1.오가노이드 기술의 확산과 한계
최근 신약개발 및 정밀의료 분야에서는 인체 내 환경을 보다 정밀하게 모사할 수 있는 3차원(3D) 세포배양 기술의 중요성이 빠르게 커지고 있다. 특히 오가노이드는 실제 조직과 유사한 반응을 재현할 수 있어 약물 효능 및 독성 평가의 정확도를 높일 수 있는 모델로 주목받고 있으며, 글로벌 규제기관 역시 동물실험을 대체할 수 있는 대안으로 활용이 증가하고 있다.
이러한 흐름은 오가노이드 기술이 연구 단계를 넘어 실제 신약개발 및 비임상시험 영역으로 확장되고 있음을 보여준다.
그러나 오가노이드 기술의 확산에는 여전히 한계가 존재한다. 배양 과정이 연구자의 숙련도에 크게 의존하고, 수작업 중심의 실험 과정으로 인해 재현성과 대량 스크리닝이 제한되기 때문이다. 특히 오가노이드 배양에 이용되는 매트리겔과 같은 점성이 높은 세포외기질은 온도 변화에 민감해 겔화가 쉽게 발생하며, 균일한 분주 자체가 어려운 실험 과정으로 꼽힌다. 이러한 요소는 실험 결과의 편차를 증가시키고, 대량 스크리닝을 어렵게 만드는 주요 원인으로 지적된다.
이와 같은 배경에서 진행된 이번 세미나에서는 엠비디(주)의 자동화 기반 암 오가노이드 플랫폼이 소개되었다. 발표에서는 환자 유래 암세포를 이용한 오가노이드 모델과 항암제 감수성 검사, 그리고 이를 구현하기 위한 자동화 기술이 중심적으로 다루어졌다.
[그림 1]. 엠비디(주) 자동화 기반 암 오가노이드 플랫폼
2. 오가노이드 연구의 한계를 극복하는 새로운 솔루션
암오가노이드는 환자로부터 채취한 종양 조직을 3차원으로 배양하여 만든 모델로, 실험실에서 종양 미세 환경을 더욱 우수하게 구현한다. 이를 활용한 항암제 감수성 검사는 다양한 항암제를 적용하여 암세포의 반응을 비교 분석함으로써 환자에게 적합한 치료제를 선택하기 위한 방법이다. 동일한 암종이라도 환자별 반응 차이가 존재하기 때문에, 사전에 약물 반응을 확인하는 과정은 치료 효과를 높이는 데 중요한 역할을 할 수 있을 것이다.
세미나에서는 기존 오가노이드 실험 과정의 한계도 함께 제시되었다. 세포 분리, ECM 혼합, 플레이트 분주, 약물 처리 등 대부분의 과정이 수작업으로 이루어지며, 반복적인 피펫팅 과정으로 인해 실험자 간 편차가 발생할 수 있다. 특히 점성이 높은 ECM을 균일하게 분주하는 과정은 숙련도에 크게 의존하며, 소량의 환자 검체를 사용하는 경우에는 분주 오차와 시료 손실이 결과에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 한계를 개선하기 위한 핵심 기술로 필라 배양법(The Pillar Method)이 소개되었다. 세포를 ECM과 함께 필라 구조에 부착한 뒤 배양액에 담가 배양하는 방식이다. 따라서 배양액 및 약물 교체 시 웰 플레이트를 교체하는 방법으로 잔류물 없이 쉽게 교체할 수 있다. 이를 통해 세포 손상을 최소화하고, 모든 샘플을 동일한 조건에서 동시에 처리함으로써 실험 간 변동성을 줄일 수 있다.
자동화 실험 과정의 핵심 장비로 소개된 ASFA® Spotter는 오가노이드 실험에서 가장 어려운 과정 중 하나인 ECM 기반 세포 분주를 정밀하게 구현하는 데 초점을 맞추고 있다. 매트리겔과 같은 ECM은 상온에서 겔화되기 때문에 안정적인 분주를 위해서는 저온 온도 제어가 필수적이다. 해당 장비는 내부 냉각 시스템을 통해 시료를 저온 상태로 유지함으로써 겔화를 방지하고, 일정한 조건에서 분주가 가능하도록 설계되었다.
또한 Pressure-pulse 기반 Droplet ejection 방식을 적용하여 점성이 높은 시료도 비접촉 방식으로 정밀하게 분주할 수 있으며, 세포와 ECM, 약물을 포함한 복합 시료를 하나의 실험 과정에서 처리할 수 있는 구조를 가진다. 세미나에서는 이러한 시스템을 통해 CV 5% 이내의 우수한 정밀도를 확보한 결과가 제시되었으며, 이는 오가노이드 실험에서 요구되는 정밀도 확보 측면에서 의미 있는 수준으로 평가된다. 또한, 직접희석법(Direct dilution)을 이용하여 농도별로 약물을 분주하여, 수작업으로 희석농도구배를 하는 약물 분주와 비교했을 때 교차 오염(Cross contamination)을 최소화 시킬 수 있다.
[그림 2]. 필라 배양법에 의한 암 오가노이드 배양
[그림 3]. ASFA® Spotter를 이용한 직접희석법(Direct dilution)에 의한 약물 분주
3. 자동화 기반 오가노이드 플랫폼의 활용
이러한 자동화 기반 오가노이드 플랫폼은 단순한 세포 반응 측정을 넘어 다양한 신약개발 연구에 활용될 수 있는 확장성을 가진다. 세미나에서는 항체-약물 접합체(ADCs)의 효능 평가 적용 사례가 소개되었다. 3차원 오가노이드 모델은 실제 종양 조직과 유사한 미세환경을 재현하기 때문에, 종양 내 약물 침투 효과, 주변 세포에 대한 살상 효과(Bystander effect), 면역세포와의 상호작용 등 2차원 모델에 비해 더욱 정확하게 효능을 평가할 수 있다.
[그림 4]. 공배양(co-culture) 시스템을 이용한 약물 효능 평가
또한 암 관련 섬유아세포(CAFs)와의 공배양(co-culture) 시스템을 통해 항암제 병용요법의 효과를 평가할 수 있다. 그리고 면역세포와의 공배양 시스템을 활용하여 면역관문억제제(ICIs)의 반응을 분석하는 등 종양 미세환경을 반영한 연구에도 적용 가능하다. 이러한 접근은 실제 환자 환경과 유사한 조건에서 약물 반응을 평가할 수 있다는 점에서 의미를 가진다. 더불어 환자 유래 오가노이드(PDOs)와 이를 기반으로 한 이종이식 모델(PDOX)을 연계한 연구 전략도 소개되었다. PDOs는 환자 맞춤형 약물 반응 평가에 활용되며, PDOX는 생체 내 환경에서의 검증 모델로 사용된다. 두 모델을 함께 활용할 경우 연구 결과의 신뢰성과 예측 정확도를 동시에 높일 수 있는 접근으로 제시된다.
이번 세미나는 오가노이드 기술이 연구 중심 단계를 넘어 실제 신약개발 및 정밀의료에 적용하기 위한 실제 사례를 제시한 것으로 평가된다. 특히 균일한 오가노이드 생산, 자동화된 실험 과정, 그리고 다양한 응용 연구로의 확장 가능성을 갖춘 플랫폼은 향후 비임상 시험 및 약물 개발 과정에서 활용 범위를 넓혀갈 것으로 보인다.
<2026 KOREA LAB 신기술·우수제품 발표 세미나 현장 사진>
‘암 오가노이드 기반 약물 효능 평가를 위한 자동화 솔루션’에 관한 궁금한 내용은 본 원고 자료를 제공한 (주)영사이언스와 엠비디(주)를 통하여 확인 가능하다.
Reference(참고문헌):
1. Jun HR, Kang HJ, Ju SH, Kim JE, Jeon SY, Ku B, Lee JJ, Kim M, Kim MJ, Choi JJ, Noh JJ, Kim HS, Lee JW, Lee JK, Lee DW. High-throughput organo-on-pillar (high-TOP) array system for three-dimensional ex vivo drug testing. Biomaterials. 2023 May;296:122087. doi: 10.1016/j.biomaterials.2023.122087. Epub 2023 Mar 7. PMID: 36924663.
2. Lee SY, Cho HJ, Choi J, Ku B, Moon SW, Moon MH, Kim KS, Hyun K, Kim TJ, Sung YE, Hwang Y, Lee E, Ahn DH, Choi JY, Lim JU, Park CK, Kim SW, Kim SJ, Koo IS, Jung WS, Lee SH, Yeo CD, Lee DW. Cancer organoid-based diagnosis reactivity prediction (CODRP) index-based anticancer drug sensitivity test in ALK-rearrangement positive non-small cell lung cancer (NSCLC). J Exp Clin Cancer Res. 2023 Nov 22;42(1):309. doi: 10.1186/s13046-023-02899-4. Erratum in: J Exp Clin Cancer Res. 2023 Dec 6;42(1):332. doi: 10.1186/s13046-023-02919-3. PMID: 37993887; PMCID: PMC10664561.
Model Name(모델명): Cellvitro® + ASFA® Spotter
The Person in Charge(담당자): Jae-gyun Im
Maker(제조사): MBD Co., Ltd.
Country of Origin(원산지): Korea
e-mail: jaegyun@mbdbiotech.com
Data Services(자료제공): Young Science, Inc. / MBD Co., Ltd.
<이 기사는 사이언스21 매거진 2026년 8월호에 게재 되었습니다.>
[그림 1]. 엠비디(주) 자동화 기반 암 오가노이드 플랫폼2. 오가노이드 연구의 한계를 극복하는 새로운 솔루션암오가노이드는 환자로부터 채취한 종양 조직을 3차원으로 배양하여 만든 모델로, 실험실에서 종양 미세 환경을 더욱 우수하게 구현한다. 이를 활용한 항암제 감수성 검사는 다양한 항암제를 적용하여 암세포의 반응을 비교 분석함으로써 환자에게 적합한 치료제를 선택하기 위한 방법이다. 동일한 암종이라도 환자별 반응 차이가 존재하기 때문에, 사전에 약물 반응을 확인하는 과정은 치료 효과를 높이는 데 중요한 역할을 할 수 있을 것이다.세미나에서는 기존 오가노이드 실험 과정의 한계도 함께 제시되었다. 세포 분리, ECM 혼합, 플레이트 분주, 약물 처리 등 대부분의 과정이 수작업으로 이루어지며, 반복적인 피펫팅 과정으로 인해 실험자 간 편차가 발생할 수 있다. 특히 점성이 높은 ECM을 균일하게 분주하는 과정은 숙련도에 크게 의존하며, 소량의 환자 검체를 사용하는 경우에는 분주 오차와 시료 손실이 결과에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 이러한 한계를 개선하기 위한 핵심 기술로 필라 배양법(The Pillar Method)이 소개되었다. 세포를 ECM과 함께 필라 구조에 부착한 뒤 배양액에 담가 배양하는 방식이다. 따라서 배양액 및 약물 교체 시 웰 플레이트를 교체하는 방법으로 잔류물 없이 쉽게 교체할 수 있다. 이를 통해 세포 손상을 최소화하고, 모든 샘플을 동일한 조건에서 동시에 처리함으로써 실험 간 변동성을 줄일 수 있다.자동화 실험 과정의 핵심 장비로 소개된 ASFA® Spotter는 오가노이드 실험에서 가장 어려운 과정 중 하나인 ECM 기반 세포 분주를 정밀하게 구현하는 데 초점을 맞추고 있다. 매트리겔과 같은 ECM은 상온에서 겔화되기 때문에 안정적인 분주를 위해서는 저온 온도 제어가 필수적이다. 해당 장비는 내부 냉각 시스템을 통해 시료를 저온 상태로 유지함으로써 겔화를 방지하고, 일정한 조건에서 분주가 가능하도록 설계되었다.또한 Pressure-pulse 기반 Droplet ejection 방식을 적용하여 점성이 높은 시료도 비접촉 방식으로 정밀하게 분주할 수 있으며, 세포와 ECM, 약물을 포함한 복합 시료를 하나의 실험 과정에서 처리할 수 있는 구조를 가진다. 세미나에서는 이러한 시스템을 통해 CV 5% 이내의 우수한 정밀도를 확보한 결과가 제시되었으며, 이는 오가노이드 실험에서 요구되는 정밀도 확보 측면에서 의미 있는 수준으로 평가된다. 또한, 직접희석법(Direct dilution)을 이용하여 농도별로 약물을 분주하여, 수작업으로 희석농도구배를 하는 약물 분주와 비교했을 때 교차 오염(Cross contamination)을 최소화 시킬 수 있다.
[그림 2]. 필라 배양법에 의한 암 오가노이드 배양
[그림 3]. ASFA® Spotter를 이용한 직접희석법(Direct dilution)에 의한 약물 분주3. 자동화 기반 오가노이드 플랫폼의 활용이러한 자동화 기반 오가노이드 플랫폼은 단순한 세포 반응 측정을 넘어 다양한 신약개발 연구에 활용될 수 있는 확장성을 가진다. 세미나에서는 항체-약물 접합체(ADCs)의 효능 평가 적용 사례가 소개되었다. 3차원 오가노이드 모델은 실제 종양 조직과 유사한 미세환경을 재현하기 때문에, 종양 내 약물 침투 효과, 주변 세포에 대한 살상 효과(Bystander effect), 면역세포와의 상호작용 등 2차원 모델에 비해 더욱 정확하게 효능을 평가할 수 있다.
[그림 4]. 공배양(co-culture) 시스템을 이용한 약물 효능 평가또한 암 관련 섬유아세포(CAFs)와의 공배양(co-culture) 시스템을 통해 항암제 병용요법의 효과를 평가할 수 있다. 그리고 면역세포와의 공배양 시스템을 활용하여 면역관문억제제(ICIs)의 반응을 분석하는 등 종양 미세환경을 반영한 연구에도 적용 가능하다. 이러한 접근은 실제 환자 환경과 유사한 조건에서 약물 반응을 평가할 수 있다는 점에서 의미를 가진다. 더불어 환자 유래 오가노이드(PDOs)와 이를 기반으로 한 이종이식 모델(PDOX)을 연계한 연구 전략도 소개되었다. PDOs는 환자 맞춤형 약물 반응 평가에 활용되며, PDOX는 생체 내 환경에서의 검증 모델로 사용된다. 두 모델을 함께 활용할 경우 연구 결과의 신뢰성과 예측 정확도를 동시에 높일 수 있는 접근으로 제시된다.이번 세미나는 오가노이드 기술이 연구 중심 단계를 넘어 실제 신약개발 및 정밀의료에 적용하기 위한 실제 사례를 제시한 것으로 평가된다. 특히 균일한 오가노이드 생산, 자동화된 실험 과정, 그리고 다양한 응용 연구로의 확장 가능성을 갖춘 플랫폼은 향후 비임상 시험 및 약물 개발 과정에서 활용 범위를 넓혀갈 것으로 보인다.
<2026 KOREA LAB 신기술·우수제품 발표 세미나 현장 사진>‘암 오가노이드 기반 약물 효능 평가를 위한 자동화 솔루션’에 관한 궁금한 내용은 본 원고 자료를 제공한 (주)영사이언스와 엠비디(주)를 통하여 확인 가능하다.Reference(참고문헌):1. Jun HR, Kang HJ, Ju SH, Kim JE, Jeon SY, Ku B, Lee JJ, Kim M, Kim MJ, Choi JJ, Noh JJ, Kim HS, Lee JW, Lee JK, Lee DW. High-throughput organo-on-pillar (high-TOP) array system for three-dimensional ex vivo drug testing. Biomaterials. 2023 May;296:122087. doi: 10.1016/j.biomaterials.2023.122087. Epub 2023 Mar 7. PMID: 36924663.2. Lee SY, Cho HJ, Choi J, Ku B, Moon SW, Moon MH, Kim KS, Hyun K, Kim TJ, Sung YE, Hwang Y, Lee E, Ahn DH, Choi JY, Lim JU, Park CK, Kim SW, Kim SJ, Koo IS, Jung WS, Lee SH, Yeo CD, Lee DW. Cancer organoid-based diagnosis reactivity prediction (CODRP) index-based anticancer drug sensitivity test in ALK-rearrangement positive non-small cell lung cancer (NSCLC). J Exp Clin Cancer Res. 2023 Nov 22;42(1):309. doi: 10.1186/s13046-023-02899-4. Erratum in: J Exp Clin Cancer Res. 2023 Dec 6;42(1):332. doi: 10.1186/s13046-023-02919-3. PMID: 37993887; PMCID: PMC10664561.Model Name(모델명): Cellvitro® + ASFA® SpotterThe Person in Charge(담당자): Jae-gyun ImMaker(제조사): MBD Co., Ltd.Country of Origin(원산지): Koreae-mail: jaegyun@mbdbiotech.comData Services(자료제공): Young Science, Inc. / MBD Co., Ltd.<이 기사는 사이언스21 매거진 2026년 8월호에 게재 되었습니다.>