하버드대학 비스 연구소에서 신약 테스트를 위해 사람의 세포를 모방한 장기칩을 개발했다.

연구팀은 여러 가지 신약을 테스트할 때 사람에게 해를 가하지 않고 동물도 위험에 노출시키지 않게 하기 위해 실제 사람 세포를 모방한 칩을 만들어냈다고 밝혔다.

이에 약물 기반 치료법을 테스트할 때 효능과 안정성을 보장할 수 있게 됐다.

동물 모델을 사용해 신약을 테스트하는 이유는?

윤리적인 문제 때문에 현대 의학에서는 사람을 대상으로 신약을 테스트하는 것을 금지하고 있다.

피험자들이 알레르기 반응이나 중증의 부작용을 보일 수 있으며, 영구적인 손상으로 이어지면 결코 회복할 수 없기 때문이다.

그 결과 신약 테스트는 약물 성분의 부작용을 정확하게 확인하기 위해 수많은 실험 단계를 거치게 된다.

또 약물 성분이 다른 약물이나 화학 물질, 인체에 자연스럽게 들어있을 수 있는 각종 물질과 어떻게 반응하는지도 조사한다.

신약을 성공적으로 평가하기 위해서 연구자들은 동물 모델에 의존하고 있었다.

다양한 동물 모델 중 실험쥐가 사람과 생물학적 요소와 유전학적 요소가 유사하기 때문에 활용되고 있다. 또 실험쥐를 사용해 사람에게 발생할 수 있는 증상을 쉽게 모방할 수 있다.

이에 과거 수십 년 동안 수백만 마리의 실험쥐가 수많은 약물 연구에서 희생됐다. 주로 사람의 독성 간염을 예방하려는 실험실 테스트로 이런 동물들이 생명을 잃었다.

독성 간염은 장기가 지나친 술과 약물, 보충제에 노출될 때 유발된다.

화학물질의 강도에 따라, 독성 간염은 몇 시간 혹은 며칠 만에 발생할 수도 있고 독성 물질에 주기적으로 노출되면 몇 달 만에 증상이 나타나는 경우도 있다.

그러나 일반적으로 증상은 일시적이거나 노출이 중단되면 증상도 사라질 때가 있다.

장기칩, 약물 테스트를 위해 인간 세포를 모방하다

비스연구소는 신약 테스트 속도를 높이기 위해 몇 가지 효과적인 도구를 개발했다.

이 가운데 사람 세포 기능을 모방하기 위해 개발한 아주 미세한 기기다. 이 기기는 실제 살아있는 사람 세포를 저장해 신약의 주성분이 세포와 어떻게 상호작용하는지 실험할 수 있다.

이를 통해 동물 테스트로 잘못된 결과를 도출할 확률이 줄어들고 사람 피험자가 필요 없게 됐다.

이와 관련 제랄딘 해밀턴 박사는 "신약 개발에 중요한 이정표를 쓰게 됐다"라고 말했다.

연구자들이 상업화하기를 원했던 칩 가운데 하나는 간 칩이다. 투명하고 탄력적인 폴리머 소재로 만들었으며 일반적인 USB 플래시 드라이브 크기인 간 칩 내부에는 살아있는 세포가 심어져 있다.

이를 세밀히 관찰하면, 여러 가지 채널과 세포가 배열돼 있어 간의 미세환경을 재현할 수 있다. 이 덕분에, 생리학적 반응 및 질병 상태, 비정상적인 반응 등 신약을 테스트할 때 다양한 과정을 연구할 수 있게 됐다.

간 칩을 사용한 실험 중 하나는 사람 간에 독성 효과를 일으키는 것으로 알려진FIAU라는 화합물을 테스트한 것이다.

연구팀은 개와 실험쥐, 사람 등 3가지 모델의 간 칩을 사용해 화합물의 독성 정도를 각기 다르게 만들어 테스트했다. 이를 통해 사람의 칩에 비해 개와 실험쥐의 간 칩에서 FIAU가 다양한 농도로 분포돼 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또 과거 동물 실험에서 잘못된 결과를 도출했다는 것을 밝혀냈다.

아울러 또 다른 실험에서 다양한 약물 후보군 분자가 칩에 어떤 반응을 미치는지 분석했다. 그 결과, 세포에서 약물의 특별한 메커니즘을 자세히 확인할 수 있었다. 이는 전통적인 동물 테스트로는 관찰할 수 없었던 내용이다.

장기칩은 여전히 개발 중이지만 간 칩은 다른 장기에 비해 상업화될 날이 머지 않았다.

간 독성을 낮추는 것이 임상시험에서 가장 중요한 요인이기 대문에 학자들은 간 칩 개발에 심혈을 기울이고 있다.

간 칩 모델이 상용화된다면 수많은 약물 분자의 개발 속도가 빨라질 것으로 전망되고 있다. 그리고 화장품과 생명기술 등 다른 산업 분야에서도 이 장기 칩 모델을 활용하게 될 것이다.