차세대 바이오의약품 개발 과정에서 면역체계 이상반응으로 인한 간독성 위험을 발견하는 기반이 마련되었다. 이는 향후 독성 실험에서 동물실험 의존도를 낮추고, 인체 적용 가능성을 높인 새로운 실험실 플랫폼으로써 주목된다.

 

국가독성과학연구소(소장 허정두) 글로벌의약바이오연구단 이유빈 박사 연구팀은 ‘3차원(3D) 간-혈관-면역세포 공동배양 모델’을 구축하여, 차세대 바이오의약품의 면역매개 간독성 위험을 정량적으로 평가할 수 있는 연구 결과를 발표했다.

 

 이번 연구는 감염병, 의약품 등 외부 요인에 의한 면역체계 이상 반응과 그로 인한 간 손상을 재현하고, 이를 통해 약물의 위험성을 예측하는 새로운 안전성 평가 플랫폼을 제시했다는 특징이 있다.

▲ (왼쪽부터)박두현, 박대의, 이유빈, 견미랑, 문경식 연구원

 

특히, 기존의 인체 면역체계를 온전히 반영하지 못하는 동물실험이나, 3차원의 간 조직 형태 및 기능성 구현에 제약을 갖는 단순 2D 세포배양 모델로는 파악하기 어려웠던 복잡한 간 내 면역 시스템을 체외에서 일정 수준으로 구현함으로써, 면역독성 기반 신약 개발 평가 체계 확립에 중요한 전기를 마련한 것으로 평가된다.

 

 본 모델은 기존 2D 단층배양과 달리, ▲간-혈관-면역세포의 직접적 상호작용 ▲염증 및 대사 억제의 동시 관찰 ▲치료제 반응성 검증 등 종합적인 연구 결과를 제시한다는 점에서 차별성을 갖는다.

 

 이는 향후 차세대 바이오의약품의 독성 평가와 더불어, 환경 및 복합 스트레스 인자의 인체 간 독성 위험

평가에도 확장 가능성이 높다.

 

 연구 내용은 다음과 같다. 먼저 연구진은 간세포, 혈관내피세포, 말초혈액단핵세포를 젤라틴 기반 3D 하이드로젤에 공동배양하여, 실제 간의 면역·혈관 환경을 모사한 모델을 개발했다. 

 

 해당 모델에 염증 유도제를 처리한 결과, ▲체내 염증 발달 물질의 급격한 분비 ▲약물대사 효소 억제 등 체내 대사 중에 나타나는 간 기능 이상을 재현할 수 있었다. 

 

 나아가, 연구진은 면역억제제 처리를 통해 간독성 반응이 완화되는 회복 가능성을 확인함으로써, 해당 연구모델이 실제 약물 치료 효과를 확인할 수 있는 인체 면역 모사 모델임을 입증했다.

 

 이유빈 박사는 “이번 연구는 기존의 단순 다세포 배양을 넘어, 3D 프린팅·하이드로젤 기술과 면역세포 역학을 접목한 사례로서, 국제적으로도 드문 시도”라며, “향후 실험 모델을 간에서 신장·폐 등 다른 장기까지 확장하고, 국제 규격화·자동화를 추진하여 독성에 대한 대량 스크리닝 플랫폼으로 발전시킬 계획”이라고 밝혔다.

 

 한편, 해당 연구는 기관고유사업인 ‘감염병 대응 첨단바이오의약품 안전성평가 원천기술 개발’ 과제를 수행한 결과로, Chemical Engineering Journal에 올해 9월 게재되었다.

 

[그림1] 생체적합성 하이드로젤 기반 3D 간 공동배양 플랫폼의 면역 매개 손상 및 치료 반응성 모사

 

[그림2] 차세대 치료제 안전성 평가를 위한 표준화된 인체 면역 모사 3D 간 모델로의 발전 방향