“3D 바이오프린팅 망막 구현”…국내 연구진, 신약 개발 전임상 혁신

3D 바이오프린팅 기술이 난치성 안질환 치료 패러다임을 바꾸고 있다. 국내 연구진이 실제 환자와 유사한 인공망막을 3차원 프린팅 방식으로 구현하는 데 성공해, 전임상 신약 개발부터 맞춤형 치료 전략 설계에 이르기까지 새로운 가능성을 열었다. 업계는 동물실험 한계를 넘어선 이번 연구를 ‘망막 질환 치료 경쟁의 분기점’으로 평가하고 있다.

가톨릭대학교 은평성모병원 원재연 교수, 포항공과대학교 조동우 교수, 한국외대 김정주 교수로 이뤄진 공동연구팀은 3D 바이오프린팅을 활용한 망막-온-어-칩(retina-on-a-chip) 모델과 이를 통한 망막정맥폐쇄 질환 재현 기술을 처음 공개했다. 망막정맥폐쇄는 당뇨·고혈압 등 만성질환으로 인해 망막 내 혈관이 막혀 실명에 이르는 난치 병증이다. 기존 치료제로 증상 완화는 가능하지만 재발이 잦고 근원적 치유가 어렵다는 한계가 뚜렷했다.

이번 연구의 차별점은 망막 조직에서 유래한 세포외기질(ECM)에 기반한 하이브리드 바이오잉크 제작에 있다. 이 소재는 망막 특유의 미세한 생화학 신호와 물리적 환경을 동시에 재현한다. 연구진은 다중 노즐·삼중 동축 프린팅 기술을 적용해 소혈관, 신경망, 혈액망막장벽 등 복합 망막 구조를 원샷으로 프린팅했다. 기존 2D 세포 배양이나 동물 모델에서는 구현할 수 없던 입체적 혈관 협착과 미세환경 변화를 칩 위에 완전히 반영한 점이 핵심이다.

실험 결과, 협착 혈관을 따라 허혈(산소 부족), 염증 매개체 분비, 혈관 장벽 붕괴, 신생 혈관 형성 등 망막정맥폐쇄의 생리적 전 과정을 칩에서 관찰할 수 있었다. 아울러 실제 환자에게 쓰는 항염증제, 항혈관신생제(아스피린, 덱사메타손, 베바시주맙 등)를 적용한 ‘진짜 약물 효과’도 실시간 확인했다. 약물 투입 시 염증 억제 및 병변 완화 반응이 실제 환자와 유사하게 나타나, 신약 후보 물질 검증 및 치료제 반응 예측력에서 기존 시스템과 뚜렷한 격차를 확인한 것이다.

특히 이번 망막-온-어-칩 플랫폼은 환자 맞춤 신약 평가에서 글로벌 대형 제약사와의 협력을 기대할 수 있다는 평가다. 미국, 유럽 등 주요국에서는 이미 장기-온-어-칩 기반 신약개발 시장이 부상하고 있으나, 3D 프린팅과 조직 유래 바이오잉크를 결합한 복합 패러다임은 국내 연구진이 새롭게 제시한 방식으로 주목받고 있다.

제도적으로도 관심이 쏠린다. 동물실험 윤리 문제 및 사람-동물 간 생리 차이에 따른 한계가 쟁점으로 떠오르는 가운데, 식약처와 FDA 등 규제기관 역시 인체 조직 기반 칩 플랫폼의 신약 개발 전임상 적용 방안에 대한 가이드라인 마련에 속도를 내는 모습이다.

전문가들은 “3D 바이오프린팅 기반 인공망막 모델은 궁극적으로 AI 기반의 빅데이터 분석과 결합해 환자마다 최적화된 신약 탐색 속도를 혁신적으로 끌어올릴 수 있다”고 진단하고 있다. 산업계는 이번 플랫폼이 실제 신약개발 및 임상전환의 출발점이 될지 주목하고 있다.