형질전환 돼지부터 VLP까지…옵티팜, 동물 바이오 넘어 사람 의료로

이종피부·각막 이어 신장·심장까지 개발 확대…청정시설서 원료동물 직접 생산 박테리오파지 사업화·VLP 백신 개발 병행…동물 기술 기반 휴먼 헬스케어 확장

옵티팜이 형질전환 미니돼지를 활용한 이종장기 개발을 중심으로 사람 의료 영역으로 연구개발 범위를 확대하고 있다. 사람과 장기 크기가 유사한 미니돼지의 유전자를 편집해 이식 거부반응을 낮추고, 병원체가 통제된 청정시설에서 원료동물을 직접 생산하는 방식이다. 이종피부와 각막을 시작으로 신장, 심장까지 개발 범위를 넓힌다는 계획이다. 이미지는 AI를 활용해 만든 이미지. 

옵티팜이 형질전환 미니돼지를 활용한 이종장기 개발을 중심으로 사람 의료 영역으로 연구개발 범위를 확대하고 있다. 사람과 장기 크기가 유사한 미니돼지의 유전자를 편집해 이식 거부반응을 낮추고, 병원체가 통제된 청정시설에서 원료동물을 직접 생산하는 방식이다. 이종피부와 각막을 시작으로 신장, 심장까지 개발 범위를 넓힌다는 계획이다.

식품의약품안전처 출입 전문지 기자단은 6일 옵티팜을 방문해 이종장기 연구개발 현황과 형질전환 미니돼지 사육시설을 살펴봤다. 이날 김현일 옵티팜 대표이사는 이종장기와 주요 연구개발 전략을 설명했고, 심주현 재생의료연구팀 팀장은 형질전환 돼지 생산과 관리, 시설 운영 방식 등을 소개했다.

옵티팜은 동물 질병진단 분야에서 출발해 동물용 의약품과 박테리오파지, 백신 등으로 사업 영역을 확장해온 바이오기업이다. 최근에는 동물 바이오 분야에서 축적한 기술을 기반으로 이종장기와 사람용 백신까지 연구개발 범위를 넓히고 있다.

장기 부족 해법으로 떠오른 이종장기…핵심은 ‘원료동물’
옵티팜이 가장 장기적인 관점에서 투자하고 있는 분야는 이종장기다.

김 대표는 국내 장기이식 대기자가 약 5만명에 이르고, 이 가운데 신장 대기자가 가장 많은 비중을 차지하고 있다고 설명했다. 고령화와 기증 장기 부족이 이어지면서 기존 기증 장기만으로 증가하는 이식 수요를 충족하기 어렵다는 것이 회사가 이종장기 개발에 나선 배경이다.

이종장기는 사람과 다른 종의 동물에서 확보한 조직이나 장기를 사람에게 이식하는 기술이다. 이 가운데 돼지는 사람과 장기 크기와 생리학적 특성이 비교적 유사하다는 점에서 주요 원료동물로 연구되고 있다.

옵티팜 역시 이종장기의 원료동물로 미니돼지를 활용하고 있다.

심 팀장은 “미니돼지가 성체가 되면 사람과 체중이 비슷하고 장기 크기도 사람과 상당히 유사하다”고 설명했다.

옵티팜이 사용하는 미니돼지는 성체 기준 약 60~80kg 수준으로 성장한다. 일반 식용 돼지가 수백kg까지 커질 수 있는 것과 비교하면 크기가 상대적으로 작다. 장기 크기가 사람과 유사하다는 점이 이종장기 원료동물로서 중요한 조건이다.

다만 돼지 장기를 그대로 사람에게 이식할 수 있는 것은 아니다.

사람의 면역체계는 돼지 장기를 외부 이물질로 인식해 강력한 거부반응을 일으킨다. 이를 해결하기 위해 옵티팜은 유전자 편집 기술을 활용하고 있다.

사람에게 이식했을 때 거부반응을 유발할 가능성이 있는 돼지 유전자는 제거하고, 반대로 돼지 장기가 사람 몸 안에서 보다 오래 기능하는 데 도움이 될 수 있는 인간 유전자를 삽입한다.

김 대표는 현재 여러 유전자가 편집된 형질전환 돼지를 확보해 연구를 진행하고 있다고 설명했다. 겉모습은 돼지지만 장기이식이라는 목적에 맞도록 유전적 특성을 바꾼 원료동물인 셈이다.

유전자 편집에서 후대 생산까지…형질전환 돼지 직접 만든다
형질전환 돼지 생산 과정도 일반적인 돼지 번식과는 다르다.

심 팀장에 따르면 먼저 이종장기 목적에 맞게 유전자가 변형된 세포를 만들고, 이를 활용해 최초 형질전환 개체를 생산한다. 초기 개체를 만들 때에는 복제기술과 대리모를 활용한다.

이렇게 만들어진 최초 형질전환 돼지가 정상적으로 성장하고 목표한 유전적 특성을 가진 것으로 확인되면 이후에는 종돈화 과정을 거친다. 이후 자연교배를 통해 해당 유전적 특성을 후대에 이어간다.

즉 매번 새로운 개체의 유전자를 편집하는 것이 아니라 ‘유전자 편집→최초 형질전환 돼지 생산→종돈화→자연교배→후대 생산’으로 이어지는 구조다.

옵티팜은 현재 비임상과 임상 준비에 필요한 수준으로 형질전환 돼지를 생산하고 있다. 회사 측은 향후 이종장기 임상이 본격화되고 사업화 단계로 진입할 경우 생산 규모 역시 확대할 수 있도록 준비한다는 계획이다.

김현일 옵티팜 대표이사가 식약처 출입 전문지 기자단을 대상으로 설명을 하고 있다. © 식약처 출입 전문지 기자단

‘반도체 공장처럼’ 관리…100여종 병원체 통제
형질전환 돼지의 유전자만큼 중요한 것이 사육환경이다.

사람에게 이식할 조직이나 장기를 제공하는 동물인 만큼 일반 축산시설보다 높은 수준의 병원체 관리가 필요하기 때문이다.

옵티팜은 사육시설을 병원체 관리 수준에 따라 구분해 운영하고 있다. 심 팀장에 따르면 시설에서는 100종 이상의 병원체를 관리 대상으로 두고 있으며, 한 공간에서 문제가 발생하더라도 다른 공간으로 영향을 최소화할 수 있도록 시설을 분리해 운영하고 있다.

돼지를 시설 안으로 들이는 과정 역시 일반 농장과 다르다.

외부에서 태어나 자란 돼지를 그대로 시설로 옮기는 대신, 모돈에서 제왕절개 등을 통해 자돈을 확보해 외부 병원체에 노출될 가능성을 줄인 뒤 청정 동물군을 구축한다. 이후 시설 안에서 세대를 이어가면서 병원체 노출을 최소화하는 방식이다.

사육공간에는 필터를 통과한 공기가 공급되며, 온도와 습도 역시 일정 범위에서 관리된다.

김 대표는 해당 시설을 “쉽게 말하면 반도체 공장처럼 완전히 필터를 거친 공기를 넣는 것”이라고 설명했다.

일반적인 축사라기보다는 향후 사람에게 적용될 가능성이 있는 바이오 원료를 생산하는 청정 생산시설에 가까운 구조다.

피부·각막에서 신장으로…고형장기는 신장 우선
옵티팜은 이종장기를 한꺼번에 사람에게 적용하기보다 위험도와 개발 난이도를 고려해 단계적으로 접근하고 있다.

현재 회사 측 설명을 종합하면 피부와 각막을 시작으로 신장, 이후 심장으로 개발 범위를 확대하는 방향이다.

이종피부는 화상환자 등에 사용할 수 있는 형태로 개발되고 있으며, 회사는 상대적으로 임상 진입 가능성이 빠른 분야로 보고 있다. 각막 역시 비임상에서 확보한 결과를 바탕으로 임상 진입을 준비하고 있다.

고형장기에서는 신장이 핵심이다.

옵티팜은 형질전환 돼지 신장을 영장류에 이식한 연구에서 221일 생존 데이터를 확보한 바 있다. 이후 면역억제 전략 등을 조정하면서 후속 비임상시험을 이어가고 있다.

신장을 심장보다 먼저 개발하려는 데는 안전성 측면의 이유가 있다.

김 대표는 이식된 신장에 문제가 생기더라도 환자가 다시 투석 치료로 돌아갈 수 있는 반면, 심장은 이식된 장기가 제대로 기능하지 않을 경우 환자 생명과 직접적으로 연결된다고 설명했다.

때문에 신장에서 충분한 비임상·임상 데이터를 확보한 뒤 심장으로 확대하는 것이 보다 현실적인 개발 순서라는 것이 회사 측 판단이다.

옵티팜은 향후 신장 이종이식의 임상 진입에 필요한 데이터를 지속적으로 확보한다는 계획이다. 김 대표는 정부의 이종장기 임상연구 지원 움직임 등을 고려해 2028년 이후 임상 진입 가능성을 염두에 두고 있다고 설명했다. 이는 현재 회사가 준비하고 있는 개발 일정과 전망이다.

오송에 위치한 옵티팜 회사 전경. © 식약처 출입 전문지 기자단

세균 잡는 바이러스 ‘박테리오파지’…동물서 사람으로
옵티팜의 연구개발은 이종장기에만 국한되지 않는다.

이미 사업화 단계에 진입한 대표 분야는 박테리오파지다.

박테리오파지는 세균을 감염시키는 바이러스로, 특정 세균 내부로 들어가 증식한 뒤 세균을 파괴하는 특성을 갖는다. 항생제와는 다른 방식으로 세균을 제거할 수 있다는 점에서 항생제 사용을 줄이거나 내성균 문제를 보완할 수 있는 기술로 활용 가능성이 제기되고 있다.

옵티팜은 현장에서 수천개의 박테리오파지를 분리하고, 이 가운데 성능이 우수한 후보들을 선별해 자체 라이브러리를 구축하고 있다. 동물 분야에서 먼저 사업화를 진행해 매출을 만들고 있으며 해외 시장 진출도 추진하고 있다는 설명이다.

회사는 동물 분야에서 확보한 사업화 경험을 향후 인체 분야로 확장한다는 전략이다.

젖소 유방염 치료 분야도 박테리오파지 적용 가능성을 연구하고 있다. 주요 원인균을 분석한 뒤 해당 균들을 표적으로 하는 파지를 활용하는 방식으로 제품 개발을 진행하고 있으며, 회사 측은 예비시험 결과를 토대로 후속 개발을 준비하고 있다고 설명했다.

구제역서 수족구까지…VLP 플랫폼 확장
또 다른 핵심 기술은 VLP(Virus-Like Particle·바이러스유사입자)다.

VLP는 실제 바이러스와 외형은 유사하지만 내부에 바이러스 유전물질이 없는 입자다.

옵티팜은 곤충세포를 활용해 바이러스 구조를 구성하는 단백질을 발현시키고 이를 조립해 VLP를 생산하는 기술을 개발했다.

김 대표는 바이러스와 유사한 외형을 갖지만 유전물질이 없는 입자를 만들어 백신 원료로 활용하는 방식이라고 설명했다. 곤충세포에 필요한 유전자 정보를 넣으면 세포 내부에서 단백질이 생산되고, 이를 통해 바이러스 유사입자를 만드는 구조다.

옵티팜이 VLP 기술을 이용해 가장 먼저 사업화를 추진하는 분야는 구제역 백신이다.

회사는 국내 발생 바이러스주를 이용한 구제역 백신 개발을 진행하고 있으며, 수입 의존도가 높은 구제역 백신의 국산화를 목표로 하고 있다고 설명했다.

구제역 백신 연구에서 확보한 VLP 기술은 사람용 백신으로도 확장되고 있다.

대표적인 것이 수족구병 백신이다.

김 대표는 구제역 바이러스와 수족구병을 일으키는 바이러스가 구조적으로 유사하다는 점에 착안해 관련 기술을 수족구 백신으로 확대했다고 설명했다. 현재 관련 연구를 진행하고 있으며 향후 비임상과 임상을 거쳐 개발을 이어간다는 계획이다.

HPV 백신 역시 후속 파이프라인으로 연구하고 있다. 다만 회사는 현재 사업화 가능성이 가장 앞선 구제역 백신에 우선순위를 두고, 이후 수족구병과 다른 백신으로 순차적으로 개발 범위를 확대한다는 전략이다.

동물 질병을 진단하는 사업에서 시작한 옵티팜의 연구개발 영역은 박테리오파지를 통한 세균 제어와 VLP 백신, 그리고 형질전환 돼지를 활용한 이종장기까지 이어지고 있다.

특히 이종장기의 경우 단순히 돼지 장기를 확보하는 데 그치지 않고, 사람에게 이식할 수 있도록 유전자를 편집한 원료동물을 만들고 병원체가 통제된 시설에서 세대를 이어 생산하는 체계까지 구축하고 있다.

동물 바이오에서 축적한 유전자 편집과 번식, 질병관리 기술을 사람 의료로 연결하는 것이 옵티팜이 그리고 있는 장기 전략이다. 회사는 이종장기의 임상 진입을 준비하는 동시에 박테리오파지와 VLP 백신의 사업화를 병행하며 동물과 사람을 연결하는 바이오 플랫폼 확대에 속도를 내고 있다.