되었으며,
동물실험에 대한 세계적인 반대의 여론이 강한 시점에 앞으로
신약 개발에 오가노이드의 역할은 다분야로 확장될 것으로 예상된다.
안전성 평가
식품, 의약품, 화장품 등 인체에 적용함에 있어서 안전성 확보를 동물 실험으로 많은 부분 진행해왔으나
사람과 동물 간의 생체내 반응 메카니즘의 불일치로 정확한 안전성 확보가 어려웠다.
오가노이드는 인체 유전자 정보와 유사하여 환자 맞춤형 안전성 평가로 보다 안전성을 확보할 수 있다.
의학 및 약학 오가노이드의 다양한 활용성
오가노이드는 재생, 감염, 재활, 질환 연구 등 다양한 부분에 활용에
획기적인 연구 및 사업 분야이다.
다양한 인체 줄기 세포 및 조직을 활용하여 기능을 잃은 장기를 대체 및 보완할 오가노이드 치료가 가능하다.
재활 및 재생 오가노이드가 개발되고 있으며, 많은 연구가 진행되고 있다.
사업적으로도 미래 블루오션 사업으로 많은 투자와 급성장이 기대된다.
오가노이드 기반 난치병 치료제 개발 및 연구 사례
오가노이드 구현 연구
폐, 위, 장, 뇌, 심장, 자궁 등 다양한 오가노이드를 생성하여 많은 연구가 이루어 지고 있다.
항암제 개발
췌장암, 폐암 등의 고형 암 및 면역 항암제 종의 환자 조직 기반으로
오가노이드를 배양하여 항암 신약 개발에 활용하고 있다.
조직 재생 치료
난치병 치료제, 퇴화된 생체 조직의 재현 등에 대한 오가노이드 치료제가 상당 부분 개발되고 있다.
한 연구에서 인간 모낭 오가노이드를 시험관 내에서 제작하여 재현함으로 모낭 오가노이드를 활용한
비임상 시험이 가능 해졌으며, 탈모 치료제 개발 계획인 것으로 알려져 있다.
오가노이드 바이오 잉크로 근육 구조체 제작 및 근육 재생 치료제 개발한 사례가 있다.
인공 뇌 개발
줄기세포를 활용하여 조산아의 뇌와 유사한 수준으로 뇌 오가노이드를 배양한 연구가 있다.
뇌 오가노이드 연구에서 태아의 눈 발달에 관여하는 레티노산을 추가하여
뇌 오가노이드에서 안배 구조가 생성되고 50일 후
좌우 대칭인 형태적으로 완전성을 갖췄다는 연구가 있다.
이 연구에서 안배의 발생시기 또한 태아의 망막 발생 시기와 일치했고,
수정체와 각막 조직도 생성된 결과가 보고되었다.
안배에 초기 눈기능을 갖추어 빛에 반응하는 전기 신호를 나타내었다.
이 연구는 망막 질환 환자들을 위한 망막 배양으로 활용, 태아의 뇌와 눈의 생성 및 발달의
상호 작용 연구에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
가장 어렵다는 인간 뇌의 오가노이드 연구 사례는 오가노이드 연구의 발전상을 볼 수 있다.
진단 의학의 발달
질병의 발병 기전을 인체에 직접 적용함으로 발생할 위험을 오가노이드를 통한 대체 적용으로
약물의 효능을 선행 테스트할 수 있으며, 진단의 정확도와 인체에 유해성을 줄일 수 있다.
특정 특이 질병 유형 연구 및 치료제 개발
인체의 다양한 유전적 특이성으로 질병 유형, 전이, 발전하는 다양한 질병에 대한
연구 및 이에 대한 맞춤 치료제 개발이 가능 하다.
약물 실험에 대한 적합성을 환자 질환 조직을 배양하여 다양한 약물로 치료 효율성을 점검하며
데이터화 할 수 있다.
유전체 교정으로 희기 질환 치료
희기 질환 및 선천 장애 등 치료에 오가노이드를 활용하여 유전자 치료 및 재생을 할 수 있다.
정상 줄기세포로 배양하여 유전자를 교정함으로 희기 질환을 치료할 수 있다.
인간 만능줄기세포유래 체세포
체세포유래 오가노이드로 심근 세포, 간세포, 신경 세포의 배양배지로 활용하여
비임상 시험의 효율화를 진행한 연구가 있다.
3D 바이오 프린팅 기술 활용
오가노이드와 3D 바이오프린팅 기술의 융합은 인공 장기와 실체 유사한 크기와 기능을 구조적으로 형성하고 줄기세포와 배양 배지의 개발로 혈관, 신경 등 다양한 조직 기능을 생성한다.
오가노이드 인공 간, 인공 골격, 인공 장기를 만들어 실체 장기와 유사하여
안전성 평가 및 실제 이식에도 활용할 가능성을 높일 수 있다.
기술 융합 의료 과학
오가노이드, AI, 유전체 플렛폼 기술을 융합하여 각종 면역 암, 감염성 질환 백신 개발 연구가 진행되고 있다.
바이오 3D 기술과, 줄기 세포, 바이오 잉크 등의 융합기술이 오가노이드 활용의 실효성을 앞당길 것이다.
오가노이드의 활성화를 위해 극복해야 할 과제
인간의 오가노이드에 대한 과학자들의 많은 연구가 진행되고 있으나
아직은 활용 가능 및 발전 가능성에 대한 잠재성이 인정되고, 전임상 및 임상단계로
신약 개발과 인체적용에는 더 많은 연구가 필요하다.
인간의 생체에 적합한 오가노이드는 아직 상당부분 근접하지 못한 부분이 많으므로
많은 연구와 투자가 필요하다.
오가노이드의 면역 적합성 및 면역세포의 반응에 더 많은 연구가 필요하다.
인체 유래 오가노이드는 개인 정보, 인간의 존엄성, 법적인 논의 등이 필요하다.
유전체 정보를 활용한 오가노이드 개발 및 빅데이터 구축
각 개인의 유전체 정보와 각 개인의 장기 유사체 정보가 유사하므로 생명 정보 기반 유전체 빅데이터 구축이 되면 오가노이드는 무한 증식이 가능하므로 데이터 구축이 가능하다.
유전체 정보와 오가노이드 빅데이터 구축은 바이오 은행으로 발전할 수 있고
실용화의 길을 앞당길 수 있으며, 환자 맞춤형 치료 방법 및 맞춤형 의약품 발굴에 크게 이바지할 수 있다.
연구 및 실험 결과를 데이터화 하고 이를 기반으로 오가노이드 개발 표준화 플랫폼을 구축하여
파생된 연구 장비, 재료 및 시약을 생산할 수 있다면 미래 바이오 산업 발전에 핵심으로
부상할 수 있을 것으로 예상된다.