동물실험 대체 기술이 마침내 확산되기 시작했습니다

AI 요약

장기칩(organ-on-a-chip)은 인간 세포를 미세유체 채널에 배양해 장기의 일부 기능을 재현합니다. 하버드대 Wyss Institute의 Donald Ingber 연구팀은 2000년대에 공기가 드나들며 움직이는 폐 칩을 만들었습니다. 이 장치는 염증 단백질과 세균에 반응했고, 폐 조직의 움직임이 실리카 나노입자 흡수에 미치는 영향도 보여줬습니다. 처음 논문을 제출했을 때 Science 편집진은 생쥐 실험을 추가하라고 요청했습니다. 연구팀은 비교 실험을 거쳐 2010년에 논문을 발표했습니다. 당시 동물 모델이 연구의 기본값으로 여겨졌다는 사례입니다.

동물 모델을 보완하는 기술

비동물 연구법은 통칭 NAMs(New Approach Methodologies 등)로 불립니다. 오가노이드는 장기의 구조와 기능을 흉내 내는 세포 집합체이고, 장기칩은 세포를 미세유체 장치에 배양해 장기 기능의 일부를 재현합니다. 폐와 심장, 신장, 태반 칩이 개발됐으며 여러 장기를 연결한 시스템은 최대 10개 장기의 상호작용을 모사합니다. 여기에 장기와 생물체를 계산하는 시뮬레이션, 실험 데이터를 분석하는 인공지능(AI) 도구도 더해집니다.

미국에서는 2022년 FDA Modernization Act 2.0이 통과되며 신약의 임상시험 전 단계에서 NAMs를 쓸 법적 길이 열렸습니다. 기사에 따르면 FDA는 2025년 동물실험을 예외로 만들겠다는 계획을 발표했고, 2026년에는 규정에 쓰인 '동물실험' 문구를 '비임상 시험'으로 넓히는 규칙을 내놨습니다. NIH는 동물 모델 연구비 신청에 비동물 연구를 포함하도록 했고, 유럽연합과 영국도 동물실험 감축 계획을 발표했습니다. TissUse의 Ilka Maschmeyer는 동물 데이터를 제출한 제약사가 FDA로부터 임상시험 허가를 받지 못한 뒤 장기칩이나 다른 대체법의 데이터를 요구받은 사례를 전했습니다. 다만 이런 요청은 아직 드물다고 말했습니다.

검증에는 표준화와 비용이 듭니다

규제기관이 NAMs 사용을 허용해도 각 방법이 실제로 믿을 만한지 검증해야 합니다. 장치와 세포 배양 절차를 표준화하고, 여러 연구실에서 같은 결과를 내는지 확인해야 합니다. 하이드로겔의 작은 차이도 조직 성장 양상을 바꿀 수 있고, 종양 칩 연구는 혈관 기능을 측정하는 지표가 연구팀마다 달라 결과를 비교하기 어렵습니다. 연구자가 장치를 구매하는 것만으로 충분하지 않습니다. 줄기세포 배양 같은 세부 절차를 익히는 데도 지원이 필요합니다.

일부 결과는 가능성을 보여줍니다. Emulate의 간 칩 연구는 동물실험에서 안전하다고 판정받았지만 사람 간에 독성을 일으킨 약 8개 중 7개를 찾아냈습니다. 옥스퍼드대와 Janssen 연구진의 심장세포 시뮬레이션은 위험한 부정맥을 일으키는 화합물을 89% 정확도로 찾아냈습니다. 비교 대상으로 제시된 동물실험의 정확도는 75%였습니다. 하지만 Emulate 연구에는 칩 870개와 전일제 인력 16명이 16주 동안 투입됐습니다. 작은 분자 약물에서 얻은 결과를 큰 분자 약물에 적용하려면 별도의 검증도 필요합니다. 모든 제품과 용도마다 비슷한 비교 연구를 요구하면 시간과 비용이 크게 늘어납니다.

연구 관행도 바뀌어야 합니다

검증된 대체법이 있어도 현장에 퍼지는 속도는 느릴 수 있습니다. 사람 혈액세포로 면역 반응을 예측하는 단핵구 활성화 시험은 1990년대 중반에 개발되고 검증됐지만, 유럽 약전이 토끼 발열 시험의 대체법으로 인정한 시점은 2010년이었습니다. 규정 개정이 늦고, 연구비 심사자와 학술지 편집자, 동료 평가자가 익숙한 동물 데이터를 계속 요구하는 관행도 영향을 줍니다. 초기 경력 연구자들은 NAMs만 제안하면 연구비를 받기 어렵고, 동물실험을 추가해야 신뢰를 얻는다는 압력을 보고했습니다.

동물 모델은 초기 약물 개발과 규제 시험에서 쓰이는 실험동물의 약 30%를 차지합니다. 나머지 비중이 큰 기초 생물학 연구에서 동물을 대체하는 일은 더 어렵습니다. 연구자들은 학계와 기업의 협력, 공개 독성 데이터, 병렬 비교 연구, 교육과 연구비 지원이 필요하다고 말합니다. 동물실험과 NAMs 중 무엇이 더 잘 맞는지는 용도에 따라 검증해야 하며, NAMs가 보완책으로 적절한 경우도 있습니다.

Hacker News 반응

• @persedes — TissUse가 언급돼 반갑습니다. 제 생각에 이 글의 가장 중요한 내용은 FDA가 장기칩이나 그에 준하는 대체법의 데이터를 요구했다는 점입니다. 약 15년 전에는 규제기관이 동물실험을 요구했기 때문에 제약회사들은 이런 시스템에 큰 관심을 보이지 않았습니다.
• @tippa123 — 더 복잡한 점은 나라별 규제기관이 '허용 가능하다'고 보는 기준이 다르다는 것입니다. 기사 속 하버드 사례처럼 말입니다. 주요 규제기관의 기준이 충분히 맞춰질 때까지는 양쪽 기준을 만족시키려 동물실험과 비동물 실험을 모두 해야 할 수 있다고 봅니다.
• @superkuh — 의료 연구비가 크게 늘어 유용한 결과를 내는 비율이 떨어진 현상은 사람 실험, 그다음 동물 실험을 줄인 흐름과 직접 맞물립니다. 약이 쓰일 생물학적 시스템과 다른 시스템에서 연구하면 위양성이 생겨 낭비와 진전 부족으로 이어집니다. 사람이나 동물 실험을 멈추지 말았어야 했다는 뜻은 아닙니다. 다만 그 결과가 더 나쁜 성과였다는 뜻입니다. LLM 같은 계산 모델로 실제 생물학적 시스템에서 더 멀어지면 이 괴리가 커질 수 있습니다.
• @Aboutplants — 제번스 역설을 잊으면 안 됩니다. 거의 무한한 잠재적 돌파구를 찾아낼 수 있게 되면 동물실험이 그 어느 때보다 더 필요해질 겁니다. 농담이지만 어느 정도 사실일 수도 있습니다.
• @greenavocado — 이건 수년 전에 이미 정리되고 개발됐습니다. DARPA의 미세생리 시스템 프로그램 링크를 참고하세요.
• @jrflo — 약물 시험에 관한 이야기입니다. 임플란트와 수술 기구, 영상 장비에는 동물실험이 꽤 오랫동안 계속 필요할 것 같습니다.
• @Andr2Andr — 장기 모델을 쓰는 이유를 솔직히 모르겠습니다. 생쥐의 실제 장기를 쓰면 되지 않나요? 사회가 선택해야 한다면, 생쥐 백만 마리를 희생해 질병 변이 하나를 더 치료할지 아니면 그러지 않을지 묻는 겁니다. 사람 목숨을 구하려고 생쥐를 쓰는 쪽이 당연한 것 아닌가요?
  • @stronglikedan — 대안이 있다면 생쥐 실험을 위해 희생할 실험용 생쥐 수는 0마리입니다.
  • @BurningFrog — 대안이 생쥐 실험만큼 빠르고 저렴하다면 그렇습니다. 그렇지 않다면 대안 때문에 사람의 생명과 고통을 치르게 됩니다.
• @delecti — 그 주장은 생쥐가 인간을 충분히 정확하게 대변하므로 생쥐 연구로 인간 질병을 치료할 수 있다는 잘못된 전제를 깔고 있습니다. 의학 성과처럼 보이는 제목에서 '생쥐에서'라는 말이 빠졌다는 지적이 자주 나오는 데는 이유가 있습니다.
  • @robwwilliams — 맞는 말이지만, 생각하시는 이유와는 다를 수 있습니다. 연구 설계가 허술해 실패가 과장되기도 합니다. 주로 완전히 근친교배한 생쥐 한 계통에 결과를 일반화하기 때문입니다. 대다수 생쥐 연구는 C57BL/6 한 계통을 씁니다. 심하게 근친교배한 사람 한 명을 반복해 임상시험하는 것과 같습니다. 다른 생쥐에 적용하기도 어렵고 인간에게 일반화하기는 더 어렵습니다.
• @PaulHoule — 동부 해안에 갈 때마다 투구게를 만납니다. 특이한 혈액 덕분에 주사제의 세균 안전성을 시험하는 데 쓰입니다. 혈액을 채취하지 않는 시험법은 1985년 무렵 개발됐지만 여러 이유로 업계 채택이 늦어졌습니다. 전환은 아직도 예상 단계입니다.

원문: IEEE Spectrum / 번역·요약: Trawling