세상 깜짝 놀래킨 현미경 新기술...알고보니 메이드 인 코리아

[이데일리 송영두 기자] 유망한 신약후보 물질을 발굴한 A사는 동물실험을 통해 효능과 독성이 없는 것을 확인, 임상 1상을 진행했다. 현미경을 통해 세포 독성 여부를 확인했고, 동물실험에서도 안전성이 입증된 만큼 임상 1상 성공도 자신했다. 하지만 임상 1상에서 독성이 발견됐고, 결국 실패하고 말았다. A사 임상 1상 실패 원인은 전임상 단계에서 독성을 제대로 발견할 수 없었기 때문이다.

현재 대부분 제약바이오 기업이 사용하는 현미경으로는 세포 내 모든 독성을 발견할 수 없는 한계가 있다. 일반적으로 세포는 투명해 기존 현미경으로 자세히 관찰할 수 없다. 따라서 세포를 염색하거나 형광 단백질을 조작하는 방식으로 관찰한다. 다만 염색이나 형광 단백질을 조작하려면 2~3일이 소요되고, 조작된 세포를 다시 활용할 수 없다. 세포 관찰 정확도도 떨어진다. 세포 내 모든 독성을 발견하지 못하는 이유도 이 때문이고, 신약개발 기업들의 가장 큰 고민이기도 하다.

그런데 국내 바이오 벤처가 LED를 광원으로 하는 현미경으로 단 몇초만에 세포를 정확하게 분석·관찰, 기존 현미경으로 불가능하던 독성을 찾아내고 오가노이드(세포를 3차원 배양해 만든 장기유사체/미니장기)에 활용할 수 있는 기술을 개발해 세계를 깜짝 놀라게 하고 있다. 코스닥 상장(4분기)을 앞둔 생체현미경 기업 토모큐브가 그 주인공이다.

박용근 토모큐브 대표(공학박사)가 25일 서울 강남에서 이데일리와 인터뷰를 하고 있다.(사진=송영두 기자)

25일 서울 강남에서 이데일리와 만난 박용근 토모큐브 대표가 보여준 영상 속 모니터 화면에는 염색이나 형광 조작을 하지 않은 세포가 형형색색의 3차원 이미지로 구현돼 움직임이 뚜렷하게 보였다. 이를 본 해외 연구자들은 연신 “Oh my god”을 외쳤다. 그동안 현미경으로는 단편적인 모습이나 정지된 사진으로만 세포 관찰이 가능했던 것이 마치 라이브 영상을 보는 것처럼 세포 움직임을 관찰할 수 있는 것에 놀라움을 표한 것이다.

카이스트 물리학과 교수이자 광학 렌즈 연구를 오랫동안 해온 박 대표는 “빛을 이용해 살아있는 세포나 오가노이드를 미세화시켜 영상으로 세포를 관찰할 수 있는 기술을 개발했다. 즉 LED를 세포에 조사해 구체적인 관찰이 가능한 기술”이라며 “이를 홀로토모그래피라고 하는데, 이 기술을 활용하면 사람 세포나 인간화한 오가노이드에서 그동안 찾을 수 없었던 독성을 발견할 수 있다. 정확도가 97%에 달한다”고 강조했다.

이는 상당한 의미가 내포돼 있다는 게 박 대표 설명이다. 홀로토모그래피 기술이 확립되면서 신약개발에 꼭 필요했던 동물실험을 대체할 것으로 내다봤다. 그는 “미국 국립보건원(NIH)과 유럽연합(EU)은 동물실험 단계적 폐지를 이미 발표했다”며 “로슈는 동물실험에서 독성이 안 나왔지만, 임상 1상에서 독성이 나와 실패한 약물에 대해 인간화한 오가노이드에서 홀로토모그래피로 독성을 발견했다. 그전에 발견할 수 없었던 독성을 발견한 것이다. 의약 선진국에서 동물실험을 폐지하기로 한 결정도 홀로토모그래피와 오가노이드 기술 연구에는 엄청난 기회 요인”이라고 말했다.

또한 토모큐브 기술은 동반진단에도 활용이 될 수 있다. 예를 들어 폐암 환자의 경우 알맞은 항암제를 찾기 위해서는 조직검사를 한 후 1~2달 걸리는 결과를 보고 항암제를 처방한다. 또는 의사가 다양한 항암제 중 임의로 선택한 치료제를 투여한 후 상태 변화에 따라 또 다른 치료제를 쓰게 된다. 반면 토모큐브 기술을 활용하면 조직검사시 떼어낸 조직에서 세포 일부를 체취, 인간 오가노이드로 만든 후 다양한 항암제를 써보고 맞는 약을 찾아내 바로 투약할 수 있다. 종양 크기가 더 커지기 전에 효과적인 약을 찾아 대응할 수 있다는 게 박 대표 설명이다.

빛을 이용한 현미경 기술은 스위스 나노라이브사가 처음 개발했다. 레이저를 활용한 기술인데, 현미경 내부가 복잡하다는 단점과 사전 측정 단계가 여러 단계로 나뉘어 있어 직관적이지 않다. 두껍고 큰 오가노이드의 경우 촬영도 어렵다는 단점이 있다. 반면 토모큐브는 레이저 기반 기술을 개발한 뒤 LED를 활용한 홀로토모그래피 2세대 기술을 세계 최초로 개발했다. 나노라이브사 제품과는 달리 버튼만 클릭하면 두꺼운 오가노이드 촬영부터 분석까지 원스톱으로 가능하고, 정확도도 매우 높아 높은 경쟁력을 갖고 있다.

박 대표는 “나노라이브사는 먼저 홀로토모그래피 제품을 개발했지만, 아직 1세대에 머무르고 있다. 기술에 대한 장벽도 있었고, 연구개발(R&D)팀을 확대하지 않은 것으로 알고 있다. 독일과 일본 기업들도 개발을 진행 중인데 영상 퀄리티가 만족스럽지 못한 수준으로 알려졌다”며 “해외 연구진을 중심으로 토모큐브 제품의 우수성이 알려지면 나노라이브사 제품보다 비싼데도 불구하고 우리 제품을 찾는 사례가 늘어나고 있다. 또한 LED 기반 원천 기술은 미국, 유럽, 한국 등 주요 국가에서 특허 장벽을 구축해 진입이 쉽지 않다”고 귀띔했다.

토모큐브 홀로토모그래피 주력 장비는 대당 3억원 수준이다. 여기에 소프트웨어도 소모품처럼 연간 구독 모델로 수익을 창출할 수 있다. 연간 구독 비용은 수천만원대다. 현재 28개국에 진출, 연구자를 중심으로만 공급이 된 상황인데, 매출은 매년 2배 이상 수직 상승하고 있다. 2022년 19억원에서 2023년 37억원으로 약 100% 성장했고, 올해도 두배 이상 성장이 유력하다. 해외 매출 비중도 지난해 기준 약 64%에 달한다. 특히 제품 특성상 수익률도 약 50%에 달하고, 토모큐브 측은 향후 60% 수준까지 끌어올릴 계획이다.

박 대표는 “홀로토모그래피 장비가 속한 바이오 이미지 장비 시장 규모는 2023 기준 약 7조3000억원이고, 세포분석배양 시장까지 확대하면 10조원 규모 시장이다. 여기에 오가노이드, 세포치료제 시장까지 더하면 잠재 시장은 더욱 커진다”면서 “2028년까지 1000억원 매출이 1차 목표다. 세계 시장 50%를 차지하고 있는 미국 시장에 진입한 것은 아직 채 1년이 되지 않은 만큼 더 큰 가능성을 보고 있다. 오피니언 리더들을 중심으로 제품 마케팅에 나서고, 세계적으로 인정받는 학술지에 연구 논문이 게재되면서 점차 제품을 알리고 있다. 현재 글로벌 기업들과의 협상도 진행 중”이라고 말했다.