"실험동물을 대체할 수 있는 기술개발에 박차를"

안전성평가연구소는 그간 축적된 기술과 경험에 IT, BT 분야의 다양한 첨단기술을 접목, 동물실험 위주로 진행돼 오던 안전성평가시험에 있어 실험동물을 대체할 수 있는 기술개발에 박차를 가하고 있습니다. 줄기세포를 활용한 독성평가기술, 인체모사 인공조직을 활용한 독성평가기술, 인실리코 독성평가, 제브라피시를 이용한 독성평가 기술 등 관련 기술이 그것이다.

비임상시험분야 정부 출연연구기관 안전성평가연구소(KIT) 정문구 소장은 향후 국내 바이오 기술을 독성연구에 응용, 향후 동물실험 없이 신속하게 의약품이나 화학물질을 평가하는 기술개발에 연구역량을 집중시켜 나갈 것이라고 강조했다.


안전성평가연구소의 역할과 미션에 대한 소개를 부탁드립니다.
KIT는 의약이나 농약, 건강기능식품, 식품 첨가물, 화장품 등 화학물질과 생물산업 제품의 안전성을 연구·평가하는 종합독성평가 연구기관이자 정부출연연구기관입니다.

KIT는 미국 식품의약국(FDA)와 OECD 등의 국제기준에 맞춰 일반적인 설치류 시험부터 영장류를 이용한 약효 및 독성시험까지를 수행하고 있습니다. 30여 년간 비임상독성평가연구와 환경독성연구를 수행해 오면서 이제는 독성평가수행 중심에서 사회문제해결을 위해 연구중심으로 대전환을 이뤄나가고 있습니다.

실제 KIT는 지난 2011년 사회문제로 부각된 바 있는 가습기 살균제와 원인 미상 폐질환과의 인과 관계를 세계 최초로 실험동물을 이용한 흡입독성시험으로 밝혀냈습니다. 국민적 관심이 가습기 살균제 사건에 집중된 지금, ‘화학물질에 의한 인체 손상 조사와 제품 출시 전 안전성을 검증할 수 있는 검증 수단을 개발하고 인력을 양성’하는 국가 사회적 시도를 점진적으로 추진해 나갈 계획입니다.

또한 의약품, 화학물질 사고로 국민 불안이 유발되는 요인에 대한 다차원적인 연구개발 결과물을 내놓으며 정부의 정책행동을 유도하고, 이것이 국가산업 발전과 국민복지 향상으로 이어질 수 있도록 그 사회적 책임을 다하고 있습니다.


기술사업화 및 중소기업 지원 등 창조경제 구현 관련 전략과 성과는?
안전성평가연구소는 KIT중소기업협력센터를 통해 국내 제약 및 화학, 바이오분야 중소기업과의 협력에 적극 나서고 있습니다.

제약 및 화학, 바이오분야 비임상시험을 필요로 하는 중소기업을 대상으로는 신약 및 화학물질, 기타 생명공학 신 물질, 신제품 개발과 관련, 비임상시험에 대한 노하우 및 비용, 기술 등이 부족한 경우에 정부 과제의 공동 수행, 공동장비 활용, 기술 자문 등을 통해 비임상 시험분야 애로사항 등을 해소하고 있습니다. 기관 고유사업 예산 중 10% 이상을 중소기업협력사업에 투입, 신약을 비롯한 다양한 바이오 제품 연구개발을 지원하는가 하면, 최근에는 중소기업청 등 정부 연구 과제의 주관기관으로 선정돼, 묶음 예산을 확보, 이러한 중소 제약 기업 등을 적극 지원중입니다.

특히 비임상시험 인프라가 열악한 지역 바이오 기업지원을 위해 연구소 사이트가 위치한 대전, 전북, 경남 지역의 산학연관 주요 기관들과 협력 네트워크를 구축해, 독성시험에서 인허가, 공정 개발, 시제품 제작 등 사업화를 위한 ‘원-스톱’ 지원을 제공중입니다.

국내 비임상시험분야 중소기업을 대상으로는 장비 및 기술, 인력의 전문화를 통해 서비스 수준 향상을 위한 지원을 실행중이며, KIT가 국내 비임상시험기술 수준 향상 및 유관 산업의 선진화를 위해 가장 실질적인 협력을 기울이고 있는 부분입니다. 또한 최근 EU 신화학물질관리제도(REACH) 및 국내 화평법(화학물질의 등록 및 평가에 관한 법률) 실시와 더불어 국내 중소화학기업의 지원에도 적극 나서고 있습니다. 상대적으로 R&D기반이 취약한 국내 화학산업계 내에서는 이들 제도가 적지 않은 부담으로 작용하고 있다는 분석에 따른 것입니다.

KIT 중소기업협력센터는 국내 화학기업등을 대상으로 ‘화학물질 분석 지원’사업을 추진, 변화하는 국내외 화학산업계 대응을 적극 지원, 최근 3년간 15개 기업이 해당 분석 시험 지원을 받아 국내외 물질 등록을 추진 중이거나 완료한 상태입니다. 국내 바이오 제약 분야, 특히 R&D인프라가 부족한 지역 바이오기업들을 적극 지원하기 위해 정부 R&D사업 유치 등에 적극 나섬으로서 국내 바이오 분야 기업들의 최대 현안 과제인 독성시험 문제를 해결하고, 해당 분야 R&D 공공 인프라로서 역할과 책임을 다해 나갈 계획입니다.

취임 후 주목할 만한 성과를 꼽는다면?
지난해에는 연구소의 재정 건전성 확보와 출연연으로서의 임무 재정립이라는 두 가지 대과제를 해결하고자 전념을 다해 왔습니다.

기존 시험서비스 중심적인 기관경영을 연구중심 운영으로 전환할 것을 천명하고, 연구소가 보유하고 있는 안전성평가와 관련한 중요 기술, 인프라를 적극 활용할 수 있는 예측?대체독성분야와 흡입?환경유해물질 연구 분야를 중점 연구 분야로 선정해 연구소의 제반 역량을 집중해 왔습니다.

아울러 국내 관련 분야 중소기업을 지원하기 위한 예산을 확대편성하고, 중소기업에 대한 지원, 협력연구 등을 확대할 수 있는 다양한 시스템을 구축했습니다.

이 같은 노력의 일환으로 연구 분야의 정량적인 성과의 상승폭이 높게 나타났습니다. KIT는 과거 주로 산업계 시험지원 위주로 운영하였기 때문에 논문, 기술이전 등의 성과가 상당히 부족했지만, 2015년은 역대 가장 우수한 성과를 달성했습니다. 구체적으로 SCI급 논문의 경우 총 70편을 달성하였는데 이는 직전 3개편 평균인 31편에 비해서 두 배 이상 달성한 것이며, 기술이전의 경우 한해 총 10건을 성사시키는 성과를 올렸습니다.


올해 중점을 두고 추진하는 R&D 분야는?
먼저 독성시험을 기존의 방법보다 저비용으로 보다 효율적으로 할 수 있는 기술개발에 주력하고 있습니다. 특히 줄기세포, 인공장기, 하등동물, 컴퓨터 시뮬레이션을 활용하여 기존 동물실험을 대체할 수 있는 기술개발에 집중하고 있습니다.

이외에도 KIT는 보유하고 있는 독성시험 인프라를 활용하여 나노물질, 환경유해물질, 생활환경화학물질 등에 대한 독성검증 및 연구를 통해 인체 및 환경 유해가능성 물질에 대한 독성영향 연구와 예방 및 저감기술 개발에 중점을 두고 있습니다.

KIT흡입안전성연구센터는 일상생활과 밀접한 생활화학 및 환경 유해 물질에 대한 흡입독성연구와 이로부터 유발되는 만성폐질환, 알레르기, 호흡기계 질환 등의 흡입건강 연구를 전문적으로 수행하고 있습니다.

또한 최근 중국발 미세먼지로 인한 국민들의 불안감이 급증하면서 이에 대한 해결책을 제시할 국가 거점 연구기관으로도 주목받고 있습니다. 미세먼지와 인체 위해성에 대한 조직적이고 체계적인 연구를 진행, 인체 위해성 연관성과 만성 폐질환에 대한 상관성 및 악화 인자에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 이러한 연구결과를 바탕으로 국내 유수의 제약사 등과 함께 호흡기 질환에 대한 차세대 치료제 및 천연성분의 물질 발굴에도 한 발짝 다가서고 있습니다.

최근 다양하게 쏟아지는 나노물질에 대한 잠재적 위해성 평가 연구도 KIT의 중점 연구 분야 중 하나입니다. KIT경남환경독성본부가 추진하고 있는 나노 물질에 대한 안전성평가 연구는 물리화학적 특성과 화학적 반응성, 독성을 포함한 생물학적 활성 등의 상관관계 확립 등이 포함돼 있습니다. 경남본부는 또 환경 내 나노물질의 거동 및 노출 평가 기술 연구를 추진, 다양한 환경매체에서 나노물질의 지속성, 이동성, 분배 등의 거동 현상을 규명하는 한편 환경에 유입된 후 나노물질의 물리화학적 특성 변화 및 독성변화를 평가?예측하는 기술 개발에도 주력하고 있습니다.

최근 가습기 살균제 관련 안전성평가를 진행했는데?
환자들에게서 발견된 폐 섬유화증과 같은 병변들이 동물에게서도 나타나는지를 확인하기 위해서 가습기 살균제 흡입독성시험을 진행했습니다.

연구팀은 동물에게 가습기살균제를 흡입 노출하는 독성시험을 실시했고, 1차 시험에서 중점적으로 봤던 것은, ‘과연 사람에게서 나타났던 폐 병변들이 동물에서도 나타나는가’ 이었습니다.

시험은 문제가 됐던 3개 제품을 직접 사용했습니다. 먼저 노출농도는, 역학조사에서 나타난 환자들의 가습기 살균제 사용행태를 분석한 결과, 제품의 권장 사용량보다 5배에서 많게는 10배 이상 사용한 케이스도 보고되고 있어서 최악의 경우를 고려해 권장 사용량의 10배 농도로 발생시켜서 공기 중 농도를 측정했습니다. 이때 측정된 공기 중 농도를 동물들에 대한 노출농도로 환산해서 그 농도로 노출을 시켰습니다.



시험 디자인은 13주 반복 흡입노출로 설정했습니다. 기간을 2개로 나눠서 진행했는데, 4주 노출 후 부검하는 군과 13주 노출 후 부검하는 군으로 나눴습니다. 4주 노출했을 때는 사망동물은 없었지만, 동물들에서 호흡곤란과 복와위 등의 증상이 관찰되었습니다. 부검을 했을 때, 사람에서의 폐 병변과 거의 동일한 폐 섬유화와 같은 병변이 관찰됐습니다. 4주 이후 노출 시, PGH에 노출된 동물들은 7주차, PHMG에 노출된 동물들은 10주차에 사망하기 시작해 처음에 계획했던 13주까지 가기에는 무리가 있어 바로 부검을 실시했고, 역시 폐 섬유화 병변이 관찰됐습니다. 폐 섬유화는 폐에 염증이 생기면서 이를 회복하는 과정에서 일부 조직이 흉터처럼 섬유화돼 폐가 딱딱하게 굳어버리는 질환입니다. 폐 섬유화가 발생되면 폐의 신축작용을 방해하여 원활한 산소 공급이 어렵게 되어 호흡곤란을 발생시켜 결국 사망에 이르게 됐던 것인데, 이 증상이 실험동물에서도 동일하게 나타난 점을 확인했습니다.

이번 사건을 계기로 흡입가능성이 있는 물질에 대해서 정확한 흡입안전성을 확보할 수 있도록, 나아가 안전성평가연구소가 국민 안전을 지켜줄 수 있는 연구소로 거듭날 수 있도록 더욱 노력할 것입니다.


호흡기질환 제품 유효성평가연구단의 방향, 역할 등에 대해 설명해주십시오.
보건복지부가 신약개발 R&D 투자효율성을 높이고 국민 호흡기 건강 증대를 목표로 ‘T2B 기반구축센터 사업’을 추진했고, 공모를 통해 호흡기질환에 특화된 유효성평가 센터로 안전성평가연구소 컨소시움(안전성평가연구소·전북대병원·원광대병원)을 지정한 것입니다.

연구단의 가장 큰 장점은 유효성평가와 독성평가가 원스톱으로 연결돼 있다는 점입니다. 유효성평가는 연구단에서 수행되고, 수행되었던 방법과 결과를 바탕으로 안전성평가연구소의 비임상 독성시험으로 연계되며 이후 전북대병원과 원광대병원의 임상시험센터로 연계돼 유효성평가부터 임상시험까지 한 번의 스텝으로 모든 시험을 완료할 수 있습니다. 연구단의 원스톱 토탈 솔루션서비스 제공은 호흡기질환 제품 개발에 있어서 비용과 시간을 효율적으로 단축시켜 주고 있습니다.

급속하게 증가하는 호흡기질환과 더불어 이를 치료하기 위한 흡입약물 시장 또한 폭발적인 성장을 하고 있어 2016년에는 52조의 시장 규모에 이를 것으로 전망되고 있습니다. 그러나 호흡기질환 치료제 개발은 폐 내로 약물을 효율적으로 전달하기 위해 흡입제형으로 이루어지는 경향이 커 개발의 어려움이 크다는 문제점이 있습니다. 유효성평가 연구 지원으로 인해 비용적인 어려움으로 호흡기질환 치료제 개발의 새로운 시도조차 하지 못하는 관련 업체들의 어려움을 상당부분 상쇄해 줄 것으로 보입니다.

비임상시험수탁기관 부문이 민간과 중복된다는 지적에 민영화 논란도 많았습니다.
2000년대 이후 국내 GLP(우수실험실운영기준) 독성시험을 제공하는 민간 독성시험기관이 20여개로 늘어남에 따라 KIT와 국내 민간 CRO 기업들과의 역할중복 이슈가 계속돼 왔던 게 사실입니다. 이러한 논란 속에서 KIT는 기존 시험서비스 중심적인 기관경영을 연구중심 운영으로 전환할 것을 천명하고, 연구소가 보유하고 있는 안전성평가와 관련한 중요 기술, 인프라를 적극 활용할 수 있는 예측?대체독성분야와 흡입?환경유해물질 연구 분야를 중점 연구 분야로 선정해 연구소의 제반 역량을 집중하기로 했습니다.

이에 따라 중점 연구 분야를 중심으로 체계를 전면 개편, 예산삭감 등 부족한 재정환경 속에서도 중점 연구사업에 대한 투자는 과감히 확대했습니다. 특히 기존 안전성평가시험 분야의 경우에도 일부 민간과 중복성이 우려되는 사업은 조기 종료하고 신규 사업의 경우에도 ‘민간과의 차별성’을 기본 요건으로 향후 민간부문에서 접근하기 어려운 시험기술에 대한 구축을 강화하도록 했습니다.

대체 및 예측독성연구분야의 경우 2013년에는 14억 원에서 올해에는 약 35억 원으로 2.5배 가량 연구비를 확대했으며, 앞으로 지속적으로 확대할 예정입니다.

이처럼 KIT는 민간 CRO 기업들과 경쟁하지 않고, 정부출연연구소로써의 역할을 분명히 하는데 초점을 맞추고 있습니다. KIT만이 가능한 연구 수행을 통해 민간 CRO 기업들을 육성해 나가는 것을 목표로, 민간 CRO에 대한 기술이전과 지원을 통해 민간부문 안전성평가 역량을 확대해 나가고 있습니다.

실제 바이오톡스텍 등 국내 비임상시험분야 전문 민간 CRO 기업들을 개발 초기 단계부터 지원해 왔고, 심전도 및 심장 독성 평가실험 협약도 맺는 등 기술, 현장, 인력 면에서 경쟁력이 약한 중소기업들에게 현실적 지원과 대안 제시를 통해 상생협력 방안을 지속적으로 마련할 계획입니다. 앞으로도 연구중심기관으로서 국내 민간 CRO와 차별화하여 유사·중복분야는 기술이전을 추진하고, 해외로 진출하고자 하는 국산 신약 지원에 집중할 예정입니다.


기존 동물실험을 대체할 수 있는 새로운 기술개발은 어떻게 진행되는지 궁금합니다.
KIT는 그간 축적된 기술과 경험에 IT, BT 분야의 다양한 첨단기술을 접목, 동물실험 위주로 진행돼 오던 안전성평가시험에 있어 실험동물을 대체할 수 있는 기술개발에 박차를 가하고 있습니다. 줄기세포를 활용한 독성평가기술, 인체모사 인공조직을 활용한 독성평가기술, 인실리코(in-silico) 독성평가, 제브라피시를 이용한 독성평가 기술 등 관련 기술이 그것입니다.

줄기세포를 활용한 독성평가기술은 독성유발 여부를 인간 유래 줄기세포에서 분화된 간, 심장, 신경세포를 이용하여 예측하는 방법과 더불어 인체모사 인공조직을 활용한 독성평가기술에 대한 연구도 진행 중입니다.

인실리코 독성평가는 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하는 기술입니다. 다양한 약물에 대한 생물학적 정보를 컴퓨터를 활용해 독성반응을 예측합니다. KIT에서는 현재 풍부한 독성 DATA와 인프라를 활용해 관련 연구를 진행 중에 있습니다.

포유동물을 대체할 수 있는 동물모델로 제브라피시를 이용한 독성평가기술도 연구하고 있습니다. 현재 간독성, 신경독성, 심장독성, 발생독성을 평가할 수 있는 기술을 개발했으며, 유전자 가위를 이용하여 다양한 형질 전환 모델을 제작하여 독성평가에 활용하려고 합니다. 이러한 대체독성평가기술들을 통해 기존 동물실험의 제반 한계점을 극복하고, 신약후보물질 및 신규개발 화학물질의 신속?정확한 독성예측으로 신약개발연구에 필요한 시간?노력?비용이 획기적으로 절감가능 할 것으로 기대하고 있습니다.

국내 바이오산업의 미래를 어떻게 전망하시는지요?
고령화·만성질환 증가 등으로 인해 바이오산업은 생명공학기술을 중심으로 신기술과의 융합을 통해 21세기 산업성장을 주도할 것으로 보고 있습니다. 그 중 바이오 의약 산업은 유망한 신성장 동력입니다.

우리나라의 경우 바이오산업 분야 중 생명공학 분야에서 세계 최고의 학술지에 지난 수년간 가장 많은 연구 성과를 게재하고 있으며, 우수한 연구 인력의 증가와 함께 첨단 기술들을 확보하고 있습니다. 이러한 훌륭한 기초과학의 성과를 잘 활용하여 어느 산업보다도 부가가치가 높은 바이오의약의 분야에 장기 집중투자를 할 경우 21세기 한국 바이오산업은 반도체 및 정보기술(IT) 산업을 잇는 새로운 성장 동력 산업으로 충분히 세계적인 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 보입니다.

하지만 이러한 유망한 바이오 기술 들이 독성평가에 응용된 사례는 세계적으로 거의 없는 상황입니다. KIT는 이렇게 앞서가는 국내 바이오 기술을 독성연구에 응용, 향후 동물실험 없이 신속하게 의약품이나 화학물질을 평가하는 기술개발에 도전할 예정입니다.

만약 이러한 기술이 완성된다면, 올해 개발된 신약후보물질이 내년에 상용화되고, 특히 신약개발비용 축소를 통한 약가인하 등을 통하여 국민들의 보건 분야에 획기적인 발전을 가져와 줄 것으로 생각됩니다.


과학도를 꿈꾸는 학생들에게 조언을 해주신다면?
어쩌면 과학도의 삶은 ‘모험의 삶’이 아닌가 하는 생각이 듭니다. 정말 과학자가 되기로 마음먹었다면 ‘모험을 사랑하라’는 말을 하고 싶습니다. 과학자로서 실험의 결과가 생각과 다를 때, 같은 실험을 수백 번 반복할 때도 저는 그것으로도 즐거웠습니다. 마침내 원하는 결과를 얻는 그 희열의 순간을 위해 믿음을 갖고 끊임없이 도전하는 그 모든 과정에서 즐거움을 느꼈습니다. 어려운 순간에 포기해버리고 싶은 마음이 드는 것은 당연한 것이지만, 그럼에도 그 순간을 즐기며 묵묵히 하던 일을 계속 해나갈 수 있는 사람이야 말로 정말 훌륭한 과학자의 씨앗이 아닐까 생각합니다.

세상에 힘들지 않은 일은 없다고 합니다. 연구자의 삶 역시 쉬운 길은 아닙니다. 그러나 저는 감히 제가 너무나 행복한 삶을 살고 있다고 말합니다. 나오지 않는 결과를 기다리는 설렘, 아무도 알아주지 않아도 내가 하고 있는 작은 실험 하나하나가 언젠가 인류의 역사에 길이 남을 위대한 발견의 밑거름이 될 것이라는 두근거림으로 하루하루를 살았습니다.

여러분이 과학자의 삶을 선택한다면 그건 ‘꽤 괜찮은 선택’이라고 자신 있게 말씀드리겠습니다.

서울경제 파퓰러사이언스 편집부/구본혁 기자