지난 10월 국내 연구팀이 인간 장(腸) 오가노이드(organoid·장기유사체) 모델을 활용해 새로운 유산균을 발견하는데 성공했다. 세계 첫 성과였다.

2년 전인 2020년 같은 연구팀이 개발한 장 오가노이드가 있었기에 가능한 일이었다. 2020년 국내에서 탄생한 이 오가노이드는 태아의 미성숙 장과 비슷한 수준으로, 이제까지 개발된 장 유사체 중 실제 장기와의 유사도가 가장 높아 세계를 놀라게 했다.

연구진은 이 오가노이드를 통해 새로운 유산균 '리모실락토바실러스 루테리(이하 루테리)'를 찾아냈고, 루테리가 건강하게 장까지 도달해 장 발달을 촉진하고, 염증으로 부터 장을 보호하는 효과가 뛰어나다는 사실도 직접 확인했다.

모든 성과의 중심에는 한국생명공학연구원(생명연) 손미영 박사(사진)가 있었다. 그는 지난 2005년 생명연에 입사한 이후 지금까지 17년째 장 오가노이드 연구에 몰두해 온 국내 오가노이드 대표 연구자다.

지난 10월 메트로경제신문 주최로 열린 '2022 제약&바이오포럼'에 참석한 손 박사를 만났다. 그는 현재 생명연 줄기세포융합연구센터 센트장을 맡고 있다.

손 센터장은 "처음부터 장내 미생물(마이크로바이옴)을 연구할 수 있는 오가노이드 모델을 만들고 싶었고, 이제 그 첫 성과가 연구자들 손에서 실현된 것"이라며 "앞으로 이 오가노이드를 활용해 해야할 일이 더 많다"고 했다.

- 왜 장(腸)이었나.

"장 오가노이드 시장이 굉장히 크다. 오가노이드를 처음 개발한 한스 클래버스라는 교수가 장을 만들었기 때문에 오가노이드 활용 기술은 장 분야가 이끄는 경우가 많다. 장은 우리 몸 건강에 매우 중요한 장기이기도 하다. 장에서 발생하는 질환은 뇌에까지 영향을 미친다. 발달장애, 아토피, 비알코올성 지방간, 동맥경화와 같은 많은 질환이 장에 존재하는 마이크로바이옴의 불균형으로 발생한다고 알려져 있다."

- 루테리 외에 또 다른 연구 성과는.

"헬리코박터 파일로리균 감염을 막아줄 수 있는 유산균을 발굴해 연내 특허를 출원할 예정이다. 우리는 장뿐 아니라 위(胃) 오가노이드도 갖고 있는데 이를 활용해 헬리코박터균 부착이 덜 되는 장내 미생물을 발굴하고 있다. 또 루테리 외에 장 재생과 보호 효과를 갖고 있는 또 다른 유산균도 지속 스크리닝하고 있다."

생명연은 이번에 발굴해낸 루테리를 한국인삼공사로 기술이전해 유아의 장 발달 촉진과 염증성 장질환 보호를 위한 새로운 건강기능식품으로 개발하고 있다. 장 오가노이드 제조 방법 특허기술은 국내 첫 오가노이드 기업인 '오가노이드 사이언스'로 이전해 장 재생치료제로 탄생했다.

- 생명연이 만든 오가노이드는 어떤 강점이 있나.

"생명연이 만든 장 오가노이드는 실제 장기와의 유사도가 75%에 달한다. 미국 연구진이 만든 장 오가노이드(40%)보다 훨씬 높은 수준이다. 특히 장 생착능력이 매우 뛰어나다. 장은 배변활동이 일어나는 장기이기 때문에 음식물에 휩쓸려가지 않으려면 단기간에 생착하는 능력이 중요하다. 실험 결과 우리가 만든 오가노이드는 환자 병변 부위에 이식하고 하루 정도면 충분히 생착이 되는 것으로 나타났다. 환자가 간단한 시술로 오가노이드를 이식한 이후 하루 만에 배변활동도 가능하다는 뜻이다."

- 오가노이드는 앞으로 어떻게 활용되나.

"장 오가노이드는 루테리와 같은 다양한 미생물 발굴 외에 신약 효능 평가 모델로도 활용되고 있다. 가장 대표적인 것이 흡수도 평가다. 신약의 90%는 환자에 편리한 경구 투여 약으로 개발된다. 입으로 먹은 약은 결국 최종 장기인 장에서 흡수돼야 대사가 이루어지고 약효가 잘 발현된다. 이 때문에 장 오가노이드 모델은 약물 흡수도 평가에 중요한 역할을 한다. 생착 능력이 우수하기 때문에 재생체료제로 활용도도 높다. 병변 부위에 이식해 손상된 곳을 재생하기 때문에 근본적인 치료가 가능한 치료제다."

손 센터장은 국내 오가노이드 발전을 위한 주춧돌 역할도 하고 있다. 오가노이드 기술 개발에 그치지 않고 이를 기업으로 이전해 상용화 하고, 국내 연구팀들 가운데는 처음으로 오가노이드 기반 기술 표준화 작업도 진행하고 있다.

- 오가노이드 기반 기술 표준화 작업은 뭔가.

"오가노이드와 같이 복잡한 기술일수록 표준화된 시험법 확보가 굉장히 중요하다.17년간 연구 경험을 바탕으로 오가노이드 기반 시험법의 표준작업지침서(SOP)를 만들고 있다. SOP를 구축해 오가노이드 시험법과 결과 데이터의 공신력을 확보하기 위한 작업이다. 한번 SOP를 만들어 끝나는 것이 아니라 다른 연구자가 해봤을 때 또 다른 문제가 생기면 지속 업데이트를 하고 있다. 그 뿐 아니라 연구원 내 안전성 평가 연구소에서 이 작업들을 다 검토하고 적절성 여부를 판단해 신뢰도를 높이는 작업도 진행 중이다."

- 국내 오가노이드 발전을 위해선 뭐가 필요한가.

"오가노이드가 연구실에만 갇혀 있으면 절대 안된다. 연구 결과가 논문으로만 남는다면 아무 소용이 없다는 얘기다. 오가노이드를 활용해 신약 물질을 개발하거나 재생치료제로 상용화되는 가시적인 성과가 있어야 한다. 생명연 내에도 기술산업화 센터가 있어 우리가 개발한 기술들이 실제 활용될 수 있도록 돕고 있다. 국내 오가노이드 기술은 이를 활용한 기업들이 많이 생겨나고, 일자리가 늘어나 우수한 인력들이 모여드는 산업으로 활성화 돼야 더욱 성장할 수 있다."

오가노이드의 최종 꿈은 '장기 이식'이다. 3D 프린터로 필요한 장기를 바로바로 찍어내 손상된 환자의 장기를 대체하는 것. 손 센터장은 이를 위해 누구에게나 맞는 기성품(off-the-shelf) 오가노이드를 연구 중이다.

- 최종 목표를 위해 남은 과제는.

"우선 대형화가 시급하다. 우리가 만든 오가노이드가 실제 장기와 유사하다고 하지만 크기가 아직 3㎜에 불과하다. 맨 눈으로도 볼 수 있는 미니 장기라는 것만으로 연구자들은 굉장히 크다고 평가하지만 실제 장기와 교체되기엔 아직 너무 작은 수준이다. 개별 환자의 조직 세포에서 분화한 맞춤형 오가노이드도 필요하지만 갑작스런 사고나 전쟁 상황에서는 그 분화 과정을 기다릴 시간이 없다. 결국엔 필요할 때마다 3D 프린터로 빠르게 찍어내서 모든 사람의 장기를 대체할 수 있는 기성품 오가노이드가 필요하게 될 것이다."

- 기성품 오가노이드는 실제 가능한 일인가.

"우리 세포에는 나와 타인의 조직을 구별하는 '조직 적합성 항원(HLA)'이라는 단백질이 있다. 이 HLA 단백질이 없어야 면역거부반응이 없는 기성품 세포주를 만들 수 있다. 한국은 단일민족이기 때문에 10개의 HLA 세포주가 전체 인구수의 50%를 커버하는 것으로 알려져 있다. 10개 세포주 라인을 확보하면 국민 절반을 위한 오가노이드를 만들 수 있다는 뜻이다. 또 하나는 이 HLA 단백질을 아예 잘라내 면역 거부 반응이 없는 기성품 세포주를 만드는 것이다. 그러려면 크리스퍼와 같은 유전자 가위 기술이 필요하다. 기성품 세포주가 개발되면, 이 세포주를 활용해 빠르게 오가노이드를 찍어낼 수 있는 3D 프린팅 기술이 완성 단계에 이르러야 한다. 오가노이드뿐 아니라 이런 첨단 기술들이 모두 최고 단계에서 합쳐져야 장기 이식이라는 마지막 목표를 이룰 수 있다. 그 목표를 위해 우리 연구진은 우리가 할 수 있는 기반 기술 개발을 위해 최선의 노력을 다하고 있다."