나노물질 독성, 동물 대신 `오가노이드`로 검증…

한국표준과학연구원은 나노물질이 인체에 미치는 독성을 정확하게 평가할 수 있는 '오가노이드 부유 배양법'을 개발했다. 표준연 제공

백아름 선임연구원(앞줄 왼쪽 첫번째)과 표준연 연구팀 표준연 제공

나노물질의 독성 등 안전성을 정확하게 평가할 수 있는 오가노이드(인공장기) 배양 기술이 개발됐다. 기존 실험동물을 오가노이드로 대체해 나노물질과 나노의약품에 대한 신속하고 정확한 안전성 평가가 가능해질 전망이다.

한국표준과학연구원은 나노물질이 인체에 미치는 독성을 정확하게 평가할 수 있는 '오가노이드 부유 배양법'을 개발했다고 20일 밝혔다.

오가노이드는 인체 줄기세포를 시험관에서 키워 만드는 장기 유사체다. 인체 모사도가 높아 동물실험을 대체할 차세대 독성평가기법으로 주목받고 있지만 배양기술의 한계로 표준화가 어려웠다.

기존 오가노이드 배양법은 3차원 구조 형성을 위해 세포외기질에 세포를 내장시켜 돔 형태로 굳힌 뒤 배양액을 첨가해 배양했다. 하지만, 이 방식은 세포외기질 돔의 중간과 가장자리 두께가 달라 산소 공급 불균형으로 오가노이드가 균일한 크기로 자라지 않고, 돔 안에서 비누방울처럼 뭉쳐져 분할이 힘들다. 나노물질이 돔 안을 통과하지 못해 오가노이드에 미치는 영향을 정확하게 확인할 수 없는 한계도 있다.

연구팀은 배양액 자체에 세포외기질을 섞어 오가노이드를 부유 배양하는 방식을 개발했다. 이 배양법은 비교적 균일한 크기로 오가노이드를 만들 수 있고, 동일한 개수로 분할하기도 쉬워 실용화에 적합하다.

또 기존 배양법과 달리 고형화된 세포외기질 돔이 없어 나노물질이 오가노이드까지 쉽게 침투해 정확한 독성평가가 가능하고, 산업 현장에서 사용되는 2차원 세포모델과 동일한 수준의 나노물질 투과도를 갖췄다.

연구팀은 간 오가노이드를 기존 방식으로 3일간 초기 배양해 세포외기질 돔을 제거한 후, 세포외기질을 5% 농도로 섞은 배양액에 부유 배양해 나노물질의 독성을 테스트했다. 그 결과, 간 독성물질인 '산화아연 나노입자'와 독성이 없는 '금 나노입자'를 정확히 구분해 냈다.

백아름 표준연 선임연구원은 "이번 성과를 바탕으로 오가노이드를 활용한 나노물질과 나노의약품 안전성 표준평가 절차를 확립할 계획"이라며 "앞으로 식품과 의약품, 화장품, 에너지 등 다양한 전략기술 분야에서 나노물질의 안전한 사용에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 나노기술 분야 국제 학술지 '나노 레터스(1월)'에 게재됐다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr