우리 모델은 얼마나 인간적입니까?

Jun 07, 2023

Nature Reviews Bioengineering 1권, 537페이지(2023)이 기사 인용

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오가노이드 및 장기 칩과 같은 인간 기반 체외 모델은 전임상 연구에서 특정 동물 모델을 대체할 수 있는 잠재력을 가질 수 있습니다. 하지만 이 모델에는 얼마나 '인간'이 필요한가요?

동물 모델은 기본 메커니즘을 조사하기 위해 생의학 연구에서 일상적으로 사용될 뿐만 아니라 약물, 의료 기기 또는 조직 복구 및 대체 요법에 대한 많은 전임상 테스트 프로토콜의 핵심이기도 합니다. 그러나 동물을 대상으로 한 전임상 시험을 통과했음에도 불구하고 임상 시험에서 실패하는 약물의 수가 많기 때문에 전임상 연구에서 소형 동물 모델의 타당성에 의문이 제기되었습니다. 수십만 마리의 동물을 착취하는 윤리적 우려에도 불구하고 때로는 인간의 상태와 거의 유사하지 않은 의심스러운 질병 모델로 조작됩니다(많은 동물 연구에서 통계적 능력이 여전히 열악하지만 이는 또 다른 이야기입니다).

그렇다면 대안은 무엇입니까? 사실 오랫동안 동물 모델을 대체할 실질적인 대안이 없었습니다. 특히 환자 유래 세포의 2D 세포 배양은 치료 또는 특정 조건에 대한 세포 반응에 대한 기본적인 통찰력을 제공할 수 있습니다. 그러나 세포 반응은 생체 내 2D 모델과 3D 동적 조직 간에 크게 다릅니다. 더욱이 우리 몸의 다양한 세포 유형과 그 미세 환경 사이의 상호 작용은 페트리 접시에서 재현될 수 없습니다. 따라서 분명한 길은 3D로 나아가서 더 많은 플레이어를 포함시키는 것입니다. 그리고 이것이 생명공학이 들어오는 곳입니다.

현재 오가노이드, 미세 생리학적 시스템, 장기-온-칩 및 3D 프린팅 플랫폼을 포함하여 높은 임상적 모방성을 갖춘 다양한 생명공학적 인간 관련 질병 모델이 개발되고 있으며, 이는 여러 조직의 상호 작용을 모방하기 위해 결합될 수도 있습니다. 중요한 것은 동물 모델에서는 여전히 어려운 실시간 판독 및 이미징이 가능하다는 것입니다. 더욱이, 혈관화 부족 및 면역 체계 참여와 같은 이러한 플랫폼의 많은 초기 제한 사항이 점차 해결되고 있습니다.

이제 다양한 오르간 온 칩 플랫폼도 상용화되어 상당한 수준의 견고성과 유용성을 제공합니다. 그러나 이러한 모델은 예측 플랫폼으로 사용하는 데 필요한 복잡성이 부족할 수 있습니다. 이와 대조적으로 자체 제작 시스템은 덜 견고하고 표준화되어 있을 수 있지만 인간 질병 모델링에 필요한 맞춤형 복합 모델을 설계할 수 있습니다. 예를 들어, 폐섬유증1 및 폐부종2과 같은 특정 기관의 다양한 병태생리학에 대해 모델을 설계할 수 있습니다.

다행스럽게도 Sarah Hedtrich와 동료들이 이번 호에 쓴 것처럼 여러 임상 시험에서 치료 결정의 지침으로 환자 유래 암 오가노이드를 탐색하고 있으며 인간 관련 체외 모델이 전임상 약물 스크리닝에 진출하고 있습니다3. 또한, 전임상 시험에서 허용되는 세포 기반 모델의 범위를 확대한 최근 FDA 현대화법 2.0은 그러한 모델의 개발 및 적용을 더욱 가속화할 수 있습니다.

그러나 인간 전체를 대체할 수 있는 체외 모델은 (아직) 없으며 특정 질병을 연구하는 연구자에게 먼저 적절한 오가노이드나 장기 칩을 개발하도록 요청하는 것은 많은 일이 될 수 있습니다. 그러나 동일한 질병에 대한 인간 관련 체외 모델로서 질병 특정 동물 모델을 개발하고 이를 사용하는 방법을 배우는 데 거의 동일한 시간이 걸릴 수 있다고 주장할 수도 있습니다.

Organ-on-Chip 플랫폼을 사용하지 않는 과학자들을 대상으로 한 조사4에서는 바로 사용할 수 있는 시스템과 생산 시설이 부족하고 높은 진입 장벽과 비용이 이러한 플랫폼을 사용하지 않는 주요 이유인 것으로 나타났습니다. 더욱이, 면역요법, 나노물질 기반 백신, 뇌-기계 인터페이스 등 가장 유망한 새로운 생명공학 치료 양식의 복잡성을 살펴보면, 동물 모델은 현재로서 복잡한 다기관을 조사하는 데 필수적일 수 있습니다. 적응 면역 반응 또는 신경학적 메커니즘.