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[톡톡인터뷰 #그림장] 오가노이드는 동물 실험을 대체할 수 있을까? -임가람 교수-

Bio통신원(BRICx과학커뮤니케이터)

등록2025.10.13
조회3009

"톡톡인터뷰"는 BRIC과 과학커뮤니케이터가 함께 만들어 가는 기획인터뷰입니다. 이번 주제는 with NAMs(동물대체 시험법)입니다.
과학커뮤니케이터가 진행하는 인터뷰를 통해 최근 화제가 된 동물대체 시험법에 대해 다양한 분야 전문가를 만나 깊이 있게 파헤쳐 봅니다.

톡톡인터뷰 with NAMs 편은 총 다섯편으로 제공될 예정입니다. (BRIC 운영진)

BRIC x 과커 <톡톡인터뷰> #그림장

안녕하세요. BRIC 톡톡인터뷰 그림장입니다. 2025년 4월 FDA가 동물실험을 의무화하지 않겠다고 발표하면서 NAMs(New Approach Methologies, 동물대체시험법/신규접근법)이 화두가 되었는데요. 오늘은 세브란스 병원 소화기내과 임가람 교수님 모시고 NAMs의 현재와 미래에 대해서 이야기 나눠보겠습니다.

Q. 교수님 소개와 어떤 연구 하고 계시는지 말씀 부탁드립니다.

안녕하세요. 저는 세브란스병원 소화기내과 임상 조교수 임가람입니다. 저는 연세대학교 의과대학을 졸업하고 세브란스병원에서 내과 전공의를 수료하고 박사는 KAIST에서 종양 면역학으로 학위를 취득했습니다. 그리고 세브란스병원으로 돌아와 현재는 췌장암과 담도암을 주로 보는 임상의 역할을 담당하고 있습니다. 우리 연구실에선 췌장암과 담도암의 새로운 치료 전략을 개발하고 정밀 의료기관으로 환자맞춤형 치료 전략을 개발하는 연구를 주로하고 있습니다. 췌장암과 담도암은 대표적인 난치암입니다. 췌장암은 여전히 5년 생존율이 10%밖에 되지 않고 담도암도 약 20%에 머무르는 대표적인 난치 암으로 환자들에게 우리가 하는 연구가 실질적으로 그들의 생존율을 향상하고 삶의 질을 향상하는 데 도움이 될 중개연구를 수행하고 있습니다.

Q. 췌장 오가노이드(Organoid) 연구를 시작하게 된 계기가 있을까요?

전통적으로 암 연구는 동물실험에 기반했습니다. 주로 마우스 실험을 많이 하는데요. 종의 차이 때문에 동물실험에서 아주 혁신적인 성과를 이룬다고 할지라도 실제로 인체 임상시험으로 넘어왔을 때 실제 환자에게 도움이 되는 경우는 비율이 굉장히 희박했습니다. 하지만 저는 임상의로서 연구하면서 우리 연구실에서 하는 연구가 실질적으로 환자에게 도움이 되는 연구를 지향하였기 때문에 동물실험보단 다른 모델을 모색하기 시작했고 그 과정에서 가장 효과적일 것으로 생각한 것이 오가노이드 모델입니다. 오가노이드는 인체 유래물을 통해 만드는 오가노이드로서 3차원 구조를 그대로 지니고 있습니다. 우리 인체 내부에서 장기가 갖는 3차원 구조를 그대로 지님으로 실제로 환자에게 약을 투약하였을 때나 실제 환자 몸속에서 종양이라든지 조직이 갖는 특성을 그대로 재현할 수 있기 때문에 연구실에서 진행하는 연구가 환자에게 직접적으로 바로 적용되기 가장 효과적일 것으로 생각했기 때문입니다.

Q. 교수님 연구실에서 만든 췌장암 오가노이드 모델은 어떤 특징이 있나요?

췌장암 오가노이드 연구의 가장 큰 난관은 오가노이드를 유지하는데 굉장히 고비용이 든다는 점이고 특히 췌장암에서는 장기간 유지할 때 오가노이드 형성을 위해서 꼭 필요한 배양액 내에 있는 외부 성장인자가 반복되는 계대배양(subculture)을 할수록 췌장암의 분자생물학적 특성을 변화시킨다는 것입니다. 췌장암의 분자생물학적 특성이 변화하면 췌장암은 크게 Classical이란 아형과 Basal-like 아형으로 나뉘게 되는데 이 아형 사이에서 변화가 일어나면서 실질적으로 이 약물에 대한 반응 또한 달라진다고 보고가 되어 있습니다. 그렇기 때문에 우리 연구실에서는 이런 외부 성장인자를 유지하지 않으면서 오가노이드를 개발할 방법을 모색하였고 가장 대표적인 방법으로는 Condition Reprograming 기법이라는 것을 사용해서 먼저 환자 유래, 인체 유래물에서 2차원 배양 환경에서의 췌장암 환자 세포주를 수립합니다. 그 췌장암 환자의 세포주를 활용할 때는 추가적인 외부의 성장인자가 없다고 할지라도 이미 2차원 환경에서 세포주가 형성되는 과정에서 줄기세포능(Stemness)이 형성되고 또 그 환자 세포들의 분열 능이 충분히 증진되기 때문에 외부 성장인자 없이도 충분히 오가노이드가 만들어지는 것을 확인했습니다. 그렇기 때문에 반복적인 계대배양을 함에도 분자생물학적 특성의 변화를 최소화하였고 또 2차원 배양환경과 3차원 배양환경을 오갈 수 있는 그런 모델을 그런 플랫폼을 구축함으로써 실험 방법에 따라서 실험 목적에 따라서 굳이 고비용의 3차원 환경을 계속 유지할 필요 없이 저비용의 2차원 환경을 유지하면서 분자생물학적 특성을 연구할 때는 2차원 환경을 유지하고 또 약물의 반응 평가라든지 3차원의 구조적인 특성이 필요할 때는 또 언제든지 3차원 오가노이드 환경으로 재배양을 해서 실험할 수 있도록 함으로써 비용과 효과적인 면을 동시에 가져갈 수 있도록 모색하였습니다.

(2차원 모델과 3차원 모델을 동시에 왔다 갔다 하면서 사용할 수 있어서 더 효율적인 면이 있다는 말씀이군요.)

Q. 췌장은 내분비와 외분비의 다양한 역할을 수행하는 기관이잖아요. 교수님의 췌장 오가노이드 모델은 그 기능을 얼마나 잘 수행할 수 있는지 궁금합니다.

오가노이드 연구의 가장 큰 장점은 동물모델과 달리 동일한 환자에게 동일한 종의 세포를 사용한다는 점입니다. 환자 유래 인체물을 사용해 구축된 오가노이드에서 수행하는 연구들은, 또 그 오가노이드에 시행해진 약물의 반응성은 실제 환자 내에 있는 종양에서도 동일하게 일어날 가능성이 가장 높다는 것이 가장 큰 장점입니다. 그렇기 때문에 우리가 전임상시험이라든지 임상시험을 환자에게 직접 바로 하지 않고 우리가 환자 유래 인체물에서 만든 오가노이드에서 수행했을 때 동일한 반응이 나타날 수 있기 때문에 이런 전임상 시험이라든지 기초 임상시험을 대체할 수 있다는 장점으로서 부각되고 있습니다.

하지만 그 한계점 또한 뚜렷합니다. 가장 큰 한계점으로는 다양한 기질세포라든지 다양한 주변 조직들을 동시에 재현하기는 아직 어렵습니다. 우리 몸 안에서의 그런 구성물들은 서로 단독적으로 존재하지 않고 서로 복합적으로 존재하면서 다양한 상호작용을 하게 됩니다. 종양만 보더라도 종양 주변을 둘러싸고 있는 섬유아 세포를 포함한 대부분의 기질 세포들 또 종양 내부에 침투하고 있는 면역세포들 또 주변을 지나가고 있는 혈관들 그런 것들과의 밀접한 상호작용에 의해서 암은 진행하고 또 전이되고 때로는 약물에 대한 저항성을 획득하게 됩니다. 하지만 현재까지 오가노이드는 그런 점들을 정확하게 재현하기가 어렵습니다. 그래서 우리 연구실에서도 그런 한계점을 극복하기 위해서 다양한 기질세포와의 공동배양 오가노이드를 수립하며 그 한계점을 극복하고자 노력하고 있습니다.

(자기 세포를 사용하기 때문에 장점이 크지만, 다른 조직과 다른 세포와의 상호작용을 보기엔 아직 조금 한계가 있다는 말씀이네요.)

Q. 교수님께서 보시기에 췌장 오가노이드 모델이 NAMs에서 갖는 의미는 어떤 것이 있을까요?

특히나 췌장암 같은 경우는 앞서 말씀드렸듯이 가장 대표적인 난치 암입니다. 현재 1차 치료로 활용되고 있는 약제들도 환자의 생존율을 1년 이상 연장하지 못합니다. 그래서 NCCN 가이드와 같은 대표적인 가이드라인에서는 췌장암 1차 치료부터 가능한 임상 연구가 있다면 적극적으로 참여할 것을 권고하고 있습니다. 즉 췌장암에서는 아직 다양한 약물이 개발되어야 하고 시험이 진행되어야 합니다. 그렇기 때문에 더더욱 이런 오가노이드 시험이 췌장암에선 더욱 중요해집니다. 환자에게 직접적으로 바로 사용하기가 어렵기 때문에 먼저 환자 유래 췌장암(오가노이드)에서 그런 약물들을 먼저 테스트해 보고 치료에 적합하다고 판단되면 바로 임상시험에 적극적으로 참여할 수 있어서 직접적으로 환자의 생존율 향상을 일으킬 수 있겠습니다. 저희 연구에선 이런 모든 항암치료가 다 끝난 환자들의 인체 유래물을 대상으로 항암 약물치료를 시작하기 전에 획득해 둔 인체 유래물을 통해 만든 오가노이드로 실험을 진행하였기 때문에 이 환자가 받아온 항암 치료에 대한 반응성을 저희가 모든 정보를 가지고 있는 상태에서 연구가 진행되었습니다. 그렇기 때문에 장기간 치료한 환자들에게 있어서도 실제 환자가 그 약물에 대해 보였던 반응이 오가노이드에서도 정확하게 재현되는지 확인할 수 있었던 연구였고 또 저희 결과 보고로써 굉장히 유사하게 재현된다는 것을 보고할 수 있었습니다.

그 얘기는 췌장암에서 앞으로 연구되어야 할 수많은 약물에 대한 테스트를 환자에게 위해를 가하지 않고 먼저 시험해 볼 수 있다는 점에서 NAMs에서 중요한 의미를 지닐 것입니다.

Q. 각 장기 간의 상호작용이 부족한 문제는 어떻게 해결할 수 있을까요?

상호작용 문제는 현재 오가노이드의 가장 큰 제한점입니다. 그래서 과거에는 환자에게서 얻은 인체 유래물, 우리가 조직검사라든지 수술로 얻은 자체를 바로 3차원 환경에서 배양하는 그런 연구법이 진행된 적도 있었습니다. 그랬을 때 연구자들은 그 배양된 조직안에 암세포, 혈관 세포, 다양한 면역세포도 존재하는 것을 확인해 보고 보고한 바 있습니다. 하지만 그 연구가 지속적으로 이어지지 않았던 것은 결국 이것을 계대배양(반복 배양) 할 방법이 아직 현실적으로 없어서 추가 연구가 진행되지 못했습니다. 이런 한계를 극복하기 위해서 오가노이드를 인간의 모든 장기를 포함할 수 있을 만큼 크게 확대하는 것은 불가능할 것으로 생각하고 대신에 현재 오가노이드에서 Matrigel과 같은 우리 몸에 그런 세포외기질(extracellular matrix, ECM)을 그대로 재현할 수 있는 그런 매트릭스들을 사용하게 되는데 이 매트릭스들이 조금 더 정교하게 만들어지고 그렇게 됐을 때 단지 하나의 장기뿐 아니라 주변에 같이 침투할 수 있는 면역세포나 다른 기질 세포들을 같이 공동 배양할 수 있는 그런 환경을 만들어줄 수 있는 매트릭스가 개발되고 또 다양한 세포들과의 공동배양이 이뤄질 수 있다면 그런 점에서 일차적으로 상호작용은 어느 정도 한계를 극복할 수 있을 것으로 생각되고요.

또 우리 연구실에서는 서로 다른 두 장기의 오가노이드를 각각 배양했고 대신 그 가운데 있는 배양액을 서로 공유할 방법으로도 연구를 진행해 보았습니다. 그랬을 때 가장 흥미로웠던 것은 단독으로 배양한 오가노이드에 비해서 서로의 배양액을 공유하도록 했을 때 그렇게 배양된 오가노이드의 특성이 달라진다는 점입니다. 이것을 통해서 우리가 동일한 매트릭스 안에 모든 종류의 장기, 모든 종류의 세포들을 모두 다 오가노이드화 해서 배양하지 않아도 만들어진 오가노이드에서 배출되는 물질들을 공유할 수 있는 시스템을 만드는 것으로도 또한 그런 한계를 일정 부분은 극복할 수 있다고 생각됩니다.

Q. 결국 이런 유용한 기술들이 우리 생활에 자리 잡으려면 여러 기관에서 인정을 해줘야 할 텐데요. FDA, EMA, 또는 국내 식약처에서 췌장암 오가노이드 모델을 동물 대체 시험 데이터로 인정할 가능성은 어떻게 보고 계신가요?

이번 FDA에서도 발표했듯이 이런 인체 유래물 오가노이드 데이터를 활용해서 나온 연구를, 동물시험을 대체할 수 있다고 발표했듯이 저는 그 가능성을 굉장히 높게 봅니다. 하지만 결국 중요한 것은 임상적인 일치성입니다. 즉 다른 치료에 대안이 없는 말기 악성 종양 환자부터 시작이 될 것으로 생각하고요. 그런 환자들 오가노이드에서 나온 임상데이터와 실제 환자에게 약물이 투여되었을 때 데이터가 점점 일치하는 저희 연구 결과와 같은 보고들이 점점 누적되고 그 데이터가 축적되어 간다면 종양을 넘어서 다양한 질환에서 동일하게 전임상 연구로서의 데이터를 인정받을 수 있을 것으로 생각합니다.

Q. 최근에 단일 오가노이드와 다른 장기간에 상호작용 연구가 활발하다고 들었는데요. 이런 멀티 오가노이드 연구 전망에 대해 어떻게 보고 계신가요?

멀티 장기 오가노이드는 결국 필수적인 과정입니다. 말씀드렸든 우리 인체 내부에서는 어떤 장기도 어떤 조직도 혼자서 존재하지 않고 주변 조직과 또 다른 장기들과의 상호작용 없이 이뤄지는 것은 단 하나도 없습니다. 결국에는 다른 장기들과의 오가노이드화가 동시에 진행되는 건 필수적일 것이고요. 하지만 그러기엔 현실적으로 여러 가지 장애물들이 있습니다. 장애물을 넘기 위해서 제가 조금 전에 말씀드렸듯이 이런 매트릭스의 발달로 동시에 여러 장기의 오가노이드화가 가능한 매트릭스가 개발되는 것이 크게 나아가야 할 개선점이 될 것이고요. 또 다른 하나는 서로 다른 오가노이드를 배양함으로써 서로 다른 오가노이드 배양 과정에서 분비되는 물질에 대한, 그런 물질들이 포함된 배양액을 공유함으로써 서로의 상호작용을 재현함으로 그 한계점을 어느 정도는 극복할 방안이 될 수 있을 거로 생각합니다.

Q. 이렇게 말씀 나누다 보니까 이번에는 조금 가벼운 질문을 해볼게요. 연구실 밖에서는 어떻게 지내고 계신가요? 교수님의 일상을 소개해 주신다면?

임상과 연구를 병행하다 보면 사실 그런 개인적인 시간이 많지는 않습니다. 저의 경우는 주로 대부분의 시간을 임상과 연구에 할애하고 있고 또 때로는 그것이 저의 가장 큰 즐거움이기도 하고요. 또 그 외에 제 개인적인 시간은 저는 음악을 좋아하고 저의 종교적인 가치관으로 교회에서 찬양팀과 성가대로 섬기면서 이 환자를 보는 과정에서 쌓였던 긴장이라든지 그런 것들을 풀며 굉장히 기쁘게 보내는 시간을 가집니다.

Q. 지금까진 현재의 얘길 나눴다면 이젠 미래의 얘기도 나눠보고 싶은데요. 췌장암 오가노이드 모델이 환자 맞춤형 치료 그리고 미래 의료에 어떤 영향을 줄 수 있을지 어떻게 생각하시나요?

일차적으로는 환자맞춤형 치료는 굉장히 중요합니다. 췌장암에서는 현재 1차 치료에 사용되는 약물이 두 가지입니다. 그 두 가지 약물들은 물론 하나하나의 약물이 환자의 생존율을 1년 이상 연장하지 못한다는 단점도 있지만 실제 임상에서 환자를 보다 보면 때론 어떤 환자들은 이 약물에 3년 4년, 혹은 병이 종양이 완전 관해라고 활성도를 잃게 되기까지 진행하는 환자들도 있고요. 때로는 항암치료를 고생해서 했음에도 불구하고 전혀 반응이 없는 환자들도 있습니다. 그렇기 때문에 사실 어떤 환자에게 어떤 약물을 쓰는지가 가장 중요한데 아직 현대의학에선 그것을 구분할 수 있는 바이오마커가 개발되지 않았습니다. 그리고 통계적으로 봤을 때는 전체적으로 환자에서 하나의 약물에 대해 반응률이 적게는 30%, 많게는 60%로 보고하고 있습니다. 즉 10명 중 많게는 7명에서 4명 정도의 환자는 나에게 도움이 전혀 안 되고 오히려 부작용만 동반될 수밖에 없는 약물을 그대로 치료받아야만 하는 실정입니다. 그렇게 확률에 기대야 하는 치료가 현대의학의 한계점인데요. 만약 이런 췌장암 오가노이드 또 췌장암을 넘어서서 다양한 암종에서 오가노이드가 발달되고 이 기술들이 개발된다면 그때는 환자에게 어떤 약물이 더 잘 들을지 먼저 테스트해 보고 실제로 정말 잘들 약물을 선택해서 치료한다면 그때는 보편적으로 효과 있는 약물을 맞는 것이 아니라 나에게 정확히 잘 들을 약물로 치료를 받을 수 있을 것입니다. 그러면 그것이 우리가 흔히 얘기하는 환자 맞춤 정밀 의료의 가장 기본적인 출발점이 될 것으로 생각합니다.

또한 췌장암에서는 앞서 말씀드렸듯이 여러 가지 신약들이 현재 개발되고 있고 앞으로도 개발되어 나갈 예정입니다. 그런 신약들에 대해서 먼저 이 오가노이드로 환자 유래 오가노이드로 테스트함으로써 다양한 임상 연구중에 췌장암 환자, 담도암 환자들은 시간이 많지 않습니다. 또한 동일한 약물이라고 할지라도 내가 1차 치료에 쓰느냐 2차 치료에 쓰느냐, 또 3차 4차 치료에 쓰느냐에 따라서 점점 그 반응률이 떨어집니다. 그렇기 때문에 나에게 더 효과적인 임상 연구, 또 나에게 효과적인 약물을 조기에 사용할 수 있게 될 것이고 환자분들의 생존율 향상에 직접적인 도움이 될 것으로 생각합니다.

Q. 췌장 오가노이드의 현재와 미래에 대해 많이 말씀해 주셨는데요. 마지막으로 앞으로 5년 혹은 10년 후에 교수님 연구실의 비전을 공유해 주세요. 그리고 생명과학을 공부하고 있는 학생들이나 연구자분들 그리고 이 기술을 기다리고 있는 환자분들에게 드리고 싶은 말씀 부탁드릴게요.

췌장암은 진단 당시 수술할 수 있는 경우가 매우 적고 또 수술한다고 해도 췌장암의 진행 과정에서 조직에서 위축이 일어나기 때문에 조직에서 얻을 수 있는 세포도 아주 적었고 또 그리고 얻어진다고 하더라도 환자 간의 이질성이 굉장히 높았기 때문에 다른 암종에 비해 연구의 진행이 매우 더딘 암이었습니다. 그렇기 때문에 췌장암은 1900년대 후반 환자의 생존율과 현재 환자의 생존율이 큰 차이를 보이고 있진 않습니다. 하지만 2010년대 후반에 들어서 단일세포 전사체 분석 등이 가능해지고 또한 이번에 우리가 발표한 연구와 같이 환자의 인체 유래물로서 오가노이드를 개발하는 이런 다양한 연구들이 가능해지면서 췌장암 연구는 빠른 속도로 발전하고 있습니다. 그래서 과거에는 너무 진입장벽이 높고 또 너무 어려운 연구라고 기피되고 있었지만, 지금까지 20~30년간 발달해온 속도보다 앞으로 향후 3~5년 동안 발달할 속도가 훨씬 더 빠르고 나아가야 할 길이 많은 암종이라고 생각합니다. 그렇기 때문에 암에 대해 연구하고자 하는 여러 학생분들과 선생님들께서는 망설이지 마시고 두려워하지 마시고 아직 가야 할 길이 멀기 때문에 적극적으로 도전하시길 바랍니다. 또한 췌장암으로 고생하고 계신 환자분들, 관련된 보호자들, 지인분들께서는 지금 췌장암은 매우 빠르게 연구가 진행되고 있고 다양한 약제들 다양한 방법들도 개발되면서 환자들에게 도움이 될 연구들이 진행되고 있으니, 희망의 끈을 놓지 마시고 힘내시기 바랍니다.

교수님 오늘 귀한 시간 내주시고 췌장암 오가노이드 모델과 동물대체 시험법에 대해서 많은 이야기 나눠주셔서 감사합니다.

저희 브릭 톡톡 인터뷰는 앞으로도 다양한 연구자분들 모시고 과학의 흐름에 대해서 더 재미있고 쉽게 전달해 드리도록 하겠습니다.

[사진제공 : 그림장]

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인터뷰이 : 임가람 (연세대학교 의과대학 교수, 세브란스병원 소화기내과 임상 조교수)

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인터뷰어 : 그림장 (장혜주)

-생명과학. 화학부 졸업
-2023 페임랩 본선 진출
-한국과학창의재단 위촉 과학 커뮤니케이터
-인스타(@glimjang_science), 유튜브채널(@glimjang_science)

본 기사는 네티즌에 의해 작성되었거나 기관에서 작성된 보도자료로, BRIC의 입장이 아님을 밝힙니다. 또한 내용 중 개인에게 중요하다고 생각되는 부분은 사실확인을 꼭 하시기 바랍니다.
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