3차원으로 만든 장기유사체

오가노이드(Organoid)란 장기를 뜻하는 ‘Organ’과 유사함을 뜻하는 접미사 ‘-oid’를 합쳐서 만든 신조어로, 실험동물 또는 인체에서 유래한 만능줄기세포 또는 성체줄기 세포를 이용해 3차원으로 증식을 유도한 장기유사체입니다.

2009년 네덜란드 후브레히트 연구소의 한스 클레버스(Hans Clevers)가 성체 장 줄기세포를 체외 배양해 소장을 만들어 처음 ‘오가노이드’라는 명칭을 사용하기 시작했습니다. 이후 배양 기술이 발전하면서 뇌, 망막, 폐, 위, 간 등 다양한 장기 유래 오가노이드가 만들어졌습니다. 

실험실에서 자라나는 ‘작은 장기’ 오가노이드(Organoid)가 여는 새로운 생명과학의 가능성

현대 생명과학은 “인체를 얼마나 정교하게 모사할 수 있는가”라는 질문을 중심으로 빠르게 진화하고 있습니다. 그 변화의 한가운데에 있는 기술이 바로 오가노이드(Organoid)입니다. 오가노이드는 줄기세포 또는 조직 특이 전구세포가 자기조직화(self-organization) 과정을 거쳐 실제 장기의 구조와 기능을 일부 재현한 3차원(3D) 세포 구조체를 의미합니다. 현미경 아래에서 관찰되는 작은 덩어리이지만, 그 안에는 인체 장기의 발달 원리와 질환의 단서가 고스란히 담겨 있습니다.

오가노이드는 iPSC(유도만능줄기세포), ESC(배아줄기세포) 또는 성체 줄기세포를 기반으로 배양됩니다. 적절한 성장인자와 배양 환경이 제공되면, 세포는 스스로 배열되고 분화되어 장, 간, 뇌, 폐, 췌장 등 특정 장기의 미세 구조와 기능적 특성을 구현합니다.

이는 기존의 2D 세포 배양으로는 재현하기 어려웠던 세포 간 상호작용, 공간적 구조, 기능적 성숙도를 한 단계 끌어올린 기술이라 할 수 있습니다.

                                                                    <오가노이드를 구성하는 세포를 확대한 모습>

왜 오가노이드가 주목받을까요?

1. 인체를 닮은 연구 모델

동물실험이나 단층 세포 배양은 인간 생리와의 차이라는 한계를 지닙니다. 오가노이드는 인간 유래 세포로 구성되어, 실제 인체 반응과 더 가까운 결과를 제공합니다.

2. 질환 연구의 혁신

암, 유전질환, 감염병 연구에서 환자 유래 오가노이드(Patient-derived organoid)는 질병의 발생과 진행을 실시간으로 관찰할 수 있는 강력한 도구입니다. 특히 암 오가노이드는 종양의 이질성까지 반영할 수 있어 정밀의학 연구에 핵심적인 역할을 합니다.

3. 신약 개발과 독성 평가

신약 후보 물질이 실제 인체에 미치는 효과를 예측하는 과정에서 오가노이드는 효능 평가와 독성 스크리닝의 정확도를 크게 향상시킵니다. 이는 개발 기간 단축과 비용 절감으로 이어집니다.

질병 연구와 신약개발에 활용

오가노이드는 실제 장기와 유사한 세포구성과 구조를 지니고 있어 조직내 세포 간 상호작용, 세포 이동, 약물 분포 등 복합적인 정보를 알 수 있습니다. 최근에는 오가노이드에 병원체나 약물을 주입하는 방식으로 ▲질환 모델링 ▲질병 매커니즘 연구 ▲신약개발 플랫폼 구축 등 다양한 분야에서 응용하고 있습니다.

특히 바이오의약품 분야에서는 동물 대상의 임상시험 대신 인간 장기와 유사한 환경을 가진 오가노이드를 활용해 윤리적 문제를 해소하고 환자 개인 맞춤형 치료제를 개발할 수 있게 됐습니다.

상용화 위해 기술 개발 필요

글로벌 오가노이드 시장은 연평균 23.1% 성장해 2033년에는 시장 규모가 207억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

오가노이드 기술은 지난 10년 동안 빠르게 발전해왔지만 아직 장기를 대체할 수준으로 모든 기능을 재현하지 못한다는 한계가 있습니다. 또, 실제 장기처럼 대사 과정을 거치지 않아 대사산물이 축적돼 수명이 짧습니다.

앞으로 생체 내 구조와 기능을 가능한 충실하게 재현할 수 있는 복잡한 모델을 설계하고, 세포 간 상호 작용을 연구하기 위해 다세포∙다조직 구조를 가진 오가노이드를 개발하는 것이 필요합니다.

작은 구조체가 바꾸는 큰 미래

오가노이드는 단순한 배양 기술을 넘어, 질병을 이해하는 방식 자체를 변화시키는 도구입니다. 실험실에서 자라나는 이 ‘작은 장기’들은 앞으로 신약 개발, 정밀의학, 재생의학의 경계를 허물며 생명과학의 새로운 기준을 만들어 갈 것입니다.