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연구보고서

연구 보고서

중장기적인 정책연구과제와 대안을 포괄적인 시각에서 이론적 · 실중적 분석을 통해 제시함으로써 연구원의 설립목표를 가장 잘 실행하고있는 보고서입니다.

반복투여독성시험 대체시험법 적합성 연구

연구책임자
서동석 외 2명
수 행 연 도
2021년
핵 심 단 어
주 요 내 용
1. 연구배경
 o 전통적으로 독성시험은 주로 실험동물을 기반으로 하고 있으나 이러한 접근방법은 비효율적이고 비경제적이며 종간 차이로 인하여 사람에서의 해석에 많은 어려움이 있음
 o 현재는 분자 생물학 및 컴퓨터 과학의 기술 발전으로 in vitro 생화학 및 세포 기반 분석과 설치류를 이용하지 않는 모델을 독성시험에 사용할 수 있다고 판단하고 있음
 o 이러한 방법들은 경제적이며 효율적이며, 현재는 질병 특이적, 기전 기반이며, 생물학적 관찰을 포괄적으로 포함하여 예측독성의 분야로 상당한 진전을 이루었으나 상대적으로 반복투여독성을 평가하는 데는 발전하지 않았음
 o 최근에는 미세 유체를 정밀하게 조작하고 처리하는 미세유체 시스템이 전 세계적으로 활발히 연구되고 있고, 상당히 발전되어 상업화되어 있음. 이러한 미세 유체는 샘플 준비, 반응, 분리, 검출 및 세포 배양, 분류 및 세포 용해와 같은 작동 단위를 통합하고 있음
 o Organ-On-A-Chips(OOAC)은 다양한 화학, 생물학 및 재료 과학 분야가 결합되어 있어 세계 경제 포럼에서 "10대 신흥기술" 중 하나로 선정되어 있으며, OOAC는 실험동물 모델의 미래 대체 기술로 제안되었음
 o 따라서, 본 연구는 반복투여독성시험을 대체하기 위하여 OOAC 기술의 최근 발전상황을 조사하여 세포 생물학적 평가에 대한 미래 관점을 논의함으로 산업독성 연구의 적용 가능성을 평가하여 반복투여독성 대체시험법에 대한 적합성을 검토함
2. 주요 연구내용
 □ 연구결과
  o 본 연구는 현재의 과학기술의 발전으로 반복투여독성시험을 대체할 할 수 있는 가장 가능성 있는 기술로 OOAC 기술에 대해 조사한 연구임. 새로운 기술인 OOAC는 사람의 조직, 장기 및 생체 내의 역동적인 생물학적인 특성을 모방한 미세공학적 사람 세포 기반 시스템임
  o 현재 in vitro 시험에 사용되고 있는 2차원 단층세포는 생체조직의 구조, 기능, 기계적 특성을 정확히 반영하지 못하고 있으며, 체내의 복잡하고 역동적인 3차원 환경을 모방하지 못하고 있음. 그러나 미세 유체 기술 기반의 OOAC는 인체 장기의 복잡한 구조, 미세 환경 및 생리적 기능을 모사할 수 있어 신약 스크리닝 및 독성 평가에 이상적인 도구가 될 수 있다고 생각함
  o OOAC는 미세 유체 기술의 소형화, 통합 및 경제적인 특성을 가질 뿐만 아니라 화학적 농도 구배 및 유체 전단력과 같은 여러 시스템적 매개변수를 정확하게 제어할 수 있으며 세포 그래픽 배양을 구축하고 실현할 수 있음
  o 현재 인체 장기를 모사하여 개발된 OOAC는 미국, 영국, 프랑스, 네델란드, 이스라엘, 중국에서 활발히 연구되고 있으며, 개발된 OOAC로는 간 칩, 폐 칩, 장 칩, 혈관 칩, 심장 칩 및 다기관 칩이 상업화되어 있음. 그러나 그 사용이 아직까지 글로벌 제약회사 위주로 제한적이나 이를 이용한 연구는 증가하고 있음
  o OOAC 기술의 장점은 여러 칩을 서로 연결한 Body-On-A-Chip에 있으며, 현재 OOAC는 다양한 인체 장기 구조와 기능의 모델이 설계되어 있으며 Emulate 사인 경우 최대 12개 장기까지 서로 연결가능 하다고 광고하고 있음. 서로 연결된 모델을 이용하여 신약, 백신, 화학물질 등에 대한 효능 및 안전성 평가에 이용하고 있음.
  o Body-On-A-Chip은 반복투여독성시험의 목표인 특정 장기에 나타는 영향 평가에 예측력을 높일 수 있을 것으로 판단되나 용량-반응 평가에는 아직 부족할 것으로 판단되고 직접적으로 반복투여독성시험을 일대일로 대체하기에는 어려움이 있을 것으로 판단됨. 이후 통합적시험평가접근법(IATA) 방법과 같이 평가될 것으로 생각함
  o Body-On-A-Chip의 산업독성연구를 위한 잠재력 가치에는 의심의 여지가 없으나 그 적용 및 활용을 위해서는 규제 문제와 비용적인 영향에 대해서 통찰력있는 연구가 추가로 요구될 걸로 판단됨
 □ 시사점
  o 산업독성 연구에서 독성을 확인하고 그 독성을 특성화하기는 상당히 어려운 문제임. 더욱이 미래에 우리가 직면한 새로운 위험의 영향에 대해서는 산업안전보건 분야의 큰 도전과제임
  o 더욱이 코로나 팬더믹 시대에 많은 노동환경 변화로 인한 산업재해와 원인을 규명하기에는 더욱 어려워질 것으로 예상되고 있음
  o 그러므로 산업독성연구에 미세유세 시스템 기반의 Organ-On-A-Chip은 노동자의 개인화 독성연구에 활용함으로써 가까운 미래에는 노동자의 유해성 노출에 대한 확인을 위한 유용한 도구가 될 수 있을 것으로 판단함
3. 연락처
 - 연구책임자: 산업안전보건연구원 산업화학연구실 서동석
 - 연락처: 042-815-8514
 - e-mail: seods@kosha.or.kr
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