동물 실험을 대체하기 위한 바이오 기술의 최근 발전 사례는?
안녕하십니까.
의료, 신약 개발 등에서 동물 실험들이 상당히 많이 진행됩니다. 화장품이나 신약 개발에서 동물실험을 줄이기 위한 대체 연구 사례가 있는지 전문가 분들의 의견 부탁드립니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
최근에는 장기유사체와 인체유래 3d 세포배양 모델이 동물실험을 대체하며 신약 독성 효능 평가에 활용이 되기도 한답니다.
안녕하세요. 이상현 전문가입니다.
오간 온어 칩과 오가노이드의 활용이 증가되고,
컴퓨터기반의 예측모델과 AI의 활용확대 등이 일어나고있습니다.
예를들어 오가노이드는 혈관구조와 심장 박동을 갖춘 심장 오가노이드를 개발하여
약물테스트와 환자 맞춤형 평가도구로 잠재력을 가지고있다고합니다.
감사합니다.
안녕하세요. 이성현 전문가입니다.
현재에도 동물 실험 대체를 위한 많은 연구가 이뤄지고 있는데요. 대표적인 현재 방안으로는 오가노이드 실험 방법이 있습니다.
안녕하세요.
동물 실험을 대체하기 위한 바이오 기술 분야에서도 최근 눈에 띄는 발전이 이어지고 있는데요, 의료와 신약 개발, 화장품 등의 분야에서 활용되는 주요 대체 기술에 대해서 설명드리자면, FDA는 2025년부터 단클론 항체 등 일부 약물 개발 과정에서 동물 실험을 단계적으로 폐지하고, 인공지능 기반 모델이나 실험실 제작 인체 장기 유사 구조를 활용하는 경향을 강화할 계획을 제시했습니다. 또한 chip 기반 모델은 미세유체 시스템(Microphysiological Systems, MPS)을 이용, 인체 장기의 기능 및 조직 반응을 동시에, 인간 친화적으로 재현할 수 있으며, 예로, 뇌–간–심장–뼈–피부 간의 상호작용을 모사한 multi-organ chip은 실제 임상의 결과와 높은 일치도를 보여주기도 했으며, 효능과 대사물 생성 패턴이 임상 결과와 부합했습니다. 다음으로 전통적인 2D 세포 배양의 한계를 극복하기 위해 3D 세포 스페로이드 또는 스캐폴드 기반 배양이 널리 사용되는데요, 예를 들자면 3D 스페로이드는 약물의 만성 독성 평가에서 in vivo 데이터와 매우 높은 상관성을 보입니다. 감사합니다.
동물 실험을 대체하는 바이오 기술의 최근 발전 사례로는 오가노이드와 장기 칩(Organ-on-a-chip) 기술이 있습니다. 오가노이드는 줄기세포를 3차원적으로 배양하여 실제 장기와 유사한 구조와 기능을 재현하는 미니 장기이며, 이를 통해 신약의 독성 및 효능 평가가 가능합니다. 장기 칩은 미세 유체 칩 위에 살아있는 세포를 배양하여 인체 장기의 생리적 환경을 모사하며, 혈관, 폐, 신장 등 특정 장기의 기능을 재현해 약물 반응을 예측하는 데 사용됩니다. 이 기술들은 동물 실험 없이도 인체 내 반응을 보다 정확하게 모사할 수 있어 윤리적 문제 해결과 더불어 더 신뢰성 높은 데이터를 제공합니다.
실제 신약 및 화장품 개발 분야에서 동물실험을 줄이기 위한 대체 연구 방법이 많이 발전하고 있습니다.
아마 들어보셨을 수도 있는데, 대표적인 방법으로는 3D 오가노이드를 활용한 연구나 장기 칩 기술, 그리고 컴퓨터 시뮬레이션 등의 방법이죠.
오가노이드는 아마 '미니 장기'라고도 불리기 때문에 들어보셨을 듯 합니다. 줄기세포를 3차원적으로 배양해 만든 장기 유사체인데, 이는 실제 장기의 복잡한 세포 구조와 기능을 모방하여 만든 것이죠. 이 기술을 활용하면 약물의 독성이나 효능을 사람과 유사한 환경에서 시험할 수 있어 동물실험을 대체할 수 있습니다. 예를 들어, 인간의 간 오가노이드를 만들어 신약 후보 물질이 간에 미치는 독성을 평가하는 데 사용하거나, 암 오가노이드를 이용해 항암제 효능을 검증하는 연구가 이미 활발히 진행 중입니다.
그리고 장기 칩은 사람의 역시 장기 기능을 모방한 미세한 칩으로, 칩 내부의 미세유체 채널을 통해 세포가 배양됩니다. 이 칩은 실제 장기의 생리학적 환경을 재현하여 약물의 반응을 관찰할 수 있는 것입니다. 예를 들어, 폐 칩을 이용하면 흡입형 약물의 독성을 시험하거나, 심장 칩으로 약물이 심장에 미치는 영향을 분석할 수 있는 방식입니다. 이 기술은 약물 개발 초기 단계에서 유망한 물질을 선별하는 데 큰 도움이 되고 있습니다.
또한 컴퓨터 시뮬레이션도 동물실험을 대체하는 데 중요한 역할을 합니다. 분자 모델링이나 인공지능을 활용한 가상 스크리닝을 통해 수많은 화합물 중에서 후보 물질을 빠르게 예측하고 선별할 수 있습니다. 그래서 불필요한 실험을 대폭 줄일 수 있는 것입니다. 예를 들어, 신약 개발 초기에 특정 단백질과 결합할 가능성이 높은 화합물을 컴퓨터로 예측하여 실험 대상을 좁히는 방식으로 활용되는 것입니다.