나노물질이 인체에 미치는 독성 평가 물질 '오가노이드' 대량 배양

의약, 식품, 반도체 등 나노물질 안전성평가 실용화 열어

한국표준과학연구원(KRISS)은 나노물질이 인체에 미치는 독성을 정확하게 평가할 수 있는 오가노이드 대량 배양법을 개발했다고 20일 밝혔다.

암시야 현미경으로 돔형 세포외기질의 나노물질 투과도를 관찰하는 연구진. 한국표준과학연구원

이번 연구는 오가노이드를 이용한 식품, 의약품, 화장품, 에너지, 반도체 등 다양한 나노물질 및 나노의약품 안전성평가 실용화를 앞당길 것으로 기대된다.

오가노이드는 인체 줄기세포를 시험관에서 키워 만드는 장기 유사체로, 인체 모사도가 높아 동물실험을 대체할 차세대 독성평가 수단으로 주목받고 있지만 배양법 한계로 표준화가 어려웠다.

기존 오가노이드 배양법은 3차원 구조 형성을 위해 세포외기질에 세포를 내장시켜 돔 형태로 굳힌 뒤 배양액을 첨가하는 방식이다. 

이는 형성된 세포외기질 돔의 중간과 가장자리 두께가 달라 산소공급 불균형이 생겨 오가노이드가 균일한 크기로 자라지 않고 돔 안에서 비누방울처럼 뭉치기 때문에 분할이 힘들다. 

또 나노물질이 돔 안으로 통과하지 못해 오가노이드에 미치는 영향을 정확하게 확인할 수 없다는 것도 문제로 지적됐다.

산업 현장에서는 최대 1,000여 개 용기에 세포를 분할 후 동시에 나노물질 반응을 테스트하는 고속대량 스크리닝 기법이 쓰이므로 균일한 제조 및 분할이 필수로 요구된다.

KRISS 연구팀은 오가노이드 배양액 자체에 세포외기질을 섞고 부유시켜 배양하는 방식을 개발했다.

오가노이드 부유 배양법. 한국표준과학연구원

이를 활용하면 오가노이드를 비교적 균일한 크기로 만들고,  동일 개수로 분할하기도 용이하기 때문에 실용화에 적합하다. 

또 기존 배양법과 달리 고형화 된 세포외기질 돔이 없어 나노물질이 오가노이드까지 쉽게 도달, 현재 산업 현장에서 사용되는 2차원 세포모델과 동일한 수준의 나노물질 투과도를 갖췄다. 

오가노이드 내 나노물질의 침투 여부를 확인할 수 있는 배양법을 개발한 것은 KRISS가 세계 최초다.

이를 통해 연구팀 나노물질 독성을 테스트한 결과 간 독성물질인 산화아연 나노입자와 독성이 없는 금나노입자의 독성 비교값을 정확히 관찰하는데 성공했다. 

간 오가노이드 부유 배양법을 적용한 나노물질 안전성 평가 실험. 한국표준과학연구원

백아름 KRISS 선임연구원은 “이번 성과를 바탕으로 오가노이드를 활용한 나노물질 및 나노의약품 안전성 표준 평가절차를 확립, 국내 나노산업 발전에 기여할 것”이라고 밝혔다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com