이번 연구를 수행한 손미영(가운데) 한국생명공학연구원 박사 연구팀.[한국생명공학연구원 제공]


[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국생명공학연구원 국가아젠다연구소 손미영 박사 연구팀은 사람의 장(腸)과 유사한 구조와 기능을 구현한 세포 모델을 개발, 신약의 위장관 독성을 전임상 단계에서 보다 정확하게 예측할 수 있는 평가 플랫폼을 구축했다고 밝혔다.
위장관 독성이란 약물 투여 후 구토, 설사, 점막염 등 장(腸)에 손상이 나타나는 부작용을 말한다. 이러한 부작용은 임상 중 치료 중단이나 용량 감소로 이어져 신약 개발 실패의 주요 원인이 바다이야기고래출현 된다.
특히 이러한 부작용은 장의 보호 기능이 먼저 약해진 뒤 염증과 조직 손상으로 진행되는 경우가 많아 초기 변화를 조기에 감지하는 것이 중요하다.
하지만 기존 위장관 독성 평가는 실제 사람의 정상 장 구조를 충분히 반영하지 못하고, 세포가 살아 있어도 장의 보호 기능이 먼저 약해지는 초기 독성 신호를 포착하지 못한다는 야마토연타 한계가 있었다.
연구팀이 개발한 hIEC(human intestinal epithelial cell) 모델은 인간 줄기세포에서 만들어진 정상 장 세포로, 영양분을 흡수하는 세포와 점액을 분비하는 세포 등 실제 사람의 장을 이루는 다양한 세포들을 함께 갖추고 있다.
장의 보호 기능이 얼마나 잘 유지되고 있는지를 보여주는 오션릴게임 지표인 경상피 전기저항(TEER) 값이 실제 사람 장과 비슷한 수준으로 나타나 실험실에서도 사람 장과 유사한 환경을 구현할 수 있었다.
연구팀은 항암제, 표적치료제, 소염진통제 등 임상에서 사용되는 17종의 주요 약물을 적용해 독성 예측 정확도를 평가했다.
평가 결과 위장관 독성을 94%의 정확도로 예측했으며, 특히 특이 바다이야기pc버전다운 도(Specificity) 100%를 기록하여 안전한 약물을 독성이 있다고 잘못 판정하는 오류 가능성을 크게 낮췄다.



인간 줄기세포 유래 장 상피 모델을 활용한 약물 독성 평가 플랫폼 모식도.[한국생명공학연구원 제공]


바다이야기무료 또한 기존 방식으로는 파클리탁셀 등의 항암제에서 확인이 불가능했던 초기 단계의 장벽 손상을 92%의 민감도로 잡아내 성능을 입증했다. 이는 단순히 세포의 생존 여부를 넘어 장벽 기능 변화 자체를 직접 측정했다는 점에서 의미가 크다.
연구팀은 유전자 분석(전사체 분석)을 통해 분자 수준에서 약물이 장벽을 약화시키는 근본 원리도 함께 규명했다.
분석 결과, 일부 항암제는 세포의 형태를 유지하고 세포 사이를 단단히 연결해 주는 세포 골격 및 접착 관련 유전자들의 활성을 급격히 낮추는 것으로 나타났다.
즉 세포가 죽지 않더라도 이를 지탱하는 뼈대인 세포 골격이 먼저 약해지면서 장벽 기능이 붕괴된다는 사실을 과학적으로 증명한 것이다.
이번 성과는 신약 개발 초기 단계에서 임상 진입 전 약물의 위장관 독성 위험을 정밀하게 예측할 수 있는 인간 기반 평가 플랫폼의 새로운 평가 기준을 제시했다. 이는 불필요한 임상 실패를 줄이고 동물실험을 보완하거나 대체할 수 있는 모델로 발전할 것으로 기대된다.
손미영 박사는 “이번 연구는 실제 인간의 장 기능을 정밀하게 모사한 모델을 통해 약물 유발 장 손상을 높은 정확도로 예측할 수 있음을 보여준 사례”라며 “또한 환자 맞춤형 오가노이드 기반 장 독성 정밀 예측 플랫폼으로의 활용을 목표로, 후속 연구를 통해 실증 사례를 체계적으로 축적할 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구성과는 기초의학 분야 국제학술지 ‘Experimental & Molecular Medicine’에 게재됐다.