오가노이드는 전분화능줄기세포(배아줄기세포, 유도만능줄기세포) 또는 조직으로부터 얻는 성체줄기세포로부터 제작되며, 3차원(3D) 구조를 가진 ‘장기유사체’ 또는 ‘미니장기’다.
자기조직화를 통해 각 장기의 특이적 세포로 구성돼 기능을 재현하고 있어 새로운 연구 모델로 각광받는다. 특히 실험동물 또는 2D 세포 배양에서는 관찰하기 어려웠던 질환 특성과 세균병원체와의 상호작용 연구가 가능해지면서 치료법 연구도 활발하게 이뤄지고 있다.
장 오가노이드에서는 장내 미생물군과 장 조직 사이의 상호작용 연구를 통해 장의 성장 촉진, 성숙화, 염증성 장 질환 및 대사 질환에 대한 이해를 향상하는 데 큰 역할을 하고 있다. 한국생명공학연구원(생명연) 줄기세포융합연구센터에서는 전분화능줄기세포 유래 3D 장 오가노이드를 활용해 최초로 장의 건강과 질환 치료에 영향을 주는 신규 루테리 균주를 발굴하기도 했다. 또한 개별종양에서 발견되는 특정 유전자 돌연변이를 모델링해 개인 맞춤형 약물 스크리닝을 가능하게 했다. 최근 환자의 암 오가노이드 뱅크를 구축하고 환자별 항암 화학요법과 표적 치료에 대한 반응을 예측해 종양학 분야의 혁신적인 변화를 주도하고 있다. 이런 변화의 결과로 국내외에서 병원 및 기업을 중심으로 암 오가노이드 바이오뱅크가 설립됐으며, 최적의 환자 맞춤형 정밀 의료를 실현하고 있다.
최근 오가노이드는 첨단 공학 기술을 접목해 ‘오가노이드-온-칩’ ‘3D 바이오프린팅’과 같은 생체공학 기술과 함께 더 복잡하고 기능적인 모델로 발전하고 있다. 정상 조직의 생리학적 특성을 구현한 모델로, 희귀질환과 암의 기전을 밝히는 데 유용한 모델로 활용될 수 있을 것이다.
재생의학에서도 오가노이드 연구는 빼놓을 수 없는 분야이다. 고령화로 인한 재생치료제 수요 증가와 난치성 질환으로 인한 맞춤형 재생치료의 필요성 증대, 장기이식 공여자 부족 등의 현실에서 오가노이드 재생치료제는 혁신적 대안으로 급부상하고 있다. 오가노이드는 환자 본인의 세포나 줄기세포 또는 줄기세포 뱅크를 이용해 제작할 수 있으며 이식이 필요한 장기의 기능을 대체하거나 직접 재생이 가능하다. 와타나베마모루그룹에서 처음으로 성체줄기세포에서 유래한 장 오가노이드 재생치료제의 임상시험에 진입했으며, 구리모토 야스오 박사가 이끄는 연구팀에서는 유도만능줄기세포 유래 망막 오가노이드 시트의 임상시험에서 2년 동안 추적 관찰을 통해 안전성을 확인한 바 있다. 최근 생명연에서는 전분화능줄기세포 유래 장 오가노이드 기반 재생치료제 연구 결과를 발표하면서 재생의학적 측면에서 오가노이드 연구에도 박차를 가하고 있다. 이외에도 간, 신장, 침샘, 눈물샘, 뼈, 뇌 오가노이드 등이 직접 재생치료제의 잠재적 대안으로 제시됐다.
2022년 12월 미국 식품의약국(FDA)이 약물에 대한 안전성과 효능시험에 대해 동물실험 의무화 조항을 삭제함에 따라 차세대 시험법으로 오가노이드는 더욱 주목받고 있다. 2023년 생명연에서도 바이오 미래를 선도하기 위해 5대 미래 유망기술을 선정했으며, 이 중 하나가 ‘미래 바이오 장기대체 치료기술’이다.
재난 및 질병, 급속한 노령화 사회에서 국민의 건강한 삶을 지킬 수 있는 차세대바이오의약 혁신 기술로 오가노이드 기반 바이오 인공장기를 꼽을 수 있다. 더불어 2024년 5월 국가첨단전략기술로써 ‘오가노이드 재생치료제’가 지정되면서 오가노이드 기반 연구 및 산업의 집중적인 지원과 개발이 있을 것으로 예상된다.