나노물질은 식품·의약품·화장품·에너지·반도체 등 다양한 분야에서 활용되고 있는 미래 기술이다. 하지만 나노물질이 인체에 미치는 영향은 아직 잘 알려져 있지 않아 안전성 평가가 필수적이다. 그러나 기존의 동물실험은 인체와의 차이가 있어 정확도가 떨어지고 윤리적 문제도 있다.

이에 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)은 인체 줄기세포를 이용해 장기 유사체인 오가노이드를 만들고, 이를 통해 나노물질의 인체 독성을 정확하게 평가할 수 있는 새로운 배양법을 개발했다고 20일 밝혔다. 이는 세계 최초의 성과로, 오가노이드를 활용한 나노물질 및 나노의약품의 안전성 평가를 실용화하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

오가노이드는 인체 줄기세포를 시험관에서 키워 만든 3차원 장기 유사체로, 인체 모사도가 높아 동물실험을 대체할 수 있는 차세대 독성평가 수단이다. 그러나 오가노이드를 배양하는 과정에서 세포외기질이라는 젤리 같은 물질을 사용해야 하는데, 이 물질이 오가노이드의 성장과 나노물질의 침투를 방해하는 문제가 있었다.

KRISS의 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 세포외기질을 배양액에 섞어 오가노이드를 부유 배양하는 방법을 개발했다. 이 방법은 오가노이드의 크기와 개수를 균일하게 조절할 수 있고, 세포외기질이 오가노이드를 감싸지 않아 나노물질이 쉽게 접근할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 오가노이드를 대량으로 제조하고, 나노물질에 대한 반응을 빠르게 검사할 수 있는 고속대량 스크리닝 기법에도 적합하다.

연구팀은 간 줄기세포로 만든 오가노이드를 이용해 산화아연 나노입자와 금나노입자의 독성을 비교했다. 산화아연 나노입자는 간에 독성을 일으키는 물질로, 금나노입자는 독성이 없는 물질로 알려져 있다. 연구 결과, 산화아연 나노입자는 오가노이드의 세포막을 파괴하고, 세포 내 산소 활성화 종류를 증가시켜 산화적 스트레스를 유발하는 것으로 나타났다. 반면, 금나노입자는 오가노이드에 거의 영향을 주지 않았다. 이는 기존의 배양법과 달리 오가노이드 내 나노물질의 침투 여부와 독성 여부를 정확하게 확인할 수 있음을 보여준다.

KRISS 백아름 선임연구원은 “이번 연구는 오가노이드를 활용한 나노물질 및 나노의약품의 안전성 평가에 새로운 패러다임을 제시한 것으로, 국내 나노산업의 경쟁력 강화에 기여할 것”이라고 말했다.

이태걸 나노안전성기술지원센터장은 "식약처와 미 FDA에서 동물대체시험법의 필요성이 날로 커지는 시점에 병원과의 융합협력연구를 통해 세계 최초로 오가노이드 기반의 정확한 나노물질 안전성 평가기술을 개발하게 되어 뜻깊다"고 말했다.

이번 연구는 차의과대학교와의 협력으로 진행되었으며, 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, KRISS의 지원을 받았다. 연구 결과는 나노기술 분야의 저명한 학술지인 나노레터스(Nano Letters, IF: 10.8)에 올해 1월에 게재되었다.

연철웅 기자 다른기사 보기