동물실험, 이제 사라질까?

 미국 FDA는 앞으로 동물실험 자료가 없어도 의약품 허가를 신청할 수 있다고 발표하였다. 기존에 FDA는 일반적으로 생쥐와 같은 설치류 한 종과 개, 원숭이와 같은 비설치류 한 종에 대한 독성 시험을 요구해 왔다. 하지만 지난해 12월 미국 연방 식품의약품화장품법(Federal Food, Drug, and Cosmetic Act)을 개정함에 따라 의약품의 안정성과 유효성 확인을 위해 필요로 했던 동물실험 없이도 허가가 가능해졌다. 또한 공중보건법(Public health Service Act)도 개정하여 바이오시밀러 승인 신청 시 필요한 독성 평가 규정에도 동물대체시험법이 적용될 수 있도록 했다.

 

 동물대체시험법은 동물을 사용하지 않고 인간의 질환에 대해 연구하거나 인체에서의 효능과 독성을 예측·평가할 수 있는 모든 시험법을 말한다. 이는 신약 개발 시 동물실험의 대안으로 수행하여 보다 윤리적인 시험법이라 할 수 있다. 동물대체시험법의 예시로는 생체 외 시험법, 장기칩, 오가노이드 등이 존재한다.

 

 생체 외 시험법은 시험관이나 배양기 등의 인공 환경 내에서 수행하는 시험법으로, in vitro 모델을 확립하여 의약품, 화장품, 화학물질 등의 약리효능을 평가한다. 대표적으로 피부감작성 대체시험(ARE-Nrf2 luciferase 피부감작성시험), 광독성 대체시험(3T3 NRU assay), 안자극 대체시험(소각막을 이용한 안점막자극시험(BCOP)) 등이 있다. 생체 외 시험법은 동물실험에 비해 훨씬 적은 비용과 시간으로 실험 결과를 얻을 수 있다. 하지만 세포의 특성이 인체 조직과 일치하지 않을 수 있고, 세포만으로 인체 전체적인 반응을 재현할 수 없다는 한계가 존재한다.

 

 장기칩(Organ-On-a-Chip)은 전자회로가 놓인 칩 위에 세포를 배양하여 인체 장기의 기능과 특성을 구현한 기술이다. 장기칩의 전자회로는 모세혈관과 같은 인체 장기의 환경을 모방하며, 생리학적 반응을 감지하여 데이터로 표출하는 역할을 한다. 이는 장기의 세포 운동이나 물리화학적 반응의 메커니즘을 상세히 연구할 수 있다는 장점이 있다.

 

 오가노이드(organoid)는 배아줄기세포 또는 성체줄기세포의 자가조직화 능력을 이용해 형성한 3차원 세포 군집체이다. 인체의 생리활성기능과 폐, 간, 뇌 등 인간 장기의 복잡한 구조를 재현하여 생체 모델 시스템으로 활용한다. 따라서 전염병을 포함한 다양한 질병의 병리학적 연구와 장기에 대한 약물 효능, 독성 검사에 사용된다. 또한, 오가노이드를 이식하여 손상된 장기 및 조직을 교체하거나 개인 환자 수준에서 약물 반응을 평가하는 데 사용하여 맞춤 의학에 활용할 수 있다.

 

 실험동물 사용에 대한 윤리적 문제가 강조되면서 동물실험을 대체하려는 노력이 지속되고 있으며 전 세계적으로 동물대체시험법의 수요가 증가하고 있다. 하지만 현재로서는 동물대체시험법이 체내 상호작용과 같은 인간의 생리를 정확하게 반영하지 못하여 약물의 약동학적 특징을 정확하게 평가하는데 기술적 한계가 존재한다. 이러한 한계를 극복하여 정확성을 높인 동물대체시험이 구축된다면 동물실험의 단점을 보완하여 비용과 시간 면에서 효율적이고 인종적 다양성에 대한 반응까지도 예측하는 획기적인 기술이 될 수 있을 것이다. 동물대체시험법의 개발과 투자 활성화를 위한 법안을 마련하는 등의 적극적인 노력이 뒷받침되어 약물 스크리닝, 후보물질 발견 및 약물 개발 등의 모든 과정에 응용되기를 기대해본다.

 

Will Animal Testing Disappear?

The U.S. FDA has announced that it is possible to apply for a license without animal test data when licensing drugs in the future. In order to obtain a drug license in the United States, the FDA has generally called for toxicity tests on one rodent species, such as mice, and one non-native species, such as dogs and monkeys. With the revision of the Federal Food, Drug, and Cosmetics Act in December last year, permits have been made possible without animal tests needed to confirm the stability and effectiveness of medicines. In addition to the revision of the Food and Drug Products Act, the Public Health Service Act was revised to apply the Animal Replacement Test Act to the toxicity assessment regulations necessary for applying for biosimilar approval.

 

Animal replacement test methods refer to all test methods that can study human diseases or predict and evaluate efficacy and toxicity in the human body without using animals. It can be said to be a more ethical test method by performing alternative methods instead of animal testing when developing new drugs. Examples of animal replacement test methods include in vitro test methods, organ chips, organoids, etc.

 

The in vitro test method is a test method performed in an artificial environment such as a test tube or a incubator, and the pharmacological efficacy of medicines, cosmetics, and chemicals is evaluated by establishing an in vitro model. Typical examples are the skin sensitization substitution test (ARE-Nrf2 luciferase skin sensitization test), phototoxicity substitution test (3T3 NRUassay), and eye irritation substitution test (BCOP using an incinerator). The extra-biological test method can obtain experimental results at much less cost and time than animal tests, but there are limitations in that the characteristics of cells may not match human tissue and that the overall human reaction cannot be reproduced.

 

Organ-On-a-Chip is a technology that implements the functions and characteristics of human organs by culturing cells on a chip on which electronic circuits are placed. The electronic circuit of the organ chip mimics the environment of the human body's organs, such as capillaries inside the organ, and plays a role in detecting physiological reactions and expressing them as data. It has the advantage of being able to study in detail the mechanism of organ cell movement or physicochemical reaction.

 

Organoids are three-dimensional cell clusters formed by using the self-organizing ability of embryonic stem cells or adult stem cells. It similarly reproduces the physiological active function of the human body, reproduces the complex structure of human organs such as lungs, liver, and brain, and uses it as a biomodel system. Therefore, it is used for pathological research of various diseases including infectious diseases, drug efficacy and toxicity tests for organs. Organoids can be transplanted to replace damaged organs or tissues, or used to evaluate drug responses at the individual patient level for use in custom medicine.

 

With the emphasis on ethical issues regarding the use of experimental animals, efforts to replace animal testing continue, and the demand for animal replacement testing methods is increasing worldwide. However, for now, there are technical limitations in accurately evaluating the pharmacokinetics of drug exposure because animal replacement testing methods do not accurately reflect human physiology such as in vivo interactions. If animal replacement tests that improve accuracy by overcoming these technical limitations are established, it will be a groundbreaking technology that can be efficient in terms of cost and time and even predict responses to human racial diversity by compensating for the shortcomings of animal testing. We hope that it will be applied to all processes such as drug screening, candidate substance discovery, and drug development, supported by active efforts such as preparing related bills to develop animal replacement test methods and revitalize investment.