[멥스젠 대해부]②“동물실험 대안? 자동화 생체조직칩 시스템이 해답"

[이데일리 김진호 기자] 멥스젠은 생체조직칩을 활용한 신약 연구 플랫폼과 나노 입자 기반 약물전달 플랫폼 등의 사업화를 진행하고 있다. 이중 회사 측이 가장 주력하고 있는 사업은 신약개발 과정에서 동물실험 데이터를 최소화하기 위한 대안으로 떠오른 생체조직칩 개발사업이다. 멥스젠은 신약 후보물질의 독성이나 효능 연구 등에 최적화된 세포 환경을 모사하는 생체조직칩을 개발에 열을 올리고 있다.

김용태 멥스젠 대표는 “올해 초 기준 세계적으로 100여 곳의 생체조직칩 기업이 있는 것으로 파악됐다”며 “6곳 정도가 사실상 해당 시장 개척에 앞장서고 있다. 멥스젠도 대표기업 중 하나다”고 자신했다.

멥스젠이 개발한 생체조직칩.(제공=멥스젠)

생체조직칩이란 인체의 세포나 조직 등을 모사하는 미세생리시스템(MPS) 중 하나다. 과거부터 생명공학 연구에 쓰여 온 2차원(2D) ‘세포배양 접시’(웰 플레이트)와 물리적 공간을 분리해 세포이동을 유도하는 ‘트렌스웰’(Transwell), 최근에 등장한 3차원(3D) 오가노이드 등이 모두 인체의 일부분을 구현하는 MPS라고 할 수 있다.

우선 웰플레이트는 다루기 쉬우며 생산성이 높다. 하지만 인체 환경에서 세포는 다른 세포들과 유기적으로 연결된는데, 웰플리에트로는 여러 종류의 세포를 공배양하기 어려웠다. 웰플레이트의 대안으로 나온 트렌스웰은 A세포는 위에서, B세포는 아래에서부터 자라게하는 것처럼 물리적으로 공간을 분리해 여러 세포를 배양하는 방법이다. 하지만 이 역시 혈관과 세포들이 복잡하게 연결된 역동적인 미세 인체 환경을 제대로 모사하진 못했다.

이에 대한 대안으로 떠오른 MPS 기술이 오가노이드와 생체조직칩이다. 먼저 실제 인체 속에서 특정 조직을 이루는 세포가 자라는 방식대로 만드는 것이 오가노이드다. 간 오가노이드라면 실제 간에 있는 모든 종류의 세포가 서로 섞여 최소한의 기능까지 수행하도록 생성한 것을 의미한다. 현재 기술력으로는 세포종류별 오가노이드의 기본적인 기능과 모습을 갖추는데 3~6개월의 시간이 필요한 것으로 알려졌다. 충분한 시간이 주어질수록 실제 세포나 조직과 더 비슷한 오가노이드를 만들 수 있다.

김 대표는 “오가노이드는 분명히 생체환경을 잘 모사하지만, 가장 큰 문제는 다루기 어렵고 재현성이 낮다는 것이다”며 “반면 생체조직칩은 특정 세포의 기능을 수행할 수 있도록 세포배양을 돕는 구조물을 떠올리면 된다, 칩이라고 해서 전자회로나 반도체 칩이 들어가는 것은 아니다”고 설명했다.

그는 이어 “명확한 구조물에서 세포를 배양하기 때문에 현재 오가노이드 대비 재현성을 월등히 높일 수 있다”며 “다양한 크기와 구조를 설계하면 몸속 조직도 충분히 잘 구현할 수 있다”고 말했다.

미세생리시스템(MPS) 기술병 장단점 비교(제공=멥스젠)

◇생체 조직칩 ‘3D’로 배양 가능...“자동화장비와 시너지 전망”

2021년 8월 멥스젠은 3차원(3D)으로 혈액뇌관문(BBB)을 모사해 신약 후보물질의 뇌 전달률을 측정하는데 도움을 주는 ‘MEPS-BBB’와 ‘MEPS-VEB’(2D, 혈관상피벽), MEPS-ANG(3D, 신생혈관) 등 3종의 혈관 관련 생체조직칩 제품을 국내외에서 출시했다.

김 대표는 “암세포나 혈관세포 등 다양한 세포가 체내에서 3D로 존재한다. 이런 세포들은 체외에서 2D로 배양하면 몸속이 아니란 걸 알고 제대로 행동하지 않는다”며 “대부분의 회사가 2D 생체조직칩을 만드는 수준이지만 우리는 3D 또는 2D및 3D를 적절히 결합한 형태로까지 생체조직칩을 구성해 대량생산하는 기술을 보유하고 있다”고 설명했다.

멥스젠은 오는 11월 자체 생체조직칩과 호환가능한 자동화 장비 ‘MEPS-AMS’을 국내에서 출시할 예정이다. 김 대표는 “훈련받은 연구자 1명이 현재 우리가 개발한 생체조직칩 32개 유닛(제품단위)을 활용해 연구에 쓸 세포를 배양하려면 세달이 걸린다”며 “MEPS-AMS 활용하면 같은 수의 유닛을 완성하는데 2일이면 된다. 자동화 장비 출시로 보다 업그레이드된 서비스를 선보이게 되는 것”이라고 강조했다. 회사 측은 유럽 연합(EU)과 미국 등에서 각각 연내와 내년 초까지 MEPS-AMS를 추가로 시판하려는 절차를 밟고 있다.

그에 따르면 생체조직칩 분야 주요 기업은 현재 멥스젠을 비롯해 미국 ‘에뮬레이트’(Emulate)와 네덜란드 ‘미메타스’(Mimetas), 영국 ‘씨엔바이오’(CN Bio), 독일 ‘티슈스’(Tissuse) 스위스 ‘인스페로’(Inphero) 등 6개 정도다.

김 대표는 가장 먼저 세워진 에뮬레이트와 비교해도 멥스젠의 생체조직칩이 손색이 없다는 의견도 내놓았다. 그는 “자동화장비가 출시되면 생체조직칩 유닛을 넣고 필요한 물질만 공급되면, 입력된 프로토콜대로 연구를 위한 세포들이 생산될 것이다”며 “편의성과 재현성 등 모든 면에서 우리 생체조직칩이 글로벌 시장 경쟁력을 가지고 있다고 판단한다”고 자신감을 드러냈다.

멥스젠은 내년까지 신장과 폐, 피부, 간, 뇌 신경혈관 등을 모사하는 5종의 신규 생체조직칩을 추가로 내놓으려는 중이다. 김 대표는 “생체조직칩은 연구나 실험 단계에서 추가 데이터를 얻기 위해 사용되는 만큼, 신제품 출시 때 자체적으로 기능 평가만 완료하면 시장에 내놓을 수 있다”며 “최근 신약개발 과정에서 독성이나 효율 등을 평가하는 동물실험을 줄이려는 움직임이 있다. 그 대안으로 급부상한 생체조직칩 시장에서 입지를 다져 나가겠다”고 말했다.