토모큐브라는 기업, 홀로토모그래피 기술에 대한 기본적 분석은 이전 분석 글을 참고하면 된다.

전 분석글에서는 주로 동물 실험 의무 폐지라는 메가트렌드에 집중했다면, 이번 글에서는 기술을 적용하기 좋은 다양한 첨단 의료 기술 발전 모멘텀들을 망라하여 검토해보려고 한다.

결국 당면한 동물 실험 의무화 폐지 모멘텀이 다소 약화되더라도 의료/제약 기술 발전이라는 정해진 미래 방향성 속에서 빠른 외형 성장이 일어날 수밖에 없는 근거를 찾아보려고 한다.

홀로토모그래피 활용 분야와 토모큐브 전망

기존 광학 현미경은 형광 염색이나 표지 과정이 필요해 세포에 손상을 주거나, 살아있는 상태 그대로 장시간 관찰하기 어려웠다.
반면 홀로토모그래피는 엑스선 CT와 유사한 원리로 빛의 굴절률 분포를 측정하여 세포 내부까지 3D로 영상화하기 때문에 염색이나 표지 없이도 세포 소기관 수준의 해상도를 얻을 수 있다.
그 결과 세포를 손상시키지 않고 실시간으로 관찰할 수 있어, 기존 현미경으로는 불가능했던 다양한 바이오 연구의 한계를 극복하고 있다.
홀로토모그래피 첨단바이오 분석 전략 소개 | 연구성과 > Bio뉴스 > 동향 | BRIC

비염색 방식과 기존 형광 라벨링 방식의 차이, 세포에 미치는 영향

Label-free 방식이란 세포나 조직을 형광 물질이나 염색약으로 표지(labeling)하지 않고 자체적인 광학적 특성을 이용해 관찰하는 기법을 말한다.

홀로토모그래피와 같은 Label-free 방식은 세포가 가진 굴절률 분포 등 고유 물리적 특성을 측정하여 이미지를 형성하므로 별도의 염색이 필요 없다.

이에 반해 형광 라벨링 방식은 관찰하고자 하는 표적 분자에 형광물질을 붙여 빛을 내게 함으로써 간접적으로 이미징하는 방법아다.
형광 라벨링은 특정 구조나 단백질을 선명하게 볼 수 있는 장점이 있지만,
세포를 전처리(고정, 투과 등)하거나 형광 물질을 도입해야 하므로 시료 준비가 번거롭고,
형광 단백질 발현이나 염색을 위해 세포를 조작하면 며칠이 소요되며,
이렇게 조작된 세포는 실험 후 다시 활용하기 어렵다는 한계가 있다.

두 방식은 세포에 미치는 영향 면에서 큰 차이가 있다.
형광 라벨링은 세포에 외부 물질(형광염료나 표지 단백질)을 넣어야 하므로 세포의 행동이나 기능을 변화시킬 위험이 있다.

형광 표지는 세포의 행동과 기능을 변화시켜 데이터 해석을 어렵게 만들 수 있으며, 표지 자체가 세포에 광독성을 유발해 이미징 과정에서 세포를 손상시킬 수 있다.
또한, 강한 광원으로 형광을 여기하면 세포가 스트레스를 받아 정상적인 생리활성을 잃거나,
형광신호가 서서히 사라지는 광표백 현상도 발생한다.

반면 Label-free 방식은 어떤 염색이나 형질전환이 필요 없기 때문에 세포에 화학적·물리적 교란을 주지 않는다.
살아있는 세포를 그대로 둔 채 있는 그대로의 상태에서 관찰할 수 있어,
관찰된 세포 행동이나 반응이 생리적으로 보다 의미있는 결과라고 볼 수 있다.
복잡한 모델로 갈수록 비교란적인 비표지 기법의 필요성이 커지며,
화학적 교란 없이 관찰해야 세포의 생리학적 반응을 정확히 파악할 수 있다.
AI-Powered Label-Free Live-Cell Analysis Outshines Fluorescent Dyes in the Cancer Fight

요컨대 Label-free 기법은 세포 독성이나 손상 없이 장기간 살아있는 세포를 실시간 관찰할 수 있어, 세포의 자연스러운 상태와 동태를 연구하는 데 유리하다.

다만, Label-free 기법을 적용할 경우 형광 기법 대비 훨씬 풍부한 데이터를 얻을 수 있어,
오히려 이를 완전히 객관적이고 표준화된 방법으로 해석하는 문제가 발생하여 AI 도입이 적극적으로 검토되고 있다.
이러한 ‘Label-free 기법+AI’ 방법론을 도입할 경우 학습을 통해 ‘형광 기법+연구자의 해석’ 방법론 대비 훨씬 풍부하고 창의적인 결과물들을 통해 첨단의학 발전에 기여하고 있다.
AI-Powered Label-Free Live-Cell Analysis Outshines Fluorescent Dyes in the Cancer Fight

홀로토모그래피 활용 분야

특히 비염색∙비파괴적인 이미징이 가능하다는 점에서 다양한 첨단 바이오 분야에서 기존 대안 기술들이 갖는 한계를 극복하며 활발히 도입이 검토되고 있다.
표지나 염색 없이도 세포를 살아있는 그대로 장시간 관찰할 수 있다는 점은, 배양 세포나 조직을 반복적으로 모니터링해야 하는 모든 생명과학 연구에서 큰 강점이다.
또한 3차원 정량 분석이 가능하여, 세포의 굴절률 분포로부터 건조중량, 부피, 형태학적 지표들을 추출함으로써 새로운 정밀의료 지표를 제공할 수 있다.
이러한 차별화된 성능 덕분에, 홀로토모그래피는 첨단 바이오 분야 연구자들에게 “없던 데이터를 얻을 수 있는” 획기적인 도구로 인식되고 있다.
암치료 혁신 이끌 원천기술 소개…토모큐브, 차세대 플랫폼 ‘시선집중’ – 아시아경제

홀로토모그래피의 적용이 기대되는 주요 첨단 바이오 분야는 다음과 같다.

오가노이드 및 신약개발

사람 장기를 모사한 3차원 세포집합체인 오가노이드(organoid)는 신약 개발 과정에서 동물실험을 대체할 기술로 각광받고 있다.
홀로토모그래피로 오가노이드 내부 구조와 세포 변화를 실시간 관찰하면 약물 반응을 정량적으로 평가할 수 있어, 신약 후보물질의 효과와 독성을 빠르게 스크리닝할 수 있다.
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대안 기술인 2D 현미경이나 조직 염색은 오가노이드를 파괴해야 하지만,
홀로토모그래피는 전처리 없이 살아있는 오가노이드를 세포 손상 없이 관찰할 수 있어 혁신적인 연구가 가능하다.

이는 동물실험 없이 사람 세포 기반으로 신약 효능을 평가하는 표현형 기반 신약개발(PDD)에 유리하며,
토모큐브는 기존 현미경 데이터로 학습한 AI도 얻지 못하는 “염색되지 않고 손상 없는” 세포 데이터를 제공하며, 해당 데이터에 대한 독점적 접근권을 확보한다는 강점이 있다.
실제로 글로벌 선도기업 Recursion Pharma가 방대한 현미경 데이터를 활용하지만, 토모큐브만이 살아있는 세포의 비염색 3D 데이터를 제공할 수 있다는 점이 차별화된다.

※ 표현형 기반 신약 개발-오가노이드/홀로토모그래피(Chat GPT)
= ‘표현형 기반 신약 개발’은 기존 ‘타겟 기반 개발’ 대비 임상 효능, 혁신 신약 발견 가능성에서 우월하나, 복잡한 인체 반응 정밀 관찰이 필요하여 오가노이드/2세대 홀로토모그래피 기술 적용이 필수적

표현형 기반 신약개발(Phenotypic Drug Discovery)이란 질병 관련 표적 단백질을 미리 특정하지 않은 채,
세포나 생물에서 나타나는 표현형(phenotype) 변화를 기준으로 활성을 가진 화합물을 찾아내는 접근법을 말합니다.

다시 말해, 질병 모델 시스템(세포, 오가노이드, 동물 등)에 수많은 후보 물질을 처리한 후 세포의 형태나 생존, 기능적 변화 등 관찰 가능한 표현형 변화를 통해 약효를 선별해 내는 방식입니다.
타겟 기반 신약개발(Target-based Discovery)은 반대로 특정 분자 표적(예: 효소, 수용체 등)을 미리 설정하고,
그 표적과 결합하거나 활성을 조절하는 물질을 탐색하는 접근법입니다.

이 두 접근법의 가장 큰 차이는 출발점에 있습니다.
타겟 기반은 가설에 기반하여 분자 수준에서 시작하는 “위에서 아래” 방식인 반면,
표현형 기반은 복잡한 생물학적 효과에서 시작해 그 원리를 거꾸로 추적하는 “아래에서 위” 방식이라 할 수 있습니다.

표현형 스크리닝은 질병의 복잡한 경로를 반영하는 새로운 기전(first-in-class)의 약물을 발견할 가능성이 높지만,
작용 표적을 사후에 규명해야 하는 도전과제가 있습니다.
반면 타겟 기반 접근은 기전이 명확한 “개선형 약물(best-in-class)”을 만들기 유리하고 개발 과정이 구조화되어 있지만, 인간 생리의 복잡성을 충분히 반영하지 못해 표적이 명확해도 임상 효능이 낮은 문제가 있을 수 있습니다.

제약업계에서는 표현형 스크리닝이 혁신 신약을 발굴하는 데 더 유리하지만,
히트 물질의 작동 기전 확인(타겟 동정) 등이 어려워 비용과 시간이 증가하는 양면이 있다고 보고합니다.
이에 최근에는 두 접근법을 조합하거나, 표현형 결과를 유전체 분석과 연계해 기전을 규명하는 등 보완적인 전략이 활용되고 있습니다.

오가노이드와 홀로토모그래피는 표현형 기반 신약개발의 한계를 보완하고 성공 가능성을 높이는 데 핵심적입니다.
오가노이드(organoid)는 줄기세포로부터 유래되어 시험관에서 자란 미니 장기 유사체로,
실제 인간 장기의 구조와 기능을 부분적으로 재현한 3차원 세포 집합체입니다.
기존의 2차원 세포배양으로는 복잡한 인체의 반응을 모두 나타내기 어려운데,
오가노이드는 다양한 세포 종류와 3D 구조를 가져 인체 조직의 미세환경과 세포간 상호작용까지 모사하기 때문에 보다 정교한 생리학적 모델을 제공합니다.
표현형 기반 스크리닝에서 오가노이드를 사용하면 약물이 인체 유사 환경에서 나타내는 효과와 독성을 더욱 잘 포착할 수 있어,
초기 개발단계에서 임상 성공률을 높일 수 있는 자료를 제공합니다.
실제로 어떤 약물이 오가노이드에서 유의미한 치료 효과를 보이면 동물모델이나 임상에서도 효과적일 가능성이 높다는 연구들이 나오고 있습니다.

그러나 오가노이드는 입체적이고 불균질한 두꺼운 조직이기 때문에,
이를 실시간으로 분석하기 위한 고성능 이미징 기술이 필수적입니다.
기존의 현미경으로 오가노이드를 관찰하려면 잘라서 염색하는 등 시료 준비가 필요했고,
형광현미경으로 3D 촬영도 해보았지만 여전히 표지 과정으로 인한 세포 손상(광독성 등) 문제가 남았습니다.

홀로토모그래피는 이런 한계를 극복해줍니다.
홀로토모그래피는 레이저나 LED 광원을 이용하여 시료를 여러 각도에서 투과한 빛의 위상 변화를 측정함으로써 세포의 3차원 굴절률 지도를 재구성하는 기술입니다.
이 기술의 장점은 시료를 투과하여 영상화하므로 두꺼운 조직도 깊게 관찰할 수 있고,
염색 없이 굴절률 차이만으로 구조를 볼 수 있어 세포 손실이나 손상 없이 장시간 추적이 가능하다는 점입니다.

2세대 홀로토모그래피 현미경은 살아있는 오가노이드를 해부하거나 염색하지 않고도 실시간 3D 관찰이 가능하며,
이는 오가노이드 기반 독성 평가나 약물 효능 검증의 새로운 표준 기술로 부상할 잠재력이 있다고 평가받습니다.
나아가 AI 기반 영상 분석과 결합하면 오가노이드 실험에서 나타나는 미묘한 표현형 변화를 정량화하여 약물의 효과를 객관적으로 판별할 수도 있습니다.
토모큐브社는 NIH 산하기관(NCATS) 및 글로벌 제약사와 협력하여 홀로토모그래피+AI로 오가노이드 약물평가를 표준화하는 연구를 진행 중이며,
이러한 노력이 결실을 맺으면 전임상 단계에서 표현형 기반 약물선별의 효율이 크게 향상될 것으로 전망됩니다.

요컨대 표현형 기반 접근에서는 오가노이드가 현실성 높은 질병 모델을 제공하고,
홀로토모그래피는 비침습적 3D 실시간 분석도구로서 오가노이드와 세포의 약물 반응을 손상 없이 관찰하게 해주는 필요불가결한 역할을 합니다.
이를 통해 보다 정확하고 예측력 높은 신약 후보 선별이 가능해져, 기존 타겟 기반 접근의 한계를 보완할 수 있습니다.

난임 치료 및 체외수정(IVF)

시험관 배양된 수정란(배아)을 손상 없이 실시간 관찰할 수 있어,
배아 선별과 배양에 홀로토모그래피 활용이 기대된다.

현재 IVF 클리닉에서는 배아를 주기적으로 현미경으로 관찰하지만,
일반 광학영상으로는 배아 내부 상태를 정밀하게 파악하기 어렵다.

홀로토모그래피는 배아에 손상을 가하지 않고 3D 구조와 세포분열 동향을 촬영하여 발달 정도나 이상 유무를 판단할 수 있다.
이는 배아에 스트레스를 주지 않고 최적의 이식 배아를 선택하는 데 도움이 되어 IVF 성공률을 높일 잠재력이 있다.

토모큐브는 이 체외수정 분야에 특화된 홀로토모그래피 장비를 개발하여 출시할 계획을 세울 만큼 해당 시장에 높은 활용도를 보고 있다.

토모큐브는 홀로토모그래피 기술의 응용 범위를 확대하며, IVF(체외수정) 분야를 향후 핵심 진출 시장 중 하나로 공언하고 있다.
IPO 당시 투자설명서에서는 현미경 장비 판매 외에 “IVF, 세포치료제, 신약개발 등 고부가가치 바이오 분야로 사업을 확장해 나갈 계획”을 명시하고 있다.
토모큐브/투자설명서/2024.10.25

현재 체외수정 배양 과정에서는 배아를 표지 없이 형태와 분할 양상 등으로 선별하는데,
토모큐브는 여기서 비표지 3D 이미징 기술이 큰 강점을 가질 것으로 판단하고 있다.

토모큐브 박용근 대표는 기자간담회에서 “홀로토모그래피 기술이 오가노이드, IVF(체외수정), 세포치료제, 신약개발 등에서 주목받고 있으며,
아직 표준 기술이 없는 이들 시장에 홀로토모그래피 기반 표준을 제시함으로써 회사의 수익을 극대화할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
토모큐브 “홀로토모그래피 기술로 바이오 분석 분야의 대표 기업으로 성장할 것”

현재 토모큐브는 이러한 비전을 실현하기 위해 공모자금 중 약 116억원을 오가노이드 및 체외수정 시장 선점을 위한 연구개발에 투입할 계획이며,
특히 체외수정 시장 선점을 위해서는 IVF 분야 전용 홀로토모그래피 시스템을 개발하고 상용화하기 위한 특화 장비 및 SW 개발에 R&D 자금을 투입하고 있다.
토모큐브, 생산시설 4배로 확장…”HT 기술로 신의료산업 진출“

이는 결과적으로 배아의 생존력 및 질을 비침습적으로 평가하는 새로운 이미징 솔루션이 될 가능성이 높다.
실제 체외수정 분야의 글로벌 기업과 협력 논의도 이루어지고 있는데,
’23년 말 에스코 메디컬(Esco Medical) 등이 토모큐브의 HT-X1 Plus 시스템에 관심을 보이며 공동 마케팅을 진행한 사례가 있어 토모큐브 기술의 IVF 분야 적용 가능성을 엿볼 수 있다.

타임랩스 기술(배아 모니터링 기술)에 대한 회의론

최근 랜싯(Lancet)에 발표된 대규모 무작위 임상연구에 따르면, 타임랩스 기술을 활용한 배아 선별이 IVF 성공률(출산율)을 유의하게 높이지 못한다는 결과가 보고되었다.
[메디칼타임즈] 난임병원에서 홍보하는 타입랩스 아무 효과 없다

영국·홍콩 7개 센터, 1,575명을 대상으로 한 이 연구에서 타임랩스로 배아를 관찰하며 선별에 개입한 군의 출산율(33.7%)은 전통적 방법을 쓴 군(33.0%)과 통계적으로 차이가 없었고, 타임랩스를 써도 개입하지 않은 군(33.6%)과도 유사했다.

연구진은 “이론적으로 탁월해 보이는 첨단 기술이 실제 임상결과로는 전혀 이어지지 않을 수 있음을 보여주는 예”라고 평하며,
많은 전문가들이 기대했던 타임랩스 배아선별의 효과가 입증되지 않았다고 지적했다.

이러한 결과로 인해 일시적으로 타임랩스 장비의 효용성에 의문이 제기되고, 일부에서는 “차라리 해당 예산으로 배양실 환경 등을 개선하는 편이 낫다”는 비판도 나왔다.

그럼에도 불구하고 타임랩스 기술의 도입 추세는 앞으로도 증가할 가능성이 있다.
이는 단지 “성공률 향상” 여부만으로 평가할 수 없는 부가가치들 때문이다.

배아 관리의 안정성 : 타임랩스 배양 시스템을 쓰면 배아 관찰을 위해 매일 배양기 밖으로 꺼낼 필요가 없어, 배아가 외부에 노출되는 횟수를 줄이고 안정적인 배양 환경을 유지할 수 있다.

이는 비록 출산율을 올리지 못해도 배아 생존과 정상 발달을 돕는 중요한 관리상의 이점이다.

연속 모니터링과 데이터 활용 : 시간당 수십~수백장의 이미지 데이터를 축적하는 타임랩스는 배아 발달의 전 과정을 영상으로 기록하기 때문에,
배아의 분할 패턴, 핵 분열 간격, 세포 수 증가 곡선 등 미세한 발달 동향을 파악할 수 있다.
이러한 풍부한 데이터는 AI 등과 결합한 알고리즘 개발을 통해 미래에 배아 선별의 정밀도 향상으로 이어질 잠재력이 높다.
실제로 국내 일부 병원들은 타임랩스에 인공지능 분석 시스템을 접목한 “AI 타임랩스” 기술을 도입하여 착상률을 높이고 유산율을 줄이는 연구를 시도하고 있다.

객관화 및 표준화 : 배아 평가는 여전히 배양사의 숙련도와 주관에 영향을 받을 수밖에 없다.
타임랩스는 배아 영상을 컴퓨터가 자동 분석할 수 있게 하는 발판을 마련함으로써, 향후 객관적 배아 등급 판정 기준을 세우는 데 기여할 수 있다.
이러한 표준화 노력은 비록 단기 임신율 변화는 미미해도, 전체 IVF 프로세스의 효율성과 투명성을 높이는 가치가 있다.

환자와 시장의 수요 : 난임 치료 분야에서 환자들은 최신 기술 도입 여부를 높은 성공률의 간접 지표로 받아들이는 경향이 있다.
배아 타임랩스 영상을 제공하며 발달 과정을 직접 보여주는 서비스는 환자 만족도를 높이고 병원의 마케팅 포인트가 될 수도 있다.
따라서 대형 난임센터들을 중심으로 설령 효과가 통계적으로 입증되지 않았더라도 차별화된 서비스로서 타임랩스 인큐베이터를 도입하려는 수요는 이어질 수밖에 없다.

타임랩스 회의론과 난임치료 분야 홀로토모그래피 기술 활용도

한편, 홀로토모그래피 기술의 활용에 대해서는 타임랩스와 별도로 긍정적인 전망을 볼 수 있다.

홀로토모그래피는 단순한 2D 영상이 아닌 3D 정량데이터를 제공하기 때문에,
기존 타임랩스 연구에서 효과를 못 보인 원인을 새로운 지표로 보완해 줄 수 있다.
예를 들어 앞서 언급한 연구처럼 홀로토모그래피로 얻은 배아의 굴절률 분포 변화,
부피 증가 양상, 세포 내 밀도분포 등의 지표가 결합되면 향후 배아 선택의 정확도가 개선될 가능성이 있다.

나아가 홀로토모그래피는 배아뿐만 아니라 정자와 난자 등 다양한 생식세포에 응용될 수 있다.
실제 리뷰 논문들에서 정량 위상 이미징(QPI) 기법은 정자 운동성과 형태 평가, 난자 성숙도 평가 등에서 기존 방식보다 뛰어난 결과를 보였다고 보고되며,
염색이나 표지를 하지 않고도 생식세포의 품질을 판단하는 혁신적 도구로 인정받고 있습니다.
Label-free, high-throughput holographic imaging to evaluate mammalian gametes and embryos† – PubMed

Tomocube는 3차원 굴절률 측정을 이용한 정자 세포 상태 분석 방법 등에 대한 특허를 확보하여 (일반 현미경으로는 어려운) 정자의 건강도와 손상 여부를 측정하는 방식을 제시했다.

이러한 분야에서는 타임랩스의 효과 논란과 무관하게 홀로토모그래피의 활용도가 높을 것으로 보인다.
즉, 배아 타임랩스의 유효성 입증 부족으로 해당 장비의 선호가 다소 주춤할 수는 있어도,
홀로토모그래피 자체는 배아 연구, 정자·난자 평가, 배아 발생학 연구 등 독자적인 가치를 지니므로 난임 시술 분야에서의 존재감은 이어질 전망이다.

다만, 궁극적으로 홀로토모그래피가 임상적 성공률을 향상시킨다는 증거가 축적되어야 본격적인 광범위 상용화로 연결될 것이며,
향후 몇 년간은 첨단 연구 중심으로 활용이 증가하다가 임상 데이터 확보에 따라 점진적으로 표준화될 것으로 예상된다.

재생의료 및 줄기세포 연구

줄기세포를 이용한 재생의료 연구에서도 홀로토모그래피가 각광받는다.

예를 들어 줄기세포가 조직으로 분화하는 과정을 살아있는 상태로 추적하거나,
조직공학적으로 만든 3D 조직(예: 미니 장기)을 전처리 없이 관찰할 수 있다.

이는 세포 치료제 개발이나 조직 이식용 세포배양에서 세포의 생존과 분화 상태를 실시간 모니터링하는 데 유용하다.
기존에는 형광 표지로 특정 분화표지자를 검출해야 했지만, 홀로토모그래피는 세포 자체의 굴절률 변화로 분화 상태를 파악할 수 있어 세포를 손상시키지 않는다.

KAIST 연구진은 홀로토모그래피로 150㎛ 두께의 두꺼운 조직 시편도 염색 없이 관찰하는 기술을 개발하여, 췌장·대장 등의 생체조직을 고해상도로 볼 수 있음을 입증했다.
이러한 능력은 3차원 생물학과 재생의학 분야 기초연구 혁신을 이끌 수 있는 것으로 평가된다.
Tomocube, Insights From the Customer ‘Holotomography 2.0’ – 바이오스펙테이터

환자 맞춤형 정밀의료

환자 유래 세포나 오가노이드로 치료법을 시험하는 맞춤형 의료에서도 활용도가 높다.

예를 들어 암 환자의 종양 오가노이드를 배양해 여러 항암제를 투여한 뒤, 홀로토모그래피로 각 오가노이드의 부피 변화나 세포사멸 정도를 실시간 측정하면 가장 효과적인 약물을 신속히 찾아낼 수 있다.
별도의 형광처리 없이 세포의 굴절률 변화를 통해 세포 밀도나 소기관 변화를 정량화할 수 있어, 환자 맞춤형 치료 반응을 빠르고 정확하게 확인하는 도구로 적합하다.

세포치료제 생산 및 품질관리(QC)

면역세포 치료제나 줄기세포 치료제를 제조하는 과정에서도 홀로토모그래피가 세포 품질을 모니터링하는 역할을 할 수 있다.
살아있는 치료세포를 염색 없이 관찰해 세포의 활력, 크기, 내재된 소기관 상태 등을 측정함으로써, 세포치료제의 품질 검증을 실시간으로 수행할 수 있다.

기존에는 일부 샘플을 채취해 염색 후 현미경으로 보거나, FACS로 분석하는데 이는 세포를 소모하고 시간이 걸린다.
홀로토모그래피는 세포를 희생시키지 않고도 모든 세포의 상태를 영상으로 점검할 수 있어,
생산 전과정을 모니터링하거나 분화/배양 과정의 이상을 조기에 발견하는 데 도움이 된다.

FACS 분석시 세포 소모 이유와 홀로토모그래피의 비교우위에 대해서는 Chat GPT를 활용하여 분석/정리해봤다.

세포치료제 개발시 홀로토모그래피의 비교우위

세포치료제 개발 과정에서는 투여할 세포들의 특성 규명과 분리를 위해 FACS(형광 활성 세포 분류기, 유세포 분석 및 분리 기술)가 광범위하게 활용됩니다.
유세포 분석(Flow Cytometry)은 셀 수 있는 튜브나 칩을 통해 세포 하나하나를 빠르게 지나가게 하면서,
표면에 붙인 형광 표지로 각각의 세포 특성을 감지·기록하는 기술입니다.
이를 이용하면 세포 개별의 표현형(예: 특정 표면마커 발현 여부)을 정량화할 수 있고,
원하는 특성을 가진 세포만을 분류(sort)하여 수집할 수도 있습니다.

예컨대 CAR-T 세포치료제 제조 시 환자의 T세포 중 특정 면역세포 집단을 FACS로 골라내거나,
유전자 도입 후 CAR 발현이 잘 된 세포를 형광 항체로 염색하여 선별하는 식입니다.
또한 세포치료제의 품질관리(QC) 단계에서도 유세포 분석은 핵심 도구로,
최종 세포 제품의 순도, 생존율, 표지자 발현 등을 검증하는 데 사용됩니다.

“Flow cytometry is a critical analysis tool used throughout the development process – from quality control of starting materials to characterization of the final product”*라는 설명처럼,
FACS는 세포치료제 연구개발의 다수 단계에 걸쳐 반드시 요구되는 분석 기술의 기초 방법론입니다.

그러나 FACS 활용에는 세포 소모 문제가 수반됩니다.
첫째, 유세포 분석을 하려면 세포에 형광 표지용 항체나 염료를 처리해야 하는데,
이렇게 염색된 세포는 환자에 투여하기 어렵거나 불가능합니다.
세포 표면에 결합한 형광 항체가 남아있으면 환자 체내에서 예측하지 못한 면역반응을 일으킬 수 있고,
핵산 염색 시약 등은 세포에 독성을 줄 수도 있어 치료제로 쓸 수 없습니다.
따라서 제조한 세포치료제 중 일부는 품질 시험(FACS 분석)을 위해 희생(샘플링)되어 폐기되어야 합니다.
예를 들어 1억 개의 세포를 생산했다면 그 중 수백만 개는 표지 염색과 FACS 검사에 사용하고 버려야 하므로,
실제 환자에게 투여할 수 있는 세포 수가 줄어드는 것입니다.
특히 환자 유래 세포를 증식시켜 만드는 치료제의 경우 세포 숫자가 곧 치료효과와 직결되는데,
품질검사로 상당량 세포를 소모하면 치료에 활용 가능한 세포량이 감소하는 문제가 있습니다.

둘째, FACS 과정 자체에서 물리적 스트레스로 인한 세포 손실이 발생할 수 있습니다.
세포를 미세유체 관을 통해 빠르게 흘려보내고 레이저를 조사하는 과정에서 일부 세포는 손상되거나 회수되지 못하고 버려지기도 합니다.
또한 분류(sort) 모드로 FACS를 수행하면 목표 세포 외의 나머지 세포들은 폐기되는 경우가 많아,
원하는 세포를 얻는 대가로 상당수 세포를 잃게 됩니다.

요컨대 FACS를 통한 분석·분류는 필연적으로 세포의 일부를 소모시키며, 생산된 세포 중 100%를 환자치료에 쓰지 못하게 만드는 요인이 됩니다.

홀로토모그래피의 비교 우위는 이러한 FACS의 한계를 극복할 수 있는 비표지·비파괴 분석이라는 데에 있습니다.
우선 홀로토모그래피는 세포에 어떤 형광표지도 붙이지 않고 굴절률만으로 세포를 식별하거나 특징을 파악하므로,
분석 후에도 세포를 그대로 살려서 보존할 수 있습니다.
이는 검사용 세포 희생을 줄이거나 아예 없앨 가능성을 의미합니다.
예를 들어 어떤 세포치료제 제품에서 T세포의 활성 정도나 분화 상태를 확인하려 할 때,
기존에는 일부를 떼어내어 형광항체로 염색한 뒤 FACS로 확인했다면,
홀로토모그래피를 쓰면 배양중인 전체 세포를 살아있는 상태로 바로 3D 영상 촬영하여 세포 내부 구조와 상태를 파악할 수 있습니다.
토모큐브의 홀로토모그래피 기술은 세포 손실이나 변형 없이 살아있는 세포를 실시간 3D 고해상도로 관찰할 수 있으므로,
세포치료제 제조 과정에서 필요한 정보를 얻으면서도 세포를 낭비하지 않게 할 잠재력이 있습니다.

또 한 가지 강점은, 형광 표지에 따른 세포 행동 변화가 없다는 것입니다.
앞서 말했듯 형광 표지는 세포에 스트레스를 주거나 희귀한 세포일수록 표지에 민감할 수 있는데,
홀로토모그래피는 희귀한 세포군도 그대로 두고 분석하므로 세포 고유의 상태를 유지한 채 특징을 얻어낼 수 있습니다.
실제 Sartorius 보고에 따르면 “환자유래 희귀 세포들은 라벨링에 덜 내성이 있을 수 있다”고 하는데,
라벨 프리 기법은 이러한 민감한 세포에도 적용 가능한 이점이 있습니다.

아울러 홀로토모그래피는 세포 형태와 내부 구성 성분을 정량화하는 데이터를 제공하므로,
AI를 활용하면 특정 세포 표지자 발현 유무를 간접적으로 예측하거나 세포 생존율을 자동 분류하는 등 새로운 분석도 가능합니다.
이미 라벨 없이 세포의 생존/사멸을 판별하는 AI 모델이 보고되고 있으며,
여러 종류의 면역세포를 굴절률 영상으로 동정하는 연구들도 진행되고 있습니다.
이러한 기술이 상용화된다면, 굳이 FACS로 형광 염색을 하지 않아도 홀로토모그래피로 세포치료제의 품질검사를 수행할 수 있게 될 전망입니다.

물론 현 단계에서 홀로토모그래피가 FACS를 완전히 대체할 수 있는 것은 아닙니다.
FACS는 여전히 여러 표지자의 정확한 정량 측정과 원하는 세포의 실제 분리에 강점이 있습니다.
그러나 토모큐브와 같은 업체들이 추진하는 AI 접목 홀로토모그래피 플랫폼은 장차 세포치료제 분야의 새로운 표준 기술로 자리잡을 가능성을 보여주고 있습니다.
토모큐브 측은 “현재 표준 기술이 부재한 세포치료제 분석 시장에서 홀로토모그래피 기반 기술 표준을 제시함으로써 수익을 창출하겠다”고 밝히며 이 분야에 대한 자신감을 드러냈습니다.
이는 곧 홀로토모그래피가 가진 세포 비표지 분석의 이점 – 세포를 아끼면서도 필요한 정보를 얻는 능력 – 을 바탕으로, 세포치료제 개발 공정의 효율과 정확도를 높일 수 있으리란 기대를 갖게 합니다

토모큐브 2세대 장비는 특히 면역세포(예: CAR-T 세포)와 줄기세포의 3D 이미징에 초점을 맞추고 있어, 향후 세포치료제 공정의 표준 QC 장비로 자리잡을 가능성이 있다.
Tomocube, Insights From the Customer ‘Holotomography 2.0’ – 바이오스펙테이터

체외진단 및 병리분석

혈액 세포 진단, 미생물 검사, 디지털 병리 등 체외진단(IVD) 분야에서도 홀로토모그래피 활용이 검토된다.

예를 들어 말라리아 같은 기생충 감염된 적혈구의 굴절률 변화를 탐지하거나,
패혈증 환자의 혈액에서 세균을 분별하는 등 염색 없이 병원체나 혈구의 이상 징후를 판별하는 연구가 진행되고 있다.
또한 조직병리 진단에서도 염색한 조직 슬라이드를 3D로 기록하거나, H&E 염색 슬라이드의 영상을 AI와 함께 분석하여 병리 진단에 활용하려는 시도가 있다.
기존 병리학은 얇게 자른 조직을 2D 염색하여 현미경으로 보지만, 홀로토모그래피를 응용하면 얇게 자르기 어려운 조직도 150μm 두께까지 3D 관찰할 수 있고,
조직의 굴절률 지도를 통해 악성 변화 등을 정량적으로 분석할 수 있다.

이처럼 비표지 3D 영상 데이터는 AI 기반 디지털 병리의 새로운 바이오마커로 활용될 수 있다는 연구도 제시되고 있습니다.

암 생물학 및 기타 생명과학 연구

암세포의 성장과 사멸, 세포 간 상호작용, 액-액 상분리 현상(LLPS) 등 세포 역동성(Dynamics) 연구에 홀로토모그래피가 유용하다.

예를 들어 암세포가 약물 처리 후 부피나 굴절률이 변화하는 과정을 추적하면 세포사멸 여부를 실시간으로 파악할 수 있다.
또 면역세포가 암세포를 살해하는 과정, 세포 내 스트레스 과립이 형성되는 현상 등을 3D 타임랩스 영상으로 관찰하여 정량화할 수 있다.
이러한 실시간 3D 영상 데이터는 과거엔 얻기 어려웠던 것으로, 홀로토모그래피를 통해 암 연구와 세포생물학의 새로운 발견들이 이루어지고 있다.

박용근 KAIST 교수팀이 발표한 최신 리뷰 논문에서도 3차원 생물학, 재생의료, 암 연구 등 다양한 분야에서의 홀로토모그래피 적용 사례와 잠재력을 소개하고 있으며,
이 기술이 향후 첨단 바이오산업의 핵심 플랫폼으로 발전할 수 있음을 전망하고 있다.
암치료 혁신 이끌 원천기술 소개…토모큐브, 차세대 플랫폼 ‘시선집중’ – 아시아경제

각 분야별 홀로토모그래피 장비 수요 및 성장 전망

앞서 열거한 분야들의 시장 성장세가 매우 가파르기 때문에, 해당 분야에 특화된 홀로토모그래피 장비 수요도 향후 크게 증가할 것으로 예상된다.
주요 분야별 전망을 살펴보면 다음과 같다.

오가노이드 및 신약개발 시장 성장

글로벌 오가노이드 시장 규모는 ’23년 약 $1.3B에서 ‘31년 $6B로 성장이 전망되며,
연평균 성장률(CAGR)이 22%를 초과한다.
Organoids Market Size, Share, Scope, Growth, Trends & Forecast

제약사들은 동물모델 대신 인간 오가노이드를 활용한 약효 테스트를 적극 도입하는 추세이며,
각 연구실에서 오가노이드의 3D 이미징과 분석 수요가 폭증하고 있다.
라이브셀 3D 이미징 능력을 갖춘 홀로토모그래피 장비에 대한 수요도 증가할 것이다.

실제로 토모큐브는 오가노이드 연구에 최적화된 신제품을 개발하여 공급할 계획인데,
이는 이 분야 장비 수요의 성장을 선점하기 위한 전략이다.

IVF(체외수정) 및 난임 치료 분야

전세계적으로 난임 치료 건수가 꾸준히 늘면서, 시험관 배아를 배양하면서 시간별로 촬영하는 타임랩스 이미징 장비 시장이 급성장하고 있다.
글로벌 IVF 타임랩스 이미징 장비 시장은 ’23년 약 $400M에서 ’30년 $1.7B까지 성장할 것으로 예측되며, 연평균 23.7%의 높은 성장률을 보일 것으로 분석된다.
IVF Time-lapse Imaging Devices Market Size Report, 2030

배아 배양 인큐베이터에 카메라를 부착한 기존 장비들이 보급되고 있지만,
배아의 내부 정보를 제공하지 못한다는 한계가 있다.
이에 따라 비파괴적으로 배아의 세포 상태를 정밀 관찰할 수 있는 홀로토모그래피에 대한 IVF 클리닉들의 관심이 높아지고 있다.

토모큐브는 IVF 시장 맞춤형 2세대 홀로토모그래피 장비를 준비하고 있으며,
연간 생산능력을 기존 70대 수준에서 300대로 확대하는 등 향후 수요 증가에 대비하고 있다.
난임 클리닉, 배아연구 센터 등을 중심으로 해당 장비의 도입이 늘어날 전망이다.

세포∙유전자 치료제 및 재생의료 시장

글로벌 세포치료제 시장은 ’23년 약 $4.7B에서 ’30년 $20B를 넘어설 것으로 예상되며,
연평균 20~30% 이상의 폭발적 성장세를 보이고 있다.

여기에 줄기세포를 활용한 재생의료까지 합치면 시장 규모는 더욱 커진다.
이런 첨단 세포치료 분야에서는 생산 공정의 모니터링, 세포 특성 분석에 대한 정밀기기 수요가 동반 상승한다.

CAR-T 같은 면역세포 치료제 생산시설이나 줄기세포 배양 공정에서,
세포를 실시간 모니터링할 수 있는 홀로토모그래피 장비의 도입이 늘어날 것으로 기대된다.
예를 들어, 세포 치료제 제조사들이 제품 출하시 세포 생존율과 형태를 100% 검사해야 하는 니즈가 커지고 있는데,
기존에는 일부 샘플로 간접 추정하던 것을 홀로토모그래피로 전수 실시간 검사하는 식의 활용이 가능해진다.
높은 단가에도 불구하고, 품질관리 및 연구 목적에서 이 분야의 장비 투자 수요는 지속 증가할 전망이다.

정밀의료 진단 및 병리 분야

액체생검, 세포진단, 디지털병리 등의 시장도 꾸준히 성장 중이다.

예컨대, 혈액 내 암세포 탐지, 희귀순환세포 분석, 세균 감염 진단 등에 기존 현미경 대신 3D 위상영상(QPI)을 활용하려는 움직임이 있어 홀로토모그래피 수요로 이어질 수 있다.
병리진단 분야에서도 AI 기반 정밀진단이 대두됨에 따라, 홀로토모그래피로 얻은 3D 세포영상 데이터를 활용해 진단 정확도를 높이려는 시도가 나올 수 있다.

이러한 바이오 연구용 장비 시장 전반이 성장함에 따라, 토모큐브를 비롯한 관련 기업들의 매출도 높은 성장률을 이어갈 것으로 보인다.

시장조사에 따르면 홀로토모그래피 기술 기반의 3D 라이브셀 이미징 플랫폼 시장은 2024년2031년 연평균 17~18% 이상 성장할 것으로 전망되고 있다.
Global Holotomography Microscopy Supply, Demand and Key Producers, 2025-2031 – Market Research Report Store

결국 각 응용 분야의 고성장세가 홀로토모그래피 장비 수요의 급증으로 직결될 가능성이 크며,
‘25년 이후로는 연구소뿐 아니라 제약사, 병원 등에서도 장비 도입이 가속화될 것으로 예측된다.

토모큐브 2세대 장비 vs. 나노라이브 성능 비교

홀로토모그래피 분야의 글로벌 경쟁 구도를 보면, 스위스의 나노라이브(Nanolive)가 토모큐브의 주요 경쟁사로 알려져 있다.
두 회사 모두 2010년대 중반 세계 최초로 3D 홀로토모그래피 현미경을 상용화했으며,
살아있는 세포의 3D 위상영상을 제공하는 기술을 보유하고 있다.
그러나 토모큐브의 최신 2세대 장비(HT-X1)는 기존 1세대 제품들과 경쟁사 제품 대비 여러 기술적 개선점을 통해 “Holotomography 2.0”으로 평가받고 있다.

특히 전체 매출 중 2세대 장비 매출 비중을 ’22년 34.4%에서 1년만에 81.5%까지 끌어올렸다.
토모큐브 “홀로토모그래피 기술로 바이오 분석 분야의 대표 기업으로 성장할 것”

이렇게 높은 성과를 시현하고 있는 2세대 장비의 핵심 강점과 차이점은 다음과 같다.

레이저 대신 LED 광원 적용 – 노이즈 감소 및 고재현성

기존 토모큐브 HT-1/HT-2 시리즈와 나노라이브 장비는 레이저를 광원으로 사용했는데,
이로 인해 간섭성 노이즈(speckle)가 발생하고 민감한 보정 절차가 필요하다는 문제가 있었다.
Tomocube, Insights From the Customer ‘Holotomography 2.0’ – 바이오스펙테이터

토모큐브 2세대 HT-X1은 세계 최초로 LED 기반 홀로토모그래피를 구현하여 이러한 노이즈 문제를 획기적으로 해결했다.
레이저보다 결맞음이 낮은 LED 광원을 사용함으로써 배경 무늬나 간섭 노이즈가 제거되었고,
별도의 배경 보정 없이도 선명한 영상을 얻을 수 있다.
그 결과 사용자가 아주 숙련되지 않아도 버튼 하나로 항상 동일한 품질의 영상을 획득할 수 있을 만큼 이미지 재현성이 향상되었다.

반면 경쟁사 나노라이브 장비는 1세대에서 토모큐브와 동일하게 레이저 기반이었고, 노이즈 문제를 피하기 어려웠다.
토모큐브는 LED 도입을 통한 근본적 해결책을 제시함으로써, 신호 대 잡음비(SNR)와 해상도 측면에서 우위를 확보했다.

실제 HT-X1으로는 레이저 간섭 무늬 없이 미토콘드리아, 핵, 지질 방울 등 세포 소기관을 150nm급 고해상도로 더 또렷하게 관찰할 수 있으며,
이러한 수준은 기존보다 개선된 사실상 초고해상도(super-resolution) 영역에 들어간다.

멀티웰 플레이트 대응 – 고속 대용량 스크리닝 우위

제약∙바이오 산업에서는 한 번에 여러 시료를 동시 분석하는 고속 대량스크리닝이 중요하다.
그러나 레이저 기반 1세대 홀로토모그래피 기기는 시료용기가 제한되는 문제가 있었다.

경쟁사 나노라이브는 멀티웰 이미징 수요에 대응하기 위해 자사 장비에 맞춘 특수 96웰 플레이트를 제작하여 제공했지만,
웰 높이를 줄여 용량이 일반의 1/3~1/4(100µl)로 작아지고 재료가 달라지는 등 연구자 입장에서 제약이 있었다.

토모큐브 HT-X1은 기존 상용 멀티웰 플레이트(6웰, 12웰, 24웰 등)를 그대로 장착할 수 있도록 광학계를 설계하여, 고객이 쓰던 용기를 그대로 사용하면서 대량 실험을 수행할 수 있게 했다.
Tomocube, Insights From the Customer ‘Holotomography 2.0’ – 바이오스펙테이터

이는 약물 농도별 대조군 실험 등 한 번에 여러 조건을 찍어내는 제약회사 스크리닝에 최적화된 기능이다.
즉, 토모큐브 2세대 장비는 별도 특수 소모품 없이도 멀티샘플 동시 측정이 가능하므로,
경쟁사 대비 운용 비용이 낮고 활용 유연성이 높다.
이러한 차이는 특히 오가노이드 다중 약물테스트나 다수 배아 동시 배양 관찰 등에서 토모큐브 장비가 더 편리하고 생산성이 높은 결과를 낳았다.
반면 나노라이브의 기존 솔루션은 연구자들에게 익숙하지 않은 전용 플레이트를 써야 하므로 확산에 한계가 있었고,
토모큐브는 이 부분에서 현장 니즈에 맞춘 설계로 사용자의 수용도를 높였다고 볼 수 있다.

두꺼운 시료 및 고밀도 세포 관찰 – 적용 분야 확대

HT-X1은 관찰 가능한 시료의 두께와 밀도 범위도 크게 넓혔다.

기존 1세대 홀로토모그래피는 레이저 간섭 노이즈로 인해 세포 밀도가 높은 배양 또는 수백 마이크로 두께 조직을 볼 때 어려움이 있었으나,
2세대 장비는 이를 극복하여 최대 약 150μm 두께의 3D 샘플까지 관찰 가능하다.
이는 지름 수십~100μm에 이르는 오가노이드, 배아, 조직절편 등을 별도 절개 없이 통째로 관찰할 수 있는 수준이다.
Tomocube, Insights From the Customer ‘Holotomography 2.0’ – 바이오스펙테이터

경쟁사 나노라이브 장비도 기본적인 3D 세포촬영은 가능했지만, 이렇게 두껍고 복잡한 시료에서는 해상도 저하나 측정 불안정 문제가 있었다.
토모큐브 HT-X1은 광학계와 알고리즘 개선으로 다중산란에 따른 복원 정확도 감소를 보완하여, 밀집 세포 배양, 3D 조직 모델, 집합 배양된 면역세포 등에서도 선명한 영상을 제공한다.
이로써 적용 분야가 세포 단일체 연구에서 조직 수준 연구로 확대되었으며, 재생의학, 조직공학, 병리진단 등 두꺼운 시료를 다루는 영역에서 경쟁사 대비 뛰어난 성능을 발휘한다.
암치료 혁신 이끌 원천기술 소개…토모큐브, 차세대 플랫폼 ‘시선집중’ – 아시아경제

자동화 및 장시간 생체 역학 관찰

HT-X1에는 고속 자동 초점(Auto-focus)과 일체형 인큐베이터가 탑재되어 있어 장시간 라이브셀 관찰의 편의성과 안정성이 높다.
장비 내부에 Tokai HIT의 셀 인큐베이터 시스템을 통합함으로써 세포를 장비 안에서 CO₂ 공급, 온도/습도 제어를 하며,
72시간 이상 배양 관찰해도 세포 증식이나 생존율이 정상 인큐베이터와 동일하게 유지되며,
홀로토모그래픽 조명 자체가 비(非)광독성적이어서 장시간 촬영해도 세포에 손상을 주지 않는다는 것이 검증되었다.
Tomocube, Insights From the Customer ‘Holotomography 2.0’ – 바이오스펙테이터

이러한 기능들은 배아 발달 타임랩스나 면역세포의 암세포 살해 과정 등 길게 지속되는 생체 현상을 연속적으로 기록하는 데 필수적이다.
나노라이브 장비 역시 장시간 촬영을 지원하나, 토모큐브처럼 인큐베이터를 완전 통합하지는 않았고 별도 장치로 운영했다.

토모큐브 2세대는 “현미경 속 배양기”를 구현하여 사용자의 편의성과 데이터 신뢰성을 높였다.
이로써 숙련자 뿐 아니라 초심자도 손쉽게 장시간 실험을 설계할 수 있고, 실험 실패율을 낮춰 연구 효율을 극대화해준다.

토모큐브 장비 성능 차이로 나타나는 분야별 성과

위와 같은 기술적 업그레이드를 통해, 토모큐브 2세대 홀로토모그래피는 경쟁사 대비 뚜렷하게 데이터 획득 속도, 품질, 적용 대상 측면의 성능 우위와 현장 적용성의 개선을 이루었다.

나노라이브 역시 새로운 제품을 개발하겠지만 현재로선 토모큐브가 한 세대 앞서가는 “게임체인저”로 평가되고 있으며, 이러한 기술 리더십이 곧 시장 점유율 확대와 고객층 증가로 이어질 가능성이 높다.
각 응용 분야별로 다음과 같이 더 나은 결과를 창출할 것으로 예상된다.

요약하면, 토모큐브의 2세대 HT-X1 홀로토모그래피 플랫폼은 경쟁사 대비 기술적 우월성을 바탕으로 각 응용 분야에서 더 뛰어난 결과를 창출할 것으로 보입니다.

신약개발 분야

다중 웰에서 동시다발적 약물 스크리닝이 가능해짐에 따라,
제약사는 HT-X1을 이용해 한 번에 수십~수백개의 조건을 병렬 테스트할 수 있다.

나노라이브의 경우 특수 96웰 사용으로 일부 구현했지만 토모큐브는 표준 멀티웰을 활용하므로 기존 자동화 로봇이나 실험 프로토콜과 쉽게 통합된다.
이에 따라 신약 후보물질의 페노타이핑 스크리닝 속도가 향상되고, 얻은 데이터의 신뢰성도 (노이즈 문제가 없으므로) 높아져 신약 개발 효율을 높이는 성과 차이를 가져온다.
Tomocube, Insights From the Customer ‘Holotomography 2.0’ – 바이오스펙테이터

레이저 노이즈 제거로 미묘한 세포 변화도 감지 가능해져,
예컨대 약물 처리 후 미토콘드리아 붕괴 여부나 핵 농축도 변화 등을 경쟁사보다 명확히 확인할 수 있어 약물 작용기전 파악에 유리한 정밀데이터를 제공한다.

IVF/배아 분야

토모큐브 2세대 장비는 배아를 일반 배양용기 그대로 장비 내에서 배양하며 3D 촬영할 수 있고,
비교적 큰 배아(∼150μm)도 전체를 고해상도로 기록할 수 있다.

경쟁사의 경우 배아 전체 3D 촬영은 가능하지만,
장비 내 환경 유지 면에서 토모큐브처럼 최적화되진 않았다.
HT-X1은 배아에 적합한 안정적 배양환경과 비침습 영상을 제공하므로,
임상 배아선별 과정에서 배아 손상 없이 발달 정도를 정량 평가하는 성과를 기대할 수 있다.
이는 기존 현미경이나 타임랩스 카메라로는 할 수 없던 정밀분석으로,
예컨대 배아 내부 세포덩어리(ICM)의 굴절률로부터 잠재적 착상능력을 예측하는 등 더 나은 임상결과로 이어질 수 있다.
즉, 토모큐브 장비 도입 시 IVF 성공률 향상이라는 직접적인 성과 지표의 개선이 예상됩니다.

재생의료/세포치료 분야

HT-X1의 두꺼운 시료 관찰 능력은 줄기세포 콜로니나 조직유사체를 연구하는 데 강점이 있다.

경쟁 기기로는 노이즈 때문에 어려웠던 고밀도 세포 시트(sheet)나 3D 세포집합의 내부까지 들여다봄으로써, 세포치료제 배양 시 세포 분포와 건강도를 전체적으로 모니터링할 수 있다.
또한 자동화와 높은 재현성 덕분에 제조 공정 중 여러 배양 배치를 동시에 비교 분석하여 이상 여부를 조기에 발견하는 등 생산 효율과 품질을 높이는 성과를 기대할 수 있다.

나노라이브 장비도 기본적인 세포 분석은 가능하지만, 토모큐브 장비처럼 대량 공정에 맞춘 자동화와 안정성이 검증되진 않았다.
토모큐브 2세대가 현장에서의 사용성도(낮은 다운타임, 높은 처리량)도 더 좋은 편이다.

정밀진단/기초연구 분야

전반적으로 100nm급 고해상도 3D 영상을 손쉽게 얻을 수 있다는 점에서,
토모큐브 2세대는 향후 다양한 연구에서 데이터의 질과 양을 향상시켜준다.

예를 들어, 혈액 세포 검사의 경우 경쟁사 대비 더 선명한 세포 소기관 영상으로 백혈구의 활성화 정도나 암세포의 미세 구조를 파악할 수 있어 새로운 진단정보를 제공할 수 있다.
또 세균 관찰에서도 세포 하나하나의 굴절률 분포 변화를 정량화해 항생제에 대한 세균의 반응성을 실시간 측정함으로써, 기존 배양법보다 신속한 약제선택 시험 결과를 얻는 등 임상진단 성과도 기대된다.

2세대 관련 토모큐브 특허의 보호력 평가

토모큐브는 2세대 현미경(모델명 HT-2H) 핵심 기술에 대한 특허를 다수 확보하고 있다.
주요 특허들과 그 내용, 그리고 이를 통해 구축된 진입장벽 효과는 다음과 같다.
토모큐브/분기보고서/2025.05.15

광 산란 패턴 검출 장치 및 방법 (KR 등록, ’15)

레이저 등의 조명광이 세포를 통과하며 생성하는 산란 패턴을 효과적으로 검출하는 기술이다.
홀로토모그래피 영상의 정확도를 높이기 위한 교정 및 데이터 수집 방법에 대한 것으로,
경쟁사가 유사 기법으로 광학계의 정밀도를 확보하는 것을 어렵게 한다.
이 특허를 통해 토모큐브는 장비의 재현성과 정확도를 보호할 수 있다.

공통 경로 정량 위상 현미경 유닛 (KR 등록, ’15)

레이저 간섭계를 설계할 때 참조경로와 샘플경로를 동일하게 하는 공통경로 방식은 주변 진동이나 온도 변화에도 안정적인 영상을 얻도록 해준다.
토모큐브는 이러한 공통경로 QPI(Quantitative Phase Imaging) 광학계에 대한 특허를 확보하여,
경쟁사가 동등한 안정성의 3D 위상영상 장치를 만드는 것을 법적으로 제한한다.
이는 잡음이 적고 정밀한 홀로토모그래피 구현이라는 강점을 독점하는 효과가 있다.

초고속 고정밀 3차원 굴절률 측정 방법 (파면 제어기 활용)
(KR 등록 ‘17, 미국·일본·중국 등록)

SLM(Spatial Light Modulator)이나 고속 위상 변조 장치(파면 제어기)를 이용해 빛의 입사각을 빠르게 전환하면서 다각도의 홀로그램 데이터를 획득하는 기술이다.
이는 Tomocube 2세대 장비가 배양 중인 세포를 수 초 내에 3D로 스캔할 수 있는 비결로,
경쟁사가 유사한 고속 3D 촬영 방식을 채택할 경우 특허 침해에 해당될 수 있다.

특히 Nanolive 등 경쟁사가 전통적으로 채택했던 시료 회전식 광학 단층촬영(회전 스캔) 방식과 달리, Tomocube는 전자적 광각 스캔 방식을 특허로 보호함으로써 속도와 정밀도 면에서의 우위를 지키는 장벽을 확보했다.

백색광 정량 위상 이미징 유닛 (KR 등록, ’17)

저간섭성의 백색광원을 활용한 QPI 기술로,
레이저 기반 장비의 약점인 스펙클 노이즈를 감소시키고 세포에 대한 광독성도 줄이는 방법이다.

이 특허로 2세대 장비가 노이즈 없는 고해상도 영상을 강점으로 내세울 수 있었으며,
경쟁자가 유사한 광원 구성(예: LED 기반 홀로그래피)을 도입하여 영상 품질을 개선하려 할 경우 특허장벽에 직면하게 된다.

자동 보정 집광렌즈 기반 자동 초점 조절 기술 (KR 등록, ’18)

배양 샘플 관찰 시 초점을 자동으로 맞춰주는 하드웨어/소프트웨어 기술로,
시간 경과에 따라 초점이 어긋나는 것을 실시간 보정해준다.
이는 장시간 타임랩스 촬영에 필수적인 기능으로,
토모큐브는 이를 특허화하여 경쟁사가 비슷한 자동 초점 안정화 기능을 구현하기 어렵게 함으로써 편의성/사용성 측면의 우위를 지키는 보호장치를 마련했다.

3차원 굴절률 영상과 형광 구조화 조명 현미경의 통합 시스템
(KR 등록, ‘18; 미국·일본·중국 등록)

홀로토모그래피(무표지 3D 굴절률 영상)와 구조화 조명 기반의 형광 현미경(SIM)을 하나의 시스템에서 구현하는 기술이다.
2세대 장비는 동시 or 교차로 형광 이미징과 굴절률 이미징을 취득할 수 있는 것이 강점인데,
이 멀티모달 통합 기술을 보호하는 특허를 통해 경쟁사가 동일한 복합 기능을 모방하기 어렵게 만들었다.
Nanolive도 형광 모듈이 있는 제품을 내놓았지만,
Tomocube의 특허는 구조화 조명을 활용한 고해상도 형광-위상 통합이라는 구체적인 구현을 선점하여 해당 영역의 진입장벽을 높였다.

AI 및 딥러닝을 활용한 홀로그래피 영상 분석 기법
(KR 등록, ’18 등 다수)

토모큐브는 3D 굴절률 영상과 딥러닝을 이용한 세포 분류(KR 등록, ’18)나 비표지 세포의 3D 분자영상 생성방법(KR·US·JP 등록, ’21~’22) 등 영상 소프트웨어 관련 특허도 확보하고 있다.
이러한 알고리즘 특허들은 장비 그 자체는 아니지만, 장비와 결합된 AI 소프트웨어의 경쟁 우위를 지켜준다.

경쟁사가 홀로토모그래피로 얻은 데이터를 가지고 유사한 AI 분석 기능(예: 특정 세포 판별, 배아 품질 예측 등)을 제공하려 할 때 법적 장애물이 될 수 있다.
이는 향후 홀로토모그래피 생태계에서 부가가치 창출 영역까지 선점하여 종합적인 진입장벽을 형성하는 효과를 낼 것으로 전망된다.

토모큐브 특허의 보호력 평가

토모큐브의 2세대 제품 관련 특허들은 광학 구성, 하드웨어 설계부터 소프트웨어 알고리즘에 이르는 광범위한 혁신 요소들을 망라하고 있다.
이를 통해 경쟁사들이 단순히 유사 기기를 제작하는 것뿐만 아니라,
성능 향상을 위한 핵심 수단들(예: 고속 스캐닝, 저노이즈 광원, 자동초점, 다중모달 통합, AI분석)을 함부로 따라하기 어렵게 만들었다.

특히 Nanolive와 같은 경쟁사가 유사한 수준으로 기술을 고도화하려면,
기존 회전형 홀로그래피 방식 외에 파면제어나 비간섭광 활용 등의 접근이 필요한데,
이러한 부분이 모두 Tomocube의 특허 포트폴리오에 의해 방어되고 있다.

물론 특허는 특정 구현에 대한 권리로, 경쟁사가 완전히 다른 원리로 우회할 가능성은 존재한다.
그러나 토모큐브가 구축한 특허망은 현실적으로 3D 홀로그래픽 현미경 분야에서 생각할 수 있는 주요 구현들을 대부분 선점하고 있어, 사업적 보호력이 상당히 견고하다.
이는 시장 1위 기업의 기술적 우위를 수년간 유지하는 원동력이 될 뿐만 아니라,
후발주자에 대한 진입장벽을 높여주는 무형자산이다.

해당 특허들의 존속 기간 역시 이러한 보호 효과를 뒷받침한다.
일반적으로 특허권은 출원일로부터 20년간 유효하며,
2세대 장비 특허들의 출원 시기(’13~’18년)를 고려하면 ‘30년대 중반까지 유지된다.
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’13년 출원된 초기 광학 특허는 ‘33년경 만료되며,
’16~’18년 출원된 기술들은 ‘36~’38년까지 유효하다.

따라서 향후 10여 년간 토모큐브는 자사의 핵심 기술에 대한 독점권을 갖게 되어,
그 기간 동안 경쟁사가 유사 제품을 내놓는 데 강력한 억제력으로 작용할 것이다.
(일부 바이오/의료 분야 특허에서 존재하는 특허권 연장 제도는 주로 허가에 장기간이 소요되는 의약품 등에 해당하므로, 2세대 장비 특허는 특별한 연장 없이 20년 룰이 적용)

결국 토모큐브의 폭넓은 특허 포트폴리오는 기술적 진입장벽을 높임과 동시에 독자적인 기술노선을 보호함으로써,
2세대 장비의 사업적 경쟁력을 상당 기간 공고히 지켜주는 역할을 할 것으로 분석된다.

내재가치 평가

앞서 분석한 적용 분야와 기술 경쟁력을 바탕으로,
토모큐브의 향후 실적을 세 가지 시나리오 – Bad, Base, Good – 로 나누어 2세대 장비 관련 특허가 유지될 것으로 예상되는 향후 10년간 실적 추이를 추정해보겠다.

토모큐브는
1) 전방시장 자체의 연 20% 이상 성장률
(오가노이드 22%, IVF 23.7%, 세포/유전자치료제 20~30%, 3D 라이브셀 이미징 17~18%)
2) 경쟁우위에 기반한 시장점유 확대
라는 “중첩된 성장 모멘텀”을 보유하고 있다.

이에 따라 향후 매출 성장률은 Bad Case라도 점유율이 유지되면서 시장 성장률을 추종하는 20%수준으로 나타난다.

Base case에는 최근 ’20~’24년 토모큐브 연평균 매출성장률(약 65.8%)과 분야별 시장평균 성장률(~20%)의 평균치인 약 40%대 성장을 가정했다.
이 경우 점유율은 연 평균 20% 증가하여 24년 기준 1% 수준인 점유율이 10년 후 6.19%로 증가하는 것을 의미한다.
토모큐브의 기술적 우위, 첨단 의료 연구, 신약 개발 프로세스에 있어 2세대 장비의 성능상 우위를 감안하면 이는 결코 과도한 목표가 아니다.

Good case에는 ’20~’24년간 현재까지 진행되어 온 고성장(평균 성장률 연 65.8%)가 기술적 우위와 신규 시장 개척을 바탕으로 앞으로도 지속되는 것을 가정한다.
실제로 토모큐브는 혁신적인 홀로그래피 기술로 전통 현미경으로는 불가능했던 응용 분야(예: 혈액세포 진단, 살아있는 오가노이드의 3D 분석 등)를 개척하고 있어,
각 세부 분야에서의 침투율 상승이 전사 매출의 고성장을 이끌 가능성이 충분하다.
이러한 성장세가 이어진다면 토모큐브의 10년 후 홀로토모그래피 시장 점유율은 43.4%로 증가한다.(Base Case에서 말했던 바대로, 독점적 기술 우위를 감안하면 10년 뒤 시장의 절반 정도 점유율을 차지하는 것이 다소 낙관적이지만 과도한 기대치는 아니라고 생각한다)

이러한 높은 매출 증가와 더불어, 비용 측면의 효율화도 기업 가치 전망에 중요 요소다.

현재 토모큐브의 매출원가율(COGS 비율)은 초기 단계임에도 불구하고 해마다 뚜렷한 개선을 보여왔다.
예를 들면, 2020년경 매출 총이익률(Gross Margin)이 약 50% 수준이었으나 2022년에는 60% 이상까지 상승한 것으로 나타난다.
이는 생산 공정 개선과 규모의 경제 효과로 제품 단가 대비 생산비용이 빠르게 감소하고 있음을 시사한다.
회사 측도 내부적으로 “프로세스 관리 효율화를 통한 비용 절감”을 중요한 성공 요인으로 언급하고 있어, 대량생산 체제가 갖춰지면 매출원가율은 더욱 낮아져 마진이 확대될 가능성이 크다.

나아가 판관비(SG&A)와 R&D 투자 역시 매출 증가 대비 효율화될 여지가 있다.
초기 글로벌 시장 개척과 제품 개발을 위해 판관비와 연구개발비가 상당히 투입되었으나,
토모큐브는 이미 세계 10여 개국에 유통 파트너를 확보하는 등 기반을 마련한 상태이며,
매출 상승에 따라 이러한 고정비 성격의 비용 비중은 자연스럽게 낮아질 것이다.
예를 들어 현재 판매관리비가 매출을 상회하여 영업손실을 내고 있지만,
향후 매출이 연 40~60% 성장하는 동안 판관비 증가는 그보다 완만하게 유지된다면 영업레버리지 효과로 상당한 이익 개선이 가능해진다.

실제 회사는 2023년 조직효율화를 단행하여 일시적으로 매출이 줄었음에도 비용 구조를 재편한 바 있으며, AI를 활용한 판매 지원, 생산 아웃소싱 등을 통해 비용 효율을 높이는 전략을 추구하는 것으로 보인다.

최근 5년간 매출 증가율과 매출원가 증가율, 영업비용 증가율의 관계를 바탕으로 Bad, Base, Good Case별 매출원가 증가율, 영업비용 증가율을 추정하여 이러한 추이가 향후에도 연장될 것으로 가정하고 영업이익을 도출하였다.

그리고 순이익은 영업외손익과 법인세를 감안하여 영업이익의 90% 로 가정했다.

할인율은 글로벌 바이오기업 밸류에이션 하단인 PER 20의 역수로 5%를 가정했으며,
35년 이후 영구성장률은 보수적으로 2%로 가정했다.

이렇게 산출해본 결과, 토모큐브의 기술적 우위에도 불구하고 점유율이 1%에 머무르는 매우 비현실적인 최악의 시나리오에도 현재 시총 수준은 정당화된다.
(적정가치 3,274억 대비 현 시총 3,326억원은 약 1.6% 정도 고평가된 수준)

보수적으로 10년 뒤 6% 수준의 점유율을 차지한다고 보수적으로만 가정하여도 10배거의 시총이 정당화된다.(적정가치 3.55조)

현재의 기술우위를 감안하면 43.4% 수준의 시장을 점유하는 것이 보수적 추정이라고 생각되지 않지만 ‘낙관적 가정’이라고 꼬리표를 달아두고 내재가치를 측정해보면 26.4조가 정당화된다.
여기에 글로벌 기업으로서의 프리미엄을 조금 더해준다면 현재 시총으로부터 100배거도 무리한 목표치가 아니다.

결론

이러한 기술적 우위를 면밀히 판단한 결과, 홀로토모그래피 2세대 장비를 독점적으로 판매할 수 있다는 것이 첨단 의료 시장에서 어떤 의미인지 명확히 이해한다면 현재 가격에 지분을 모아가는 것은 현명한 판단이라는 결론에 도달했다.

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과거 화장품이나 약품이 사람에게 독성이 없는지 실험하는 방법으로 동물 전임상이 요구됐었다.

하지만
1. 윤리적 문제와
2. 동물 실험 결과를 인체에 적용했을 때 효과성의 문제
로 인해 동물실험을 대체해야 한다는 인식이 EU, 미국 등을 중심으로 확산되었고,
이에 따라 다양한 기술이 개발되고, 그러한 기술과 데이터/AI 기술이 결합하여 바이오/신약 부문 혁신을 이끌고 있다.

토모큐브는 이러한 기술의 개발/고도화를 촉진하는 핵심 기술인 홀로토모그래피 현미경을 개발하는 기업으로서 동물 실험 대체, 신약 개발 수요 확대에 직접 수혜를 볼 수밖에 없는 기업이다.

그 디테일에 대해 알아보기로 하겠다.

BM의 이해

홀로토모그래피 기술의 이해

토모큐브는 홀로토모그래피(Holotomography)라는 첨단 현미경과 관련 소프트웨어 솔루션을 개발·판매한다.

홀로토모그래피 원리

홀로토모그래피는 세포나 조직을 염색하거나 손상시키지 않고도 살아있는 상태로 3차원 고해상도 관찰이 가능하다.
홀로토모그래피 장비는 레이저/LED 광원을 이용해 투과된 빛의 위상 차이를 분석함으로써 시료의 굴절률 분포를 3D 영상으로 재구성한다.
그 결과 세포 내부의 소기관(미토콘드리아, 핵, 지질 방울 등)까지 약 100nm 수준의 해상도로 선명하게 볼 수 있으며, 형광 염색 없이도 살아 있는 세포의 동적 변화를 실시간으로 장기간 추적할 수 있다.
이러한 비표지(label-free) 3D 이미징 기술은 기존 광학현미경이나 형광현미경이 가진 한계를 뛰어넘는 획기적 플랫폼으로 평가된다.

홀로토모그래피는 바이오·의료 분야를 중심으로 폭넓은 응용처를 가지고 있으며, 토모큐브는 핵심 특허를 통해 기술 장벽을 확보하고 있다.
토모큐브 공동창업자인 박용근 KAIST 교수가 개발한 핵심 알고리즘과 광학 설계는 특허로 보호되어 경제적 해자의 근거가 되고 있으며, 회사는 이 원천기술을 바탕으로 세계 최초로 2세대 홀로토모그래피 상용화에 성공했다.
시장은 토모큐브가 경쟁사 대비 5년 이상의 기술 격차를 확보하여, 파크시스템스가 자체 AFM 현미경 기술로 신시장을 개척해 성장한 것에 비견된다는 평가를 받았다.

홀로토모그래피의 활용

현재 홀로토모그래피 기술의 주고객층은 대학·공공 연구소, 병원, 제약사의 생명과학 연구자들로,
재생의학, 암연구, 병리진단 등 분야에서 신약 개발과 세포치료제 R&D중 세포 독성평가나 약물 작용 메커니즘 연구 시 살아있는 세포/오가노이드를 장기간 모니터링할 수 있는 장비로 각광받고 있다.

오가노이드란 인체 장기의 기능을 모사한 3차원 미니장기로서,
최근 동물실험을 대체할 핵심 기술로 부상 중인데,
토모큐브의 HT 장비는 오가노이드 내부를 절개 없이 그대로 들여다보며 약물 효과를 분석하는 데 최적화된 솔루션으로 평가된다.

동물실험 대체 외에도 체외수정(IVF) 분야에서는 배아를 착상 전에 비파괴 검사하여 선별하는 용도로,
체외진단(IVD) 분야에서는 혈액세포나 조직 슬라이드를 분석하는 용도로 활용 가능성이 높다.

그 결과 미국 NIH 산하 인체 종양 아틀라스 네트워크(HTAN) 사업에 토모큐브 장비가 단독 파트너로 선정되어 모든 3D 암 세포 지도 데이터를 토모큐브 영상으로 구축하는 등
앞으로 홀로토모그래피 국제 표준 플랫폼으로 자리매김할 잠재력을 입증하고 있다.

또한, 향후 세포치료제 생산 공정의 품질관리(QC)나 고속 페놈 스크리닝 시장 등으로도 확대 여지가 크다.

이후로는 토모큐브의 핵심 성장 내러티브인 동물 실험 폐지의 유효성을 확인하기 위해
1) 다양한 동물 실험 대체 방법론들과
2) 각각의 방법론에 홀로토모그래피 기술이 필수적인 이유를 알아보겠다.

동물실험 대체 접근법 개요 및 비교 분석

오가노이드 (Organoid) 기술

오가노이드는 줄기세포를 배양하여 실제 장기와 유사한 미니 장기를 만드는 기술이다.
장기의 세포 구성과 구조, 기능을 시험관 내에서 재현할 수 있어 최근 큰 주목을 받고 있다.
인체 장기를 시험관에서 모사한다는 강점 때문에, 인간 세포 기반 모델로서 인간 대상 신약 검증 프로세스로서 동물실험의 유효성을 보완할 수 있는 유망한 NAM 후보로 평가된다.

기술 성숙도 : 오가노이드 기술은 지난 10년간 비약적으로 발전하여 뇌, 간, 장, 폐, 신장, 종양 등 다양한 장기 오가노이드가 연구되고 있다.
일부는 상용화 단계로, 표준화된 오가노이드 배양 키트나 서비스도 등장했다.
다만 성숙 장기와 동일한 수준은 아니며, 혈관계 등 미흡한 요소도 있어 개선 연구가 진행중이다.

재현성과 표준화 : 오가노이드는 세포가 배양 과정에서 실험실 간 프로토콜 차이로 성장 정도나 세포 구성이 달라질 수 있다.
배양 조건 표준화, 자동화 시스템, 품질기준 마련을 위해 오가노이드 크기·성숙도를 균일하게 만드는 배양 기술, 대량 자동배양 플랫폼 등이 개발되고 있어 점차 일관성이 개선되고 있다.

비용 : 배양시 전문 인력과 장기간이 소요되어 전통 2D 세포배양보다 고비용이다.
배양용 특수 배지, 매트릭스 등 소모품도 비싸다.
그러나 오가노이드 라인이 확립되면 동물실험보다 추가 실험 비용이 절감될 수 있고,
환자 유래 오가노이드를 활용한 경우 임상 일부를 대체하여 비용 절감 효과도 기대된다.
결국 현재는 추가 비용이 들지만, 향후 대량배양 기술 발전으로 단가 인하 가능성이 있다.

규제 수용성 : 현재까지 오가노이드 데이터를 직접 신약 개발 승인에 활용한 사례는 많지 않지만, 규제 당국의 관심과 수용도는 높아지고 있다.
FDA는 현대화 법안 이후 오가노이드 기반 독성 평가를 중요한 NAMs으로 언급하고 있으며,
EMA(유럽의약청)나 NIH 등도 인체 유래 모델로서 오가노이드를 인정하는 분위기다.

적합한 적용 분야 : 항암제 및 희귀질환 약효 시험 등 빅파마, 신약 개발 기업들의 투자가 집중되는 분야를 비롯하여 인체와 유사한 반응을 보는 광범위한 분야에 응용되고 있다.
실제 환자의 종양세포로 만든 오가노이드로 테스트하여 치료제를 선택하거나,
유전질환 환자의 줄기세포로 오가노이드를 만들어 신약 타겟 발굴에 쓰고 있다.
종양 분야에서는 동물 대신 환자 오가노이드로 항암제 스크리닝이 시도되고 있다.

장기-칩 (Organ-on-a-Chip, OoC)

장기-칩(Organ-on-a-Chip) 기술은 미세유체공학 기반의 칩 위에 특정 장기의 세포들을 배양하여 인체 장기의 구조와 기능을 모사하는 방식이다.
예를 들어, 폐-칩은 호흡 움직임을 모사하기 위해 탄성막을 주기적으로 늘였다 줄이며 폐포세포와 모세혈관세포를 양면에 배양하고,
간-칩은 간세포와 쿠퍼세포 등을 미세유로에 배양해 체내 간의 대사작용을 재현한다.
이런 Microphysiological System(MPS)은 장기 단위의 정밀한 생리현상을 재현하여 동물 모델의 한계를 보완하는 첨단 NAM으로 각광받고 있다.

기술 성숙도 : Organ-on-a-Chip은 초기 상용 제품이 등장한 중간 수준 성숙도의 기술이다.
현재 여러 스타트업 기업(Emulate, TissUse, CN Bio 등)이 상용 칩 플랫폼을 개발하여 제약사와 협업을 진행중이다.
간, 심장, 폐, 장, 뇌, 신장 등 주요 장기 칩이 연구 단계에서 구현되었고,
둘 이상의 칩을 연결한 “Body-on-a-Chip” 시스템도 개발 중이다.
그러나 아직 대규모 산업 표준으로 정착했다고 보기는 이르며,
프로토타입 개발 단계에서 응용 사례를 축적하고 있다.

재현성과 표준화 : 재현성 측면에서는 개선이 필요한 신생 기술이다.
GAO(미 회계감사원) 보고서는 서로 다른 연구 결과를 비교할 기준 및 검증 연구가 부족하여,
얼마나 신뢰성 판단이 어렵다고 지적하고 있다.
칩에 사용되는 세포원의 품질 편차(인간 세포 확보의 어려움)도 일관성에 영향을 준다.
현재는 각 기업/연구소마다 자체 검증에 주력하고 있고,
미국 FDA와 NIH가 장기칩 검증 워크숍 등을 개최하여 평가기준 마련에 착수하였다.

비용 : 장기-칩은 초기 비용이 비교적 높다.
칩 구동 펌프, 제어장치 등 장비, 마이크로칩 제조비 등이 소요된다.
장기적인 관점에서는 비용 절감 가능성이 있다.
칩은 동일 조건에서 다수의 반복실험이 가능하고,
실패한 후보물질을 조기에 걸러내 후속 동물실험이나 임상시험 비용을 절약할 수 있다.
또한 자동화된 멀티칩이 개발되면 고효율 대량스크리닝으로 비용/시간을 크게 줄일 수 있다.
현재로서는 초기 비용은 크지만 장기적 효율로 상쇄가 예상된다.

규제 수용성 : 규제 당국은 시범 프로그램을 가동 중이다.
FDA는 약물 유발 간독성(DILI) 예측을 위해 Emulate사의 간-칩(Liver-Chip)을 MPS 검증 파일럿 프로그램에 포함시켜, 이 플랫폼의 예측능력을 공식적으로 평가하고 있다.
또한 ‘25년 단클론항체(mAb) 독성평가에 NAM만으로 진행하는 파일럿 프로젝트를 발표하고, 선정 기업들이 주로 장기-칩 등 NAM 데이터로 안전성을 입증하도록 할 계획을 밝혔다.
프로젝트가 성공할 경우 매년 수천 마리의 실험동물을 대체할 수 있을 것이다.
다만 아직까지는 장기-칩 데이터만으로 허가받은 약물은 없으며, 보완적으로만 활용되고 있다.

적합한 적용 분야 : 장기-칩은 약물 독성 평가 분야에서 특히 유용하다.
동물과 인체 대사차이로 발생하는 간독성, 심장독성 등을 조기에 발견할 수 있다.
장기칩을 연결한 다중장기 시스템으로 약물의 흡수-분포-대사(PK : 약동학) 실험도 시도중이다.
질환 모델링 측면에서는, 폐-칩으로 호흡기 감염병 연구, 장-칩으로 장내 미생물과 장 상피 상호작용 연구, 혈뇌장벽-칩으로 중추신경계 약물 전달 연구 등이 진행중이다.
희귀질환의 경우 환자 세포로 장기칩을 제작해 병인을 연구하는 사례도 있다.
다만 현 기술로는 암처럼 복잡한 질환의 효능 평가에는 오가노이드와 함께 활용되는 등,
특정 기전 규명이나 독성 평가에 강점을 보인다.

3D 바이오프린팅 조직

3D 바이오프린팅은 바이오잉크(세포+하이드로젤 혼합물 등 생체재료)를 3D 인쇄하여 원하는 생체조직(인공 조직/장기 구조물)을 제작한다.
기존 배양 방식보다 복잡한 구조를 세밀하게 재현할 수 있어 주목받고 있다.

기술 성숙도 : 3D 바이오프린팅 기술은 연구개발이 활발하지만 상용화는 초기 수준이다.
간단한 조직(미니 간, 피부 패치 등)은 시험적으로 프린팅에 성공하였고,
몇몇 기업은 인공 피부조직이나 연골조직 등을 상용화를 시도중이다.
재생의료 분야 이식용으로 발전해오다가 최근 약물 테스트용 인공조직 적용도 시도중이다.
완전한 혈관화를 갖춘 거대 장기 프린팅은 요원하지만,
마이크로조직 수준에서는 간세포를 프린팅해 미니 간 조직을 만들거나,
종양세포+면역세포를 함께 프린팅해 종양 미세환경 모델을 만드는 등 응용 연구가 늘고 있다.

재현성과 표준화 : 디자인대로 조직을 찍어내 일관된 구조를 얻을 수 있다는 점이 장점이다.
이론적으로는 설계가 동일하면 동일 구조물을 얻을 수 있어 재현성 측면에서 잠재력이 높다.
그러나 현실적으로는 바이오잉크의 특성, 프린팅 해상도, 프린팅 후 세포의 생존과 조직화 과정 등이 달라질 수 있어 여전히 변동성이 존재한다.
최적 바이오잉크 개발도 문제이다.
아직 인체 조직과 동일한 복잡성을 완전히 모사하는 잉크는 없으며 프린팅 과정에서 층간 결합 등이 불완전하면 조직 기능에 영향이 있다.
현재는 표준화된 프로세스 확립을 위해 다중 프린팅 헤드로 다양한 소재를 동시에 출력하거나, 인쇄 도중 실시간 품질검사를 도입하는 등 정밀도 향상 연구가 진행 중이다.

비용 : 3D 바이오프린팅은 상용 바이오프린터, 세포를 생존시킬 바이오잉크(히알루론산, 콜라겐 등)와 같은 고가의 전문 장비와 소모품을 필요로 한다.
또한 프린팅한 조직을 유지하는 배양 비용, 숙련된 인력 인건비로 현재는 고비용이 소요된다.
향후 기술 성숙으로 자동화·대량화되면 단가가 낮아질 수 있지만,
아직은 동물실험보다 비용 면에서 유리하다고 보기 어렵다.
다만 동물실험으로 얻기 어려운 인간 조직 데이터를 제공함으로써 후속 개발 비용 절감 효과는 기대할 수 있다.

규제 수용성 : 바이오프린팅으로 만든 조직을 규제 시험에 활용한 사례는 거의 전무하다.
환자 유래 세포를 이용한 맞춤형 조직을 판매/이용시 윤리적 동의, 개인정보 등 문제가 있으며,
인체 이식을 염두에 둔다면 GMP 등 제조관리도 필요하다.
약물시험용으로 사용한다 해도, 그 결과를 신뢰할 만한지 규제 당국이 판단하려면 임상결과와의 대응 검증이 필수인데, 대규모 비교 연구가 부족하다.
미국 FDA, EMA 등은 바이오프린팅의 잠재력을 인지하고 업계와 협력하여 가이드 마련을 논의 중이며, 검증(예: 프린팅 조직 vs 임상 결과의 상관성 평가)을 위한 연구를 요구하고 있다.

적합한 적용 분야 : 활용처로는 신약 개발 단계의 조직 수준 약효/독성 테스트가 있다.
예를 들어 피부감작성 테스트에 인간 피부모델(프린팅한 피부) 활용을 모색하거나,
종양 미세환경 모델을 프린팅하여 면역항암제 효과를 시험하는 연구가 있다.
또한 정형외과 분야에서는 뼈·연골을 프린팅하여 기존 동물골절 모델을 대체하려는 시도도 있다.
질병 모델링 측면에서는 간 경화 조직, 심근경색 후 섬유화된 심장조직 등을 프린팅하여 병리 연구를 하는 등 활용 범위가 넓다.
장기적으로는 환자 맞춤 인공장기 제작이 목표이지만,
단기적으로는 임상 전 인간 조직 플랫폼으로서 제약연구에 공헌할 전망이다.

AI 기반 인실리코 모델링

인실리코(in silico) 모델링은 컴퓨터 시뮬레이션이나 인공지능(AI) 알고리즘을 활용하여 약물의 효과와 독성을 예측하는 접근법이다.
동물이나 실제 세포를 사용하지 않고, 기존 축적된 데이터와 이론 모델에 기반해 가상 환경에서 후보물질의 거동을 모사하는 것이다.
최근 기계학습 기술 발달로 일종의 디지털 트윈(digital twin)을 만들어 임상시험을 가상으로 시행하는 개념까지 등장하면서, 인실리코 모델은 중요한 NAM의 축으로 부상했다.

기술 성숙도 : 전통적으로 QSAR(Quantitative Structure-Activity Relationship : 정량적 구조-활성 상관관계) 모델 등이 폭넓게 활용되어 왔고,
현재는 딥러닝을 이용한 독성 예측 AI가 개발되고 있어 기술적으로 상당히 성숙한 편이다.
예를 들어, 화합물 구조로 발암성 여부를 맞추는 예측모델, 약물-타겟 상호작용을 예측하는 알고리즘 등이 이미 업계에서 사용 중이다.
또한 체내 약물 동태를 수식으로 풀어내는 생리기반 약동학(PBPK) 모델이나,
전산 유전체학을 통한 부작용 예측 등도 발전하여 실무에 적용되고 있다.
최근에는 신약 후보를 생성하는 생성모델(예: de novo 드러그 디자인)까지 등장하였다.
즉, 인실리코 분야는 다른 NAM에 비해 성숙도가 높으며, 계속 정교해지고 있다.

재현성과 표준화 : 컴퓨터 모델은 동일 입력에 동일 출력을 내므로 실험적 재현성 문제는 없지만,
모델의 예측 정확도가 관건이다.
AI 모델의 신뢰도는 학습 데이터와 알고리즘에 좌우되기에,
훈련되지 않은 영역의 화합물에 대해서는 부정확할 수 있어 모델 검증(Validation)이 중요하며,
규제 당국은 모델링 거버넌스(모델 개발·검증 표준) 마련을 검토하고 있다.
그럼에도 불구하고 완전히 동일한 절차를 반복할 수 있어 표준화가 용이하다.
OECD 등은 (Q)SAR 모델 검증 가이드라인을 이미 만들어 두었고,
예측 성능 지표(민감도, 특이도 등)로 모델의 신뢰성을 평가하고 있다.

비용 : 초기 개발비용은 높을 수 있지만, 일단 구축된 후엔 슈퍼컴퓨터나 클라우드 자원 사용료 정도로 수천~수만 화합물을 신속히 스크리닝할 수 있어, 개별 실험당 비용이 매우 낮다.
최근에는 오픈소스 툴도 많아져 활용 가능하므로, NAM 중 비용 효율은 가장 높은 편이다.

규제 수용성 : 인실리코 모델은 일부 영역에서 이미 규제 활용이 이루어지고 있다.
대표적으로 의약품 불순물의 발암성 평가에 관한 국제 지침(ICH M7)에서는 두 가지 상호보완적 QSAR 예측 결과로 발암성 우려가 낮다고 판단되면 추가 동물실험 없이 넘어갈 수 있도록 하고 있다.
Premier Research | The FDA Modernization Act 2.0: The End of IND-Enabling Toxicology Studies?

EPA(미 환경청)는 화학물질 평가 시 독성경로 모형, read-across 등 컴퓨터 예측을 활용하며,
EU REACH도 저우려 물질에 대해 동물대신 컴퓨팅 예측자료를 허용한다.
최근 FDA도 AI 기반 약물독성 예측에 관심을 표명하여, 디지털 모델링 결과를 IND 패키지에 포함하도록 권고하고 있다.
다만, 전면적인 규제 데이터 대체로 인정되려면 여전히 조심스러운 입장으로, 현재는 인실리코 예측 + 제한적 in vitro 시험으로 동물시험 면제를 검토하는 수준입니다.
하지만 Modernization Act 2.0에 따라 인실리코도 정식 시험자료로 고려하게 되어 성장이 예상된다.

적합한 적용 분야 : 인실리코 모델은 초기 후보물질 필터링, 다른 in vitro NAM에서 얻은 데이터를 통합 분석하는 보완적 툴로 활용된다.
수많은 화합물 중 독성 가능성이 높은 것이나 효능이 낮아보이는 것을 미리 걸러냄으로써 이후 실험 대상을 줄인다.
또한 기존 데이터로 학습했기 때문에 사람에 대한 예측을 어느 정도 할 수 있어, 임상 부작용 예측에도 활용된다.
약물 재창출 분야에서는 AI가 기존 약물의 새로운 적응증을 찾아내기도 한다.
당뇨병 환자 가상 시뮬레이터를 만들어 약물이 혈당에 미치는 영향을 인체 수준에서 예측하거나, 종양 성장 가상 모델로 신약의 종양축소 효과를 시뮬레이션하는 등 질환에 대한 시스템 모델링도 인실리코의 영역이다.
궁극적으로 “디지털 트윈”이라 불리는 환자 개개인의 컴퓨터 복제본을 만들어, 가상 임상시험을 돌려보는 개념까지 등장하여 임상시험 참여자 수를 줄이려는 시도가 진행 중이다.
Beyond Animals: Revolutionizing Drug Discovery with Human-Relevant Models

유도만능줄기세포(iPSC) 기반 세포 모델

유도만능줄기세포(iPSC) 기술로 분화시킨 인간 세포들은 동물세포를 대체하는 인체 고유 세포 모델을 제공한다.
예컨대 환자의 피부세포로부터 iPSC를 만든 뒤 심근세포로 분화시키면, 환자 유래 심장세포를 무한대로 얻어 실험에 쓸 수 있다.
이러한 iPSC 유래 세포(심근세포, 뉴런, 간세포 등)는 인체 생리와 유사한 반응을 보여 신약 독성 테스트 등에 활용되고 있다.
또한 특정 유전병을 가진 환자의 세포를 분화하면 희귀질환 모델이 되어 병리 연구와 약효 시험에 사용할 수 있다.

기술 성숙도 : iPSC 분화기술은 지난 10여년간 빠르게 발전하여, 상당히 성숙된 단계다.
일본, 미국 등에서 표준화된 iPSC 유래 세포(예: 심근세포, 신경세포)를 상업적으로 판매중이며,
연구자도 논문 프로토콜을 따라 비교적 손쉽게 원하는 세포를 얻을 수 있다.
다만 품질측면에서 태아기/신생아기 상태의 미성숙한 형질을 보이는 경우가 많다.
예를 들어 iPSC-심근세포는 실제 성인의 심근세포보다 소듐/포타슘 채널 발현이나 수축력 등이 미약하여, 성숙도 향상이 필요하다.
이를 개선하기 위해 장기간 배양, 기계적 자극 부여, 3D 조직화 등 방법이 개발되고 있다.
하지만 동물세포보다 인체 특성을 반영하며, 기술적으로 널리 이용 가능한 수준이다.

재현성과 표준화 : iPSC는 세포주(batch)마다 차이가 있을 수 있다.
iPSC는 공여자의 유전적 배경을 가져 공여자가 다른 iPSC 유래 세포는 반응이 달라진다.
따라서 실험마다 동일 세포주 사용이 중요하며, 변이가 적은 표준 iPSC 사용이 권장된다.
현재는 표준 reference iPSC를 설정하고, 분화된 세포의 특성을 인증하는 노력이 진행 중이다.
한편 동일한 iPSC에서 분화한 세포들은 비교적 일관성을 보여 반복 실험의 재현성은 양호하다.
표준 운영 프로토콜(SOP) 확립도 진전되어, 특정 회사/기관에서 공급하는 iPSC-심근세포는
전 세계 연구자들이 유사한 방법으로 취급하여 데이터 비교가 가능하다.

비용 : iPSC를 확립하고 분화하는 데는 상당한 비용과 시간이 소요된다.
숙련된 세포배양 인력이 필요하고, 분화 배양에는 수주에서 수개월이 걸리며, 특수한 배양배지와 인큐베이터 등이 요구된다.
상용 제품을 구입할 경우 웰당 수십만원에 달하기도 한다.
그러나 한 번 확립한 iPSC 라인은 지속적으로 증식시켜 쓸 수 있으므로,
장기적으로 동일 공여자의 일차 세포를 계속 얻는 효과가 있어 동물이나 인체 조직을 반복 채취하는 것보다 비용 효율적이다.
전통 동물실험과 비교하면, iPSC 시험은 세포 공급 구축만 되면 비용이 저렴해질 수 있습니다.
현재로서는 중간 정도 비용으로 평가할 수 있고, 대규모 제약사들은 이미 iPSC 세포 패널을 구축하여 비용 대비 효과를 입증하고 있다.

규제 수용성 : iPSC 기반 세포모델은 규제 평가에 점진적으로 도입되고 있다.
가장 선도적인 예는 심장 독성 평가 분야에서, FDA가 주도하는 CiPA(Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay) 계획에 iPSC 유래 심근세포 전기생리 시험이 포함되어 있다.
이는 신약의 심실부정맥 유발 위험을 기존 동물심장 시험 대신 인간 심근세포 시험+컴퓨터 모델링으로 평가하려는 국제적 노력으로, 최종 승인되지는 않았으나 많은 데이터가 축적되었다.
이처럼 특정 안전성 평가 영역에서 iPSC 모델 채택이 논의되고 있다.
아직 공식 가이드라인에 iPSC를 명시한 사례는 없으나,
FDA/NTP 등의 독성연구에서 iPSC로 만든 간세포, 신경세포 활용 사례가 증가하고 있다.
미국 Tox21 프로그램은 차세대 전략으로 iPSC 유래 간, 심장, 신경세포 등의 3D 배양 모델을 구축하여 초기 독성 스크리닝 후 심화 평가(secondary screening)에 활용중이다.
이는 규제 기관도 iPSC 모델의 가치를 인정하고 데이터를 축적하고 있음을 입증한다.
iPSC 모델은 곧 사람 장기 특이적 독성(간독성, 심장독성 등) 분야에서 동물실험을 대체하여 규제 제출자료의 일부로 받아들여질 가능성이 높다.

적합한 적용 분야 : iPSC 세포모델은 인체 조직 특이적인 약물 반응 평가에 적합하다.
대표적으로 심근세포 시트(sheet)나 3차원 심장 미세조직을 만들어 심장독성(예: QT 연장, 부정맥 유발) 테스트에 사용한다.
또한 간세포 스페로이드를 만들어 간독성 및 대사체 분석에 활용하거나, 도파민 신경세포로 파킨슨병 모델을 만들어 신약 효능을 시험한다.
희귀 유전질환 연구에서도, 환자 iPSC로 만든 세포/오가노이드를 활용해 병리기전을 규명하고 치료 후보를 찾는다.
iPSC는 환자 유래이기에 질환 모델링의 개인화가 가능하며, 세포치료제에도 응용될 수 있다.
즉, 환자별 또는 장기 특이적 반응을 알아보고자 할 때 iPSC 모델이 유용하며, 특히 심장, 신경 등 중요한 독성표적 장기들의 예측에 중요한 역할을 하고 있다.

고해상도 이미징 기반 세포 분석 (홀로토모그래피 등)

고해상도 이미징 기반 분석은 첨단 현미경 기술로 세포나 미니장기의 미세 변화를 정밀하게 관찰하여 정량적 데이터를 추출하는 방법이다.
최근 등장한 홀로토모그래피(holotomography) 기술이 그 대표적인 예로, 레이저 간섭계를 이용해 세포 내부의 굴절율 분포를 3D로 영상화함으로써 라벨링 없이 살아있는 세포의 구조와 동적 변화를 실시간으로 볼 수 있다.
이러한 기술은 직접 대체 모델은 아니지만, 다른 in vitro 대체시험에서 얻은 결과의 정밀분석과 새로운 바이오마커 발굴을 가능케 해 NAM의 효과를 극대화하는 도구로 주목받고 있다.

기술 성숙도 : 홀로토모그래피를 포함한 고해상도 세포 이미징 분야는 상용 장비가 출시되면서 연구현장에서 활용이 증가하고 있다.
예를 들어 스위스의 Nanolive社, 한국의 Tomocube社 등이 홀로토모그래피 현미경을 출시하여 생물학 연구자들에게 판매하고 있고,
제약사들도 고내용량 이미징(HCA) 플랫폼으로 도입하고 있다.
해당 기술들은 수백 nm 수준의 해상도로 세포 소기관까지 볼 수 있고,
수분 간격의 시간해상도로 며칠간 연속 촬영이 가능하여 세포 변화 추적에 유용하다.
또한 AI 영상분석 소프트웨어와 결합해 정량 지표를 뽑아내는 체계도 갖춰지고 있다.
전반적으로 이미 상용화되어 널리 쓰이는 수준이며, 계속 성능을 개선하고 있다.

재현성과 표준화 : 이미징 기술 그 자체는 물리적 장비이므로 재현성이 높다.
이미지 해석의 표준화는 과제로 남아 있으나 이제 사람의 눈에 의존하던 현미경 판독을 벗어나,
AI 알고리즘이 일관된 기준으로 세포 형태 변화를 해석하도록 하는 시도가 진행중이다.
예를 들어 세포가 죽을 때 나타나는 굴절율 변화 패턴을 AI가 인식해 세포사멸 유형(예: 괴사 vs 세포자살)을 자동분류할 수 있다.
이러한 영상 판독 표준 알고리즘이 마련되면, 고해상도 이미징 데이터의 재현성과 신뢰성은 더욱 높아질 것이다.
이미 GLP 환경에서 HCA(High Content Analysis)를 적용하는 사례도 있어,기술적 재현성은 입증되고 있다.

비용 : 고성능 이미징 장비는 초기 도입비가 매우 높다.
레이저 간섭계를 탑재한 홀로토모그래피 현미경 한 대가 수억 원에 달한다.
그러나 세포를 염색할 시약도 불필요하고, 촬영에 드는 건 전기와 인력 시간 정도로, 운영 비용은 낮은 편이다.
따라서 일단 장비를 갖추면 대량의 샘플을 저비용으로 분석할 수 있다.
동물실험은 개체 유지비, 사육비 등이 크고 시료 수가 제한되지만, 세포 이미징은 한 장비로 하루에도 수백 샘플을 찍어 데이터화할 수 있어 데이터 양 대비 비용 효율이 높다.

규제 수용성 : 고해상도 이미징은 시험 방법이라기보단 분석 수단이기 때문에 직접적인 규제 승인은 논의 대상이 아니다.
규제 제출 자료에 이미징 기반 결과를 포함하는 일은 늘고 있다.
세포독성 시험에서 단순 생사여부 대신 고용량 이미지로 세포 형태 변화를 정량화한 데이터를 제출하면 근거를 강화할 수 있다.
OECD 시험지침 중에도 현미경 평가를 일부 포함한 세포시험법이 있고,
최근에는 라벨프리(label-free) 분석의 이점이 알려지며 규제당국 관심도도 증가하고 있다.
특히 신경독성 같이 정량 지표 설정이 어려운 분야는 이러한 이미징 기반 정량화가 도움이 된다.
직접적인 규제 승인 사례는 없지만, NAM의 성과를 뒷받침하는 증거자료로서 활용되고 있다.

적합한 적용 분야 : 고해상도 이미징은 다양한 세포 수준 현상의 정밀 분석에 활용된다.
예를 들어 홀로토모그래피를 통해 세포가 약물 처리 후 부풀어오르는지,
소기관 배치가 재편되는지 등을 실시간으로 추적함으로써 약물 독성 기전을 파악한다.
면역세포와 암세포 상호작용도 3D로 관찰하여 면역항암제 작용여부를 분석할 수 있다.
세포 내부 물질농도(굴절률 분포)를 계량화하여 지방독성을 감시하거나,
핵의 응축 정도로 세포 스트레스 반응을 지표화한다.
이러한 정량 이미징은 새로운 바이오마커 발굴 수단이 되어,
동물시험에서는 얻을 수 없던 세부 정보까지 고려한 약물 안정성 평가를 가능케한다.
오가노이드나 장기칩 내부를 들여다보는 데에도 3D 이미징이 필수적이어서,
결국 다른 NAM들과 결합하여 그들의 결과 정확도를 높여주는 시너지 기술이라고 할 수 있다.

기타 인정되는 NAM 기술군

위에서 다룬 것 외에도 여러 동물대체 접근법이 국내외 기관에서 인정되고 있다.
OECD 독성시험 가이드라인에는 이미 여러 동물대체 시험법들이 등재되어 있으며,
화장품·화학물질 분야에서 널리 사용된다.
예를 들어 피부 부식·자극 시험을 위한 재구성 인간 피부모델(EpiDerm 등), 피부 감작성 시험을 위한 시험관 단백질 결합 시험(DPRA)이나 세포 활성화 시험(KeratinoSens, h-CLAT) 등이 공식 승인되어 동물 대신 활용되고 있다.
안구 자극 시험에도 정제된 단백질 혼탁도 측정법(BCOP)이나 인공각막 모델이 사용된다.
이러한 시험관 화학분석, 기존 2D 세포 기반 시험들도 넓은 의미의 NAM에 포함된다.

또한 전임상 마이크로도징(microdosing) 또는 임상0상(Phase 0)이라 불리는 기법도 있다.
극소량의 신약 후보를 인간에게 투여하여 초기 약동학과 안전성을 파악하는 방법으로,
일부 경우 동물실험을 줄이는 전략으로 활용된다.

생체 외(ex vivo) 인체 조직 활용도 NAM의 일종이다.
수술 후 남은 조직이나 공여된 인체 장기 일부를 시험관에서 배양하여 약물 반응을 보는 것으로,
예를 들면 인간 간 조직 슬라이스를 이용한 약물대사 독성 평가 등이 있다.
이는 실제 인간 조직이므로 예측력이 높지만, 공급이 제한적이라는 단점이 있다.

정리하면, NAMs에는 다양한 층위의 기술들이 포괄된다.
세포/조직 수준의 시험관 대체법,
컴퓨터를 활용한 실리코 모델,
소량 인체투여 같은 임상 대체법 등이 서로 보완적으로 쓰이며,
궁극적으로 동물 사용을 줄이고 인간 예측성을 높이는 목표를 공유하고 있다.

따라서 토모큐브가 오가노이드 관련주로 알려져 있는 상황이지만,
사실 동물실험 대체로 다양한 NAMs 중 어느 방식의 채택률이 높아지더라도 홀로토모그래피는 다른 NAM들과 결합하여 결과 정확도를 높여주는 시너지 기술로서 수요가 늘 수밖에 없다.

이에 대해 좀 더 구체적으로 알아보도록 하겠다.

다양한 NAMs에서 홀로토모그래피 기술 활용 사례

홀로토모그래피(Holotomography)는 레이저 또는 LED 광원을 이용해 살아있는 세포나 조직의 굴절률 분포를 3차원으로 측정하는 기술로,
라벨링 없이 생체시료의 구조와 변화를 실시간 관찰할 수 있는 첨단 현미경 기법이다.
토모큐브(Tomocube)는 이 분야의 선도 기업으로, HT 시리즈 현미경을 통해 해당 기술을 상용화하였다.
오가노이드(organoid) 연구에서 이미 활발히 쓰이고 있다는 전제 하에, 오가노이드 이외의 동물대체 실험 플랫폼에서도 과연 이 기술이 쓰이고 있는지 살펴보면,
Organ-on-Chip, 3D 바이오프린팅, iPSC 세포모델 등 여러 분야에서 실제 활용 사례가 있다.

Organ-on-Chip

홀로토모그래피는 이식된 장기칩 내부를 비파괴적으로 들여다볼 수 있는 3D 영상화 도구로 각광받는다.
투명한 장기칩 내부의 세포∙미생물 상호작용을 염색 없이 규명할 수 있다는 점은, 기존 방법론으로 얻기 어려운 유용한 약리학적 정보를 제공한다.
싱가포르 국립대는 장 오가노이드와 장내 미생물을 칩 위에서 공배양한 모델을 홀로토모그래피로 관찰하여, 장 조직 내부에 정착한 세균의 3차원 분포와 오가노이드 구조를 파악했다.
국내 연구팀은 간 유사체(hepatic organoid)를 칩에 배양하여 약물 반응을 평가할 때, 홀로토모그래피로 간세포 내 지질소체 형성 등 독성 지표를 정량화한 바가 있다.
이러한 활용은 Organ-on-Chip의 효능∙안전성 평가에서 홀로토모그래피가 핵심 모니터링 툴이 될 잠재력을 보여준다.

3D 바이오프린팅 분야

3D 바이오프린팅에서도 출력된 3D 조직의 품질, 세포상태 검사에 홀로토모그래피가 활용된다.

’25년 Advanced Materials에 발표된 연구에서는, 빛을 이용한 3D 프린팅으로 세포생존 조직을 제작한 후, 출력된 조직 내부의 광산물질 분포와 투과도 변화를 홀로토모그래피로 확인했다.
연구진은 인쇄 과정 중 굴절률 지표를 조정하여 조직 투명도를 향상시켰는데,
그 효과를 라벨-프리 방식의 홀로토모그래피 영상으로 검증한 것이다 (Wiley 연구).
출력된 연골 조직의 빛 투과 특성을 홀로토모그래피로 측정해 세포 생존과 매트릭스 균질도를 평가한 연구도 존재한다.

이런 사례들은 3D 바이오프린팅된 생체구조물의 비파괴 검사(NDT) 수단으로 홀로토모그래피가 유용함을 시사한다.
즉, 기존에는 조직을 염색하거나 절편을 떠서 내부를 분석해야 했던 것을, 홀로토모그래피로 실시간 내부 관찰 및 정량화가 가능해져 바이오프린팅 제품의 품질관리에 혁신을 가져올 수 있다.

iPSC 세포모델 및 기타 3D 세포배양

유도만능줄기세포(iPSC)나 중간엽줄기세포(MSC) 등으로부터 유래한 3차원 세포배양 모델에서도 홀로토모그래피 활용이 보고된다.
줄기세포를 분화시켜 조직세포로 만들 때, 과정 중 세포의 형태 변화, 세포내 소기관 발달, 축적물 형성 등을 실시간 계측하는 데 적합하기 때문이다.

’24년 한 연구는 제대혈 유래 줄기세포를 지방세포로 분화시키면서, 세포 내 지질방울(lipid droplet)의 굴절률 변화를 홀로토모그래피로 측정하여 분화 단계별 정량 분석을 수행했다.
이러한 연구는 향후 향후 세포치료제 생산 공정의 세포품질 모니터링 등에 응용될 수 있다.
Determination of adipogenesis stages of human umbilical cord-derived mesenchymal stem cells using three-dimensional label-free holotomography – ScienceDirect

iPSC 집락(colony) 자체를 3D로 촬영한 사례도 있다.
토모큐브에서 공개한 데모 영상에 따르면, 수백 개의 iPSC로 이루어진 콜로니를 3차원 전체 시야로 스캔하여 각 세포의 핵, 세포질 구조를 영상화하는 데 성공했다.
이처럼 홀로토모그래피는 줄기세포 배양부터 분화, 조직화에 이르는 전 단계에서 세포동태를 추적할 수 있으며, 나아가 병리 모델 (예: 암 오가노이드의 세포사멸 유형 분석 등)에서도 응용되어 세포사멸 경로를 라벨 프리로 구분하는 연구도 진행되고 있다.
3D bioprinting and label-free imaging: Bridging innovations for organoid research

종합하면, 오가노이드뿐 아니라 다양한 차세대 인비트로(in vitro) 실험 플랫폼에서 홀로토모그래피 기술이 유용한 도구로 채택되고 있음을 알 수 있다.

결론 : 어떤 방법으로 동물실험을 대체해도 홀로토모그래피는 필요

위 사례를 통해 볼 때, 동물실험을 대체하는 모든 실험방법에서 홀로토모그래피가 핵심적인 관찰∙분석 수단으로 자리잡고 있다.

투자 관점에서 다음과 같은 의미가 있다.

1) 향후 동물대체 기술 보급이 확산될수록 홀로토모그래피 장비 수요가 동반 증가한다.
실제로 Organ-on-Chip이나 오가노이드 분야의 성장률이 두 자릿수를 기록하고 있는 가운데,
해당 연구에 필수적인 라이브셀 3D 이미징 시장도 동반 성장할 것으로 보인다.

2) 경쟁 기술 대비 우위이다.
동일한 label-free 3D 현미경으로 디지털 위상차 현미경(QPI) 제품들이 있으나,
정밀도와 응용 분야 다양성 면에서 홀로토모그래피의 선점 효과가 나타나고 있다.
특히 토모큐브는 세계 최고 수준의 기술력으로 시장을 개척하여 관련 분야에서 표준 장비로 자리잡을 가능성이 높다.

결론적으로, 동물실험 대체 패러다임의 수혜를 입는 기술로서 홀로토모그래피 현미경에 주목할 필요가 있다.

토모큐브의 BM

토모큐브의 주력 제품은 홀로토모그래피 현미경 장비(HT-2H, HT-X1 시리즈)와 3D 이미지 분석용 소프트웨어다.
’16년 첫 제품 HT-1 시리즈 출시 이후 2세대 제품인 HT-2H(형광이미징 결합 모델), ’23년 출시된 HT-X1 등이 상용화되어 있다.
HT-X1은 세계 최초의 2세대 홀로토모그래피 현미경으로서 레이저 대신 LED 광원을 적용하여 노이즈를 줄이고 멀티웰 플레이트 호환성을 높이는 등 연구용에서 산업용으로의 활용도를 크게 향상시켰다.

토모큐브는 축적된 3D 세포 영상 데이터를 활용한 AI 분석 솔루션 사업으로의 확장도 추진하고 있다.
현재는 장비 매출 비중이 높으나, 향후 이미지 분석 소프트웨어를 구독형 서비스로 제공하여 신약 개발의 독성 평가, 세포 진단 등의 분야에서 부가가치를 창출할 계획이다.

한편, 토모큐브는 반도체·디스플레이 등 비바이오 분야 확장을 통해 외연 성장을 모색하고 있다.
홀로토모그래피를 이용한 3D 검사 기술을 산업용 계측장비로 발전시켜 웨이퍼 미세결함 검사나 디스플레이 패널 검사 등에 활용할 수 있으며, 산업용 분석 시장으로의 진출도 추진 중이다.
회사는 ’25년 비바이오 매출 비중 20%를 목표로 제시하며,
향후 5년 내 산업계 매출이 절반 이상을 차지하도록 노력하고 있다.

성장성

토모큐브의 타겟 시장과 성장 비전

토모큐브는 아직 매출 규모는 작지만 향후 수년간 가파른 성장세가 기대된다.
시장은 현재 초기 단계인 시장이 글로벌 제약사들의 도입 본격화로 HT 장비 판매 대수가 급증하며 ‘27년까지 연 60~80% 이상의 폭발적 매출 성장을 전망한다.
회사도 이에 대비해 연간 생산능력을 70대 → 300대로 4배 확대하는 증설 투자를 진행 중이다.
암치료 혁신 이끌 원천기술 소개…토모큐브, 차세대 플랫폼 ‘시선집중’ – 아시아경제

’25년 1월에는 토모큐브가 글로벌 톱티어 제약사와 오가노이드 분석법 공동 개발 계약을 체결하여 ’26년 하반기까지 새로운 분석 기법을 개발 중이다.
빅파마와의 협업 성과는 개발 완료 후 해당 제약사의 연구소에 HT 장비를 대량 공급하는 계기로 이어질 수 있고, 다른 제약사들로의 레퍼런스 효과도 클 것으로 기대된다.

회사는 다수의 글로벌 제약사와 다양한 협업을 통해 오가노이드 3D 이미징 국제 표준화를 주도하여 전세계 제약사들을 고객으로 확보한다는 성장 내러티브를 보유하고 있다.

세계적으로 토모큐브 장비를 활용하여 200편 이상의 학술 논문이 발표되었다.
Tomocube, Insights From the Customer ‘Holotomography 2.0’ – 바이오스펙테이터

그리고 50개국 200개 이상 기관에서 토모큐브 장비를 연구용으로 도입하고 있다.
[특징주]FDA “동물실험 대신 AI”…관련주 급등 – 아시아경제

이러한 레퍼런스 증가는 신뢰도를 높여 다른 제약사/연구소의 도입 결정에 중요한 역할을 한다.

현 시점에는 매출 기반이 좁아 변동성이 있지만,
예상대로 시장이 개화한다면 성장을 통한 규모의 경제 달성이 가능하다.

FDA의 규제 완화 일정, 주요 고객군의 투자 결정 지연시 성장 속도는 늦춰질 수 있으나,
성장의 방향성은 정해진 것으로 볼 수 있어 장기투자 대안으로 유효한 것으로 평가할 수 있다.

동물 실험 의무 폐지 메가트렌드

미국의 동물 실험 의무 폐지

토모큐브는 동물실험 의무 폐지라는 규제 환경 변화 메가트렌드에 직접적인 수혜를 받는다.

’22년말 미국 FDA Modernization Act 2.0 법안 통과로 신약 전임상에서 동물실험 요구조항이 삭제되었고,
’25년 FDA는 “앞으로 3~5년에 걸쳐 동물실험을 예외적 경우로 만들겠다”는 계획을 발표했다.
실제로 ‘26년부터 일부 항체신약 개발에 비(非)동물 대체시험 허용 파일럿 프로그램이 예고되는 등, 독성 평가에 있어 동물 대신 인체 유래 모델을 활용하는 시대가 열리고 있다.

미국 외 국가의 동물 실험 의무 폐지 현황

세계 제약시장 상위권에 위치한 유럽연합(EU), 중국, 일본 등에서는 윤리적∙과학적 근거를 바탕으로 동물실험을 폐지하거나 제한하려는 움직임이 활발히 진행되고 있다. 이러한 흐름은 동물 복지 향상과 인간에 더 적합한 대체시험법 개발 요구에 따른 것으로, 각국의 규제 변화 속도가 투자 지형에 영향을 미치고 있다.

유럽 : EU는 화장품 분야에서 가장 선도적 조치를 취하여, 2009년 원료 동물시험을 금지하고 2013년부터 모든 화장품에 대한 동물실험 및 동물실험 제품의 판매를 전면 금지했다.
Ban on animal testing – European Commission

더 나아가 EU 의회는 2021년 동물실험 완전 종료를 위한 결의안을 채택하며,
모든 산업에서 장기적으로 동물실험을 단계적으로 폐지하도록 집행위원회에 요구했다.
이에 따라 EU 집행위원회는 2023년 “Cruelty Free Europe” 시민발의를 받아들여 2026년 1분기까지 동물실험 폐지를 위한 로드맵을 마련하겠다고 공식 확인했다.
EU to finalize plan to phase out animal testing by March 2026

이 로드맵은 화학물질의 안전성 평가를 시작으로 관련 법규 (예: REACH 규정) 개정을 통해 대체시험 방법을 통합하는 계획을 담고 있으며,
2026년 로드맵 발표 후에도 대체법 개발·검증에 수년이 소요되는 점을 감안하여 점진적 시행을 예고했다.
즉, EU는 최종적으로 “동물실험 제로(Zero)” 체제로 가는 것을 목표로 하되, 과학적으로 신뢰할 수 있는 대체시험법 확보에 맞추어 단계별로 규제를 강화하는 전략을 취하고 있다.
이러한 EU의 정책 선도는 동물대체 기술 수요를 크게 창출하는 요인으로 평가된다.

중국 : 중국은 전통적으로 화장품 분야에서 동물실험 요구가 엄격했으나, 21.5월부터 중국 국가약품감독관리국(NMPA)은 일정 조건을 충족하는 경우 일반 화장품에 한해 동물실험 면제를 허용하는 상당한 완화 조치를 내놓았다.

토모큐브 BM의 성장성

이러한 신약개발 패러다임 전환 속에서 가장 주목받는 대안이 바로 오가노이드와 AI 예측모델 등 인간 중심의 신규 접근 방법(NAMs)이며,
토모큐브의 홀로토모그래피는 오가노이드 등 NAMs의 분석을 가능하게 하는 필수 인프라 기술로 주목받고 있다.

오가노이드를 자르지 않고 염색 없이 관찰할 수 있는 현미경은 홀로토모그래피가 유일하며,
동물 대신 사람 오가노이드에 약물을 투여한 뒤 홀로토모그래피로 이미지를 찍어 약효와 독성을 평가하는 신약개발이 조만간 가능해질 것으로 전망된다.

머크(Merck)는 ’22년 말 네덜란드의 오가노이드 기업 HUB(휘브레흐트 오가노이드 테크놀로지)를 인수하는 등 빅파마들의 오가노이드 R&D 투자가 활발하다.

글로벌 제약사 로슈(Roche)는 기존 동물시험으로 확인하지 못한 신약 후보물질의 독성을 인간화 오가노이드에 홀로토모그래피로 투과관찰하여 발견해내고, ’23년 IHB라는 오가노이드 연구소를 설립하였다.

이러한 동물실험 대체법 표준화 흐름 속에서 토모큐브는 필수 장비 공급자로서 막대한 수혜를 입을 것으로 기대된다.

점유율 현황 및 전망

기술 선도에도 불구하고 낮은 점유율

토모큐브는 홀로토모그래피 현미경 분야에서 세계적 수준의 기술력을 보유한 선도 기업이다.
그러나 전 세계 시장에서 차지하는 매출 비중은 매우 미미한 수준이다.

’24년 기준 글로벌 홀로토모그래피 관련 현미경 시장 규모는 약 $450M으로 추정된다.
Holographic Microscopes Market Size, Trends, SWOT & Forecast

반면 토모큐브의 ’23년 연매출은 약 37.5억원(약 $3M) 수준으로, 1% 미만의 점유율이다.

낮은 점유율은 스타트업인 토모큐브가 초기 글로벌 영업망과 마케팅이 취약하여 기술 대비 판매 확장이 더디었던 것으로 보인다.
또한 초기 제품의 한계도 영향을 주었다.
토모큐브 1세대 장비(레이저 기반)는 노이즈 제거를 위한 보정 작업이 필요하고 숙련된 사용자가 아니면 고품질 이미지를 얻기 어려워 제품 활용도를 떨어뜨렸다.
이러한 기술적 제약은 ’22년 출시된 2세대 HT-X1을 통해 상당 부분 개선되었지만, 그 전까지는 시장 초기 선점에 어려움을 준 것으로 보인다.

높은 점유율을 보이는 경쟁사, Nanolive

Nanolive(Nanolive SA)는 토모큐브와 동일한 3D 홀로그래픽 현미경 분야의 대표적 경쟁 기업으로서, 현재 토모큐브보다 높은 시장 점유율을 차지한다.

Nanolive는 스위스에 본사를 둔 기업으로, 토모큐브보다 먼저 ‘10년대 중반부터 3D 홀로토모그래피 제품(“3D Cell Explorer” 시리즈)을 출시하여 선발주자 이점을 누렸다.
Nanolive는 공격적인 글로벌 마케팅과 영업망 구축을 통해 시장을 개척하였고,
그 결과 제약사와 바이오텍 등 유수의 산업 고객을 다수 확보하고 있다.
실제로 암젠(Amgen)과 같은 글로벌 제약사가 Nanolive 장비를 연구에 활용하여 논문을 발표하는 등, 제약·바이오 분야에서 기술 인지도를 높였다.

기술 측면에서도 고객 요구에 민첩하게 대응한 전략으로 점유율을 확보했다.
멀티웰 플레이트를 활용한 대량 분석 니즈가 대두되자 일찍이 전용 96웰 플레이트를 개발하여 다중 샘플을 동시에 측정할 수 있는 솔루션을 제공했다.
이는 레이저 간섭 특성상 기존 현미경에 일반 플레이트를 쓰기 어려운 문제를 자체 커스터마이징으로 해결한 것으로, 해당 기능을 토모큐브보다 앞서 제품화한 강점이 있다.

이 밖에도 AI 기반 이미지 분석 소프트웨어와 응용 분야별 솔루션(예: T세포 분석, 지질체 분석 키트 등)을 갖춰 사용자 편의를 높이고 연구 생산성을 강조해 왔다.

이러한 기술 및 사업상의 강점을 바탕으로 Nanolive는 ‘24년에만 100편 이상의 고객 연구 논문을 창출하는 등 학술 시장 영향력을 확대했고,
지속적인 투자 유치를 통해 미주 및 아시아 시장에도 법인과 인력을 배치하여 글로벌 영업력을 강화해 왔다.

반면 토모큐브는 후발주자로서 기술 개발에는 성공했지만 이러한 시장 선점과 고객 확보 측면에서 뒤처진 결과, 현재까지 전체 홀로토모그래피 시장에서의 점유율이 낮게 나타나고 있다.

토모큐브의 향후 점유율 확대 전략 및 가능성

향후 토모큐브가 시장 점유율을 높이기 위해서는 기술력 이외의 사업 역량 강화가 필수적이다.

토모큐브는 글로벌 마케팅 및 브랜드 인지도 제고를 위해 ’24년말 IPO 이후 유럽 및 미주 시장에 전문 영업인력 채용과 대리점망 확대를 추진하고 있다.
’25년 토모큐브는 그동안 프랑스에서만 제품을 판매하던 유럽 파트너사를 통해 영국 및 아일랜드까지 공식 유통망을 넓혔다.
해외 유통 채널 강화는 잠재 고객에 대한 접근성을 높여 줄 것으로 기대된다.

고객사의 레퍼런스 확보도 중요한데, 토모큐브 장비를 활용한 연구 논문은 전 세계적으로 누적 200편 안팎으로 보고되어 아직 경쟁사 대비 부족한 편이다.
앞으로 학계 및 산업계의 핵심 연구자들과 협업하여 성공 사례와 논문 발표를 늘림으로써 잠재 고객의 신뢰를 높여나갈 필요가 있다.

제품 포트폴리오 확장도 한 방법인데, 토모큐브는 이미 HT-X1 Plus, HT-X1 Max 등 차세대 모델 개발과 더불어 AI 기반 소프트웨어(TomoAnalysis)를 업그레이드하며 사용자 편의성과 데이터 분석 기능을 강화하고 있다.
이처럼 토털 솔루션 제공으로 고객 락인을 높이는 전략도 유효한 것으로 보인다.

마지막으로, 적용 분야 다변화를 통한 새로운 수요 창출도 눈여겨볼 만하다.
토모큐브는 최근 핵심 기술을 응용해 반도체/디스플레이 비파괴 검사용 장비(HT-T1, HT-R1)를 선보이는 등 산업용 계측 시장으로 진출하고 있다.
이는 바이오 연구 시장 외에 반도체 후공정 검사 등 산업 분야 매출을 추가 확보하려는 전략으로,
향후 회사의 매출 기반을 한층 확대시킬 수 있는 요소이다.

이러한 전략을 뒷받침하는 토모큐브의 원천기술과 그에 대한 특허를 경제적 해자의 근거로서 알아보겠다.

경제적 해자 : 원천기술 특허에 기반한 무형자산

토모큐브 기술의 우월성

토모큐브가 보유한 경제적 해자(Competitive Moat)는 앞서 언급한 원천특허 기술력과 선도적 시장 지위에서 나온다.

현미경 업계에서 스위스의 나노라이브(Nanolive)가 가장 직접적인 경쟁 상대로 거론된다.
나노라이브는 ’10년대 중반 토모큐브와 비슷한 홀로토모그래피 1세대 기술을 최초로 상용화하여 3D 홀로그래피 현미경인 “3D Cell Explorer” 등을 판매하고 있다.

그러나 나노라이브 장비는 복잡한 레이저 기반 광학계로 구성되어 사용이 비교적 까다롭고,
촬영 과정이 여러 단계로 나뉘어 있어 실험 효율이 떨어지며,
두꺼운 오가노이드 시료를 관찰하기 어려운 단점이 지적되어 왔다.
[동물실험 폐지 명암] 투심 쏠린 토모큐브, 빅파마가 주목하는 까닭① – 팜이데일리

토모큐브는 이러한 문제를 해결한 2세대 기술을 세계 최초로 선보이며 원클릭으로 두꺼운 3D 시료 촬영이 가능해졌다.
실제로 토모큐브의 최신 HT-X1 Max 모델(2025년 출시 예정)은 500μm급 대형 오가노이드까지 커버 가능한 업계 유일 장비로 개발되고 있으며,
멀티 광원 기술로 측정 가능한 두께 범위를 기존 대비 2배 이상 늘렸다.
반면 경쟁사들은 아직 이러한 수준에 미치지 못해 얇은 시료 위주로만 분석 가능하거나 일부 기능(예: 멀티웰 플레이트 호환 등)에서 제약이 있다.

업계는 오가노이드를 썰지 않고, 염색 없이 볼 수 있는 현미경은 홀로토모그래피가 유일하다고 평가하고 있어 현재 토모큐브 기술을 완전히 대체할만한 경쟁사는 부재한 상황이다.

경쟁솔루션

다른 경쟁 솔루션으로는 전통적인 형광 공초점 현미경이나 라이트시트 현미경 등이 있다.
독일 Zeiss 등의 업체가 판매하는 라이트시트(Light-sheet) 현미경은 살아있는 생물을 3D로 촬영할 수 있지만,
시료를 형광표지 해야 하고 시료 손상 및 광독성 문제로 장시간 동적 관찰에 한계가 있다.
공초점 현미경 역시 고해상도 3D 이미징은 가능하나 염색 과정으로 인한 세포 변형과 관찰 시간이 제한적이라는 문제가 있다.

이와 비교할 때 토모큐브 HT 기술은 비표지 방식으로 수일 이상 세포를 추적할 수 있고,
정량적인 굴절률 데이터 산출이 가능하다는 강점이 있다.
즉 생체 시료의 “있는 그대로” 상태를 관찰하면서 동시에 AI를 통한 정밀 분석(예: 세포 부피, 굴절률 분포 정량화 등)이 이루어지므로, 데이터의 깊이와 신뢰도 측면에서 경쟁 우위를 가진다.
암치료 혁신 이끌 원천기술 소개…토모큐브, 차세대 플랫폼 ‘시선집중’ – 아시아경제

또 다른 잠재 경쟁군으로 디지털 홀로그래픽 현미경(DHM) 분야의 업체들이 있다.
스위스의 LynceeTec, 스웨덴의 PHI(Phase Holographic Imaging), 벨기에의 Ovizio 등이 레이블프리 위상영상 기술을 보유하여 세포 관찰 솔루션을 제공하고 있다.
그러나 이들 대부분은 2차원 위상 영상이나 제한적인 3D 분석만 지원하거나,
세포 배양 공정 모니터링 등 특정 용도에 집중되어 있어 토모큐브의 전방위적인 3D 분석 능력과는 차별화된다.

PHI社의 홀로모니터(HoloMonitor)는 세포 증식 추적 등의 용도로 쓰이는 소형 기기이고,
LynceeTec의 DHM은 주로 물리계측이나 2D/표면 관찰에 강점이 있는 반면,
토모큐브 HT는 세포 내부 입체구조까지 재구성하는 정밀함을 갖추고 있다.

더욱이 토모큐브는 NIH 협력을 통해 오가노이드 분야 국제표준화를 선도하고 있기 때문에,
향후 표준 채택에 따른 네트워크 효과까지 기대할 수 있다.
만약 토모큐브 장비로 생성된 데이터 포맷과 분석방법이 규제기관이나 업계 표준이 된다면,
후발 경쟁자들은 해당 에코시스템에 진입하기 어려워지는 진입장벽이 생깁니다.
이처럼 특허 보호, 기술격차, 표준화 선점, 데이터 누적 등이 어우러져 토모큐브는 견고한 경제적 해자를 구축해가고 있습니다.

파괴적 기술의 대두 가능성

현재 홀로토모그래피는 라벨-프리(무염색) 3D 생체이미징 분야에서 가장 앞선 기술로 평가받고 있지만, 기술진보 속도가 빨라 혁신 기술의 등장 가능성을 배제할 수 없다.

단기에 홀로토모그래피와 직접 경쟁하는 완전히 새로운 원리의 기술은 아직 알려져 있지 않다.
홀로토모그래피는 75년 이상 발전해온 정량위상이미징(QPI) 기술의 정점에 선 응용으로,
현 시점에서는 동일한 역할을 수행하면서 크게 진일보한 방법이 제시되지는 못하고 있다.

다만, “대안 기술”의 관점에서 몇 가지 가능성을 논해볼 수 있다.

홀로토모그래피 자체의 진화

완전히 새로운 원리가 아니더라도, 현행 홀로토모그래피에 인공지능(AI)과 결합한 개선이 가속화되고 있다.
예컨대 낮은 신호 대 잡음비의 영상을 AI로 보정하여 해상도를 높이거나,
위상영상만으로는 구분 어려운 세포 구성요소를 딥러닝으로 식별하는 등 컴퓨테이셔널 기법이 도입되고 있다.

이러한 접근은 별도의 형광표지 없이도 특정 세포 소기관이나 단백질 위치를 간접적으로 알아내는 가상 염색 기술로 이어지고 있으며,
향후 정량위상이미징(QPI)의 부족한 특이도(specificity)를 보완함으로써 활용 범위를 넓혀줄 것으로 기대된다.

홀로토모그래피 기술보유 기업 입장에서는 장비에 AI 소프트웨어 업그레이드를 통해 성능을 향상시키는 방향으로 발전함으로써,
경쟁 기술이 나오더라도 홀로토모그래피 2.0으로 우위를 유지할 수 있는 전략이다.

실제 KAIST 연구팀과 토모큐브는 이러한 AI 접목 및 다양한 빛 제어 기술을 꾸준히 연구하여,
지난 10여 년간 해당 분야의 글로벌 리더로 자리매김해왔다.

다른 광학 이미징 기술과의 융합 또는 새로운 변형

기존 형광 현미경의 분자 특이성을 홀로토모그래피와 결합한 다중모드 현미경이 등장할 수 있다.

토모큐브는 2017년에 홀로토모그래피와 형광방식을 결합한 장비(HT-2H)를 출시한 바 있고,
이탈리아의 CrestOptics와 제휴하여 홀로토모그래피에 고속 스캐닝 형광 이미징을 결합하는 플랫폼을 개발 중이다.

또한 초고속 스캔이나 고심도 3D 이미징 측면에서 다른 접근법이 연구될 수 있다.
예컨대 레이저 대신 LED 광원으로 노이즈 문제를 해결한 것처럼, 향후 광원이나 광학계의 혁신으로 더 깊은 조직을 높은 해상도로 실시간 관찰하는 개선이 나올 수 있다.

또는, 라만 분광현미경이나 브릴루앙 현미경처럼 시료의 화학적 조성이나 기계적 성질을 측정하는 비표지 기술들도 발전하고 있어,
장차 이들을 3D 이미지와 결합하면 홀로토모그래피 이상의 정보량을 제공하는 시스템이 될 가능성이 있다.

이러한 것들은 기존 홀로토모그래피를 바로 대체한다기보다 보완·확장하여 업그레이드시키는 방향으로 진행될 가능성이 더 높다.

완전히 다른 원리의 혁신적 바이오센서/이미징

전기생리학적 실시간 측정이나 마이크로칩 기반 라벨-프리 센서 등이 발전하여,
세포의 상태 변화를 이미지 대신 전기신호 등으로 고밀도 분석하는 접근도 생각해볼 수 있다.

하지만 이러한 기술들은 현 단계에서 홀로토모그래피처럼 직접 세포의 3D 구조 변화를 눈으로 보면서 정량화하는 수준에는 이르지 못했다.

초고속 고해상도 형광 이미징을 활용한 미국 Eikon Therapeutics사의 사례처럼,
라이브셀 이미징을 산업화 수준으로 구현하려는 시도는 있으나,
이는 세포에 형광표지를 붙여 단일 분자 움직임을 추적하는 방식이다.

즉 비침습적이라는 홀로토모그래피의 장점을 갖고 있지 못하며, 관찰 시간도 한정적이다.
(형광물질의 광표백 & 세포독성 문제가 있음)
따라서 Eikon 등의 기술은 신약 표적 발굴 등 특정 목적에 강점이 있지만,
세포 전반의 상태를 장기간 모니터링하는 동물대체 독성평가 측면에서는 홀로토모그래피와 지향점이 다르다.

결론 : 단기간에 홀로토모그래피를 대체할 기술은 없다

정리하면, 현재로서는 홀로토모그래피를 단숨에 대체할 “상위호환” 기술은 등장하지 않았으며,
오히려 홀로토모그래피 기술 자체가 AI 통합, 멀티모달 융합 등으로 진화하며 선도적 위치를 유지하고 있다.

다만 과학기술의 특성상 경쟁은 계속될 것이어서, 한계를 극복하려는 다양한 연구가 진행중으로, 향후 홀로토모그래피에 가까운 경쟁 기술이 출현하거나 한 단계 업그레이드된 차세대 기법이 나올 가능성은 있다.

토모큐브도 이를 인지하여 차세대 기술 개발(R&D)에 힘쓰고 있는 만큼,
당분간은 홀로토모그래피가 동물대체 이미지 분석의 표준으로 자리잡으면서,
동시에 미래 기술과의 경쟁 및 접목을 통해 발전해나갈 것으로 예상된다.

R&D 역량 : 경쟁사 Nanolive와의 비교

핵심 기술 측면에서 볼 때, 토모큐브는 2023년 차세대 제품 HT-X1을 선보이며 홀로토모그래피 기술의 2.0 시대를 열었다.

제품 개발과정을 통해 토모큐브의 R&D 역량과 전략적 우위를 엿볼 수 있다.
토모큐브는 초기 제품들이 연구현장에서 쓰이기 시작한 시점부터 내부적으로 위기의식을 가지고 새로운 플랫폼 기술 개발에 착수했다.

박용근 CTO는 “이미 5년 전부터 새로운 원리가 필요하다고 판단했다”며,
기존 레이저 기반 제품에서 나타난 노이즈 문제와 멀티웰 플레이트 적용 한계를 해결하기 위해 KAIST와 함께 근본적인 원천기술을 새로 개발했다.

그 결과물이 세계 최초의 LED 광원 기반 홀로토모그래피 현미경(HT-X1)이다..
레이저 대신 LED를 써서 간섭 노이즈를 줄이고 자동초점 기능을 갖춤으로써,
이미지 재현성 향상과 사용자 편의성을 대폭 높였다.
또한 별도 특수 소모품 없이 기존 표준 멀티웰 플레이트를 그대로 활용할 수 있게 설계하여,
제약/바이오 기업들이 원하는 동시다발 대량 실험(high-content screening)을 수월하게 할 수 있도록 했다.

결국 토모큐브는 사용자 니즈를 철저히 수렴하여 “고객을 바꾸지 않고 기술이 적응한다”는 철학으로 R&D를 진행했고, 시간이 걸리더라도 근본적인 기술 혁신을 선택하였다.
이러한 접근은 광학 설계력과 시스템 통합 능력이 뒷받침되어야 가능하며,
토모큐브는 KAIST 연구진과의 긴밀한 협업을 통해 그런 역량을 구축해왔습니다.

반면 나노라이브는 초기 혁신을 상용화한 이후 점진적 개선과 제품 확장에 주력해왔다.
예를 들어 나노라이브도 토모큐브와 마찬가지로 형광 채널이 포함된 모델을 선보였고,
’19년에는 자동화된 멀티웰 라이브셀 이미징 시스템(CX-A)을 출시하여 한번에 96개 웰을 모니터링할 수 있는 솔루션을 내놓았다.
그러나 앞서 언급한 토모큐브의 LED 도입과 같은 광학 원리의 획기적 변화는 나노라이브 제품에서 아직 확인되지 않는다.
나노라이브 역시 멀티웰 수요를 인지하여 특수 맞춤형 96웰 플레이트를 개발, 자사 현미경에 적용하도록 했지만,
이 경우 현미경에 맞추느라 웰 깊이가 얕아져 일반 플레이트 대비 용량이 1/3~1/4로 줄어드는 한계가 있었다.
또한 재질이 변경된 전용 플레이트는 연구자들이 품질관리 문제로 선호하지 않을 수 있고,
다른 장비로의 활용에도 제약이 생긴다.

즉 나노라이브는 기존 레이저 기반 시스템의 제약을 우회하기 위해 그런 해결책을 택했지만,
토모큐브처럼 근본을 재설계하지는 않았다.

나노라이브의 R&D 투자 수준을 가늠해보면,
다수의 국제 특허를 보유하고 있고 지속적으로 자금을 유치하여 제품화를 이어왔다.
실제 ’20년대초 약 2천만 달러 규모의 투자를 받아 AI 기반 소프트웨어(Eve 플랫폼)와 고속 이미징 장비 개발에 나서는 등 성장 의지를 보였다.

또한 제품 라인업을 늘리고 (현재 Explorer 시리즈, CX-A 등),
사용자의 이미지 분석 편의를 높이는 클라우드 서비스도 제공하고 있다.
다만 기업 규모나 연구 저변에서 토모큐브와 차이가 있습니다.
토모큐브는 한국 내 탄탄한 광학공학 인프라(KAIST 등)와 정부 지원과제 등을 통해 기술력을 축적한 반면, 나노라이브는 비교적 소규모로 시작하여 글로벌 판매망을 통해 시장을 개척하는 전략이었다.

그 결과 토모큐브는 기술적 난제 해결에 집중하면서 5년여의 긴 개발기간을 투자해 새로운 플랫폼을 완성할 수 있었고,
나노라이브는 한발 먼저 시장을 형성하며 사용자의 피드백을 빠르게 반영하는 민첩성을 보였다.

현재 평가는 토모큐브가 기술적인 완성도 면에서 한층 앞서 나간 것으로 보이며,
나노라이브도 이에 대응해 기술개발을 계속 진행 중인 것으로 추정된다.

R&D 프로세스와 역량의 상대우위를 정리하면,
1) 토모큐브 : 사용자 요구를 반영한 근본적 기술혁신 주도, 대학-산업 연구협력을 통한 원천기술 확보, 다년간의 개발을 견딜 수 있는 기술 인내심과 투자. 그 결과 멀티웰 대응, 노이즈 제거, 고재현성 등 경쟁사가 풀지 못한 문제를 선도적으로 해결
2) 나노라이브 : 분야 선구자로서 시장 개척 경험, 비교적 빠른 제품 사이클로 피드백 반영 능력, 형광결합이나 자동화 등 제품 확장 역량. 그러나 핵심 원리에서는 초기 기술에 기반한 점진적 개선에 머무른 측면
정도로 정리할 수 있다.

양사 모두 뛰어난 기술을 보유하고 있으나,
토모큐브는 기술적 난제 해결과 플랫폼 재창조를 통해 현재 한 단계 도약한 포지션을 차지했고,
이러한 R&D 리더십이 경쟁 우위를 만들어내고 있다.

나노라이브가 향후 토모큐브와 유사한 혁신을 도모할지, 혹은 다른 차별화된 기술경로를 갈지는 지켜봐야겠지만, 당분간은 토모큐브의 홀로토모그래피 2.0이 기술 경쟁에서 앞서 있다.

전환비용 측면

생명과학 연구장비 분야에서 전환 비용은 주로 장비 재구매 비용, 사용자 재교육, 데이터 연속성 등이 영향을 미친다.

나노라이브 장비를 쓰던 연구소나 병원이 토모큐브의 홀로토모그래피 현미경으로 전환하는 경우전환의 난이도 자체는 그리 높지 않다.
두 장비 모두 목적과 원리가 유사하므로, 한 기기에서 얻은 데이터와 다른 기기의 데이터가 본질적으로 상충되지는 않는다.

다만 구매 비용이 가장 큰 요소인데, 첨단 현미경의 가격이 수억 원대에 달할 수 있어 동일 목적의 기기를 중복 구매하는 것은 부담이다.
따라서 이미 나노라이브를 보유한 기관이라면, 기존 장비로 해결하지 못하는 문제를 토모큐브 장비가 확실히 해결해주거나 (예: 더 두꺼운 조직/오가노이드 관찰, 노이즈 없는 선명한 영상 등), 장비 노후화로 교체 시기가 온 경우 등에 전환이 이뤄질 가능성이 높다.

다행히 토모큐브의 신형 HT-X1은 사용 편의성과 성능 면에서 큰 진전을 이뤄 숙련자뿐 아니라 초심자도 쉽게 고품질 이미지를 얻을 수 있는 장비로 나왔고,
별도 소모품 없이 표준 실험소모품(멀티웰 등)을 그대로 사용할 수 있어 기존 실험 흐름을 바꿀 필요도 없다.

이는 전환 장벽을 낮추는 요인이다.
나노라이브 사용자가 토모큐브로 바꾸면 익숙한 배양용 플레이트를 그대로 쓰면서, 더 깨끗하고 자동화된 이미징을 얻을 수 있으므로, 추가 교육이나 프로토콜 변경 부담이 적다는 장점이 있다.

그러나 현실적으로 토모큐브의 시장 확대는 굳이 경쟁사 고객 뺏기보다는 새로운 수요 창출에 크게 의존할 것으로 보인다.
이 분야 전체가 아직 급성장하고 있는 초기 시장 단계이기 때문이다.
전 세계의 수많은 연구소, 제약회사, 병원들이 이제 막 3D 셀 이미징의 필요성과 가치를 인식하고 있다.

다시 말해 잠재 고객층 중 상당수는 아직 나노라이브도, 토모큐브도 도입하지 않은 상태이다.
토모큐브 경영진 역시 첫 제품은 주로 학술연구 시장에 보급했고, 최신 HT-X1은 제약회사, 바이오텍 등 산업 고객과 대형 연구소를 겨냥해 개발했다고 밝힌 바 있다.
실제로 “기존 제품이 연구시장에 머물렀다면 신제품은 산업에 바로 적용될 수준”이라는 설명처럼, 새로운 수요처(제약사들의 약물 스크리닝, 대형 병원의 임상연구 등)를 공략하여 시장 파이를 키우는 전략을 취하고 있다.
따라서 단기간에 경쟁사 장비를 밀어내고 치환하기보다는, 새롭게 장비를 도입하려는 고객을 선점하는 것이 더 큰 비중을 차지할 전망이다.

브랜드 신뢰도나 레퍼런스(참고 사례) 측면에서도, 현시점에서는 어느 한쪽이 절대적이지 않다.
나노라이브가 먼저 시장에 나온 덕에 일부 선도 연구실에서 나노라이브 기기로 낸 연구 결과들이 있지만 토모큐브 장비로 쓴 논문도 전 세계 200편 이상 축적되어 있다.

주요 대학·연구기관들이 두 기기를 모두 활용한 사례도 있어, 고객층이 반드시 한 브랜드에 묶여있는 상황은 아니다.
오히려 많은 경우 둘 다 써보고 더 나은 쪽을 선택하거나, 용도에 따라 병행 사용할 수도 있다.
시장이 초기 단계이기 때문에 “절대 강자” 브랜드 파워는 아직 약하고, 사용자들은 기술 스펙과 성능을 중시해 합리적으로 구매 결정을 내리는 경향이 있다.
이는 토모큐브처럼 기술적 강점을 가진 후발주자에게 유리한 환경이다.

또한 주요 고객군에 따라 전환 이슈가 다르게 나타날 수 있습니다. 제약·바이오 기업의 경우, 새 기술 도입에 적극적이고 재무적 여력이 커서 최신 최고 성능 기기를 선호하는 경향이 있다.
이들은 기존에 나노라이브를 썼더라도, 토모큐브가 더 우수한 성능을 입증하면 추가로 도입하거나 교체할 가능성이 높다.

반면 대학 연구실이나 병원 연구팀은 예산이 한정되어 있고 이미 익숙한 장비를 계속 쓰는 보수성도 일부 있으므로, 쉽게 기기를 바꾸지는 않을 것입이.
그렇지만 이들도 신규 도입 시에는 최신 기기를 검토하므로, 앞으로 처음 3D 홀로그래피 현미경을 들이려는 연구실들은 토모큐브 쪽을 택할 확률이 커진 상황이다.

결론적으로 나노라이브 사용자들이 당장 대거 토모큐브로 갈아타는 형태의 시장재편은 제한적이겠지만, 애초 시장이 성장세에 있으므로 신규 고객 확보를 통해 토모큐브의 침투율은 급격히 높아질 것으로 예상된다.

전환 비용이 아주 높지는 않으나 예산 이슈로 속도가 조절될 뿐이며,
토모큐브가 확실한 기술적 우위와 폭넓은 활용성을 입증할 경우 점진적으로 기존 사용자의 교체 수요도 발생할 것이다.

현재로서는 시장 초기 단계인 만큼 브랜드보다는 성능과 활용도가 승부처이고, 토모큐브는 이 부분에서 강점을 보이므로 향후 연구소, 기업, 병원 등 다양한 고객층에 걸쳐 채택이 확대될 것으로 보인다.
’18년 기준 이미 세계 유수의 생명과학 연구기관과 진단 시설들이 토모큐브 HT-1을 도입했고,
각 지역에 전문 딜러망을 구축하여 판매·지원 중이라고 보고되었는데, 이후 신제품으로 그 폭을 더 넓혀가고 있는 상황이다.

협상력

현재 토모큐브는 매출 성장 대비 수익성은 미흡한 초기 단계 기업이다.
아직 ’24년 매출 60억원, ‘25.1Q 매출도 6억원에 그쳐 영업손실이 지속중이다.

회사는 R&D와 인건비 추이를 고려할 때 성장 잠재력이 현실화되어 ’25~’27년 매출이 급증하면서 영업 레버리지 효과 및 판관비 효율화로 ’26년 흑자전환을 기대하고 있다.
토모큐브 “내후년 흑자 예상…5년 이상 기술 초격차”

토모큐브의 경우도 HT 장비 한 대 가격이 약 3억 원 수준으로 매우 고가이고, ’25년 출시될 3세대 HT-X1 Max는 가격을 2배 이상(예상 6~7억 원대)으로 책정할 계획이다.
3세대는 더욱 두꺼운 오가노이드 관찰이 가능한 구조로, 활용도가 더 커지면서 수요를 자극할 것으로 기대된다.(P, Q의 동반상승)
[동물실험 폐지 명암] 투심 쏠린 토모큐브, 빅파마가 주목하는 까닭① – 팜이데일리

이처럼 토모큐브는 독점적 기술을 보유함에 따라 가격 결정력을 갖고 있기 때문에, 높은 마진을 실현할 수 있다.
현재 글로벌 빅파마 등 주요 고객들은 대안이 없으므로 토모큐브 장비를 프리미엄 가격에 구매하고 있으며, 향후 표준 장비로 자리잡을 경우 가격 인하 압박 없이 안정적인 마진을 유지할 가능성이 높다.

또한, 토모큐브는 솔루션 단가를 유지하면서도 향후 AI 소프트웨어 구독료 등 부가 매출을 추가하여 복합 마진 구조를 만들 계획인데, 이는 향후 수익성을 더욱 끌어올릴 수 있는 근거가 된다.
게다가 애프터서비스, 소모품, 소프트웨어 업그레이드 등으로 추가 매출을 올리며 고객 락인 효과를 높일 수 있어 장기적인 수익 기반도 견고해질 전망이다.

단기적으로는 생산량 확대를 위한 설비투자, 인력충원, 연구개발 투자와 글로벌 마케팅 비용이 상당하여 영업적자가 불가피하다.
하지만 이러한 투자는 미래 성장 대비 선제적 비용으로 볼 수 있으며,
규모의 경제 달성 시 급격한 수익성 개선으로 이어질 수 있다.

요약하면 현 시점 수익성 지표는 낮지만, 제품의 높은 GPM과 향후 매출 급성장 잠재력을 감안하면 수익 성장 체력은 충분히 갖추고 있는 상태라고 평가할 수 있다.

자본배치

아직은 적자기업이기 때문에 자본배치 측면에서 사업을 추진하며 증명한 바는 없다.
다만, GPM을 꾸준히 개선해나가면서도 연구개발비, 판매비(마케팅)에 충분히 투자하고 있다.

이런 점에서 볼 때 작은 규모에도 불구하고 자본을 효과적으로 배치하고 있는 기업이라고 판단되었다.

밸류에이션

’23년 IPO 당시 적자기업임에도 불구하고 공모가 기준 시가총액 약 1,700억원을 평가받았고,
‘25.7.11일 종가는 시총 약 3,464억원이다.
이는 ’24년 매출 59억원 기준 PSR 58.7배에 달하는 수치로 절대적으로는 고평가로 볼 수 있다.
그러나 시장은 ’26년 이후 동물실험 대체 시장의 폭발, 차세대 신약개발 인프라의 독점적 공급자로 부상할 것을 기대하여 프리미엄을 인정하고 있다.

긍정적으로 보자면, 비교 대상 기업들과 견주어 토모큐브는 업사이드 잠재력이 상당하다.

미국의 Recursion Pharmaceuticals(Phenomic AI 신약개발 기업)은 전세계의 현미경 데이터를 활용해 AI 신약개발을 하는 회사로 시가총액이 3조원대에 이르는데, 토모큐브만이 제공할 수 있는 “비염색 살아있는 세포” 데이터는 Recursion조차 확보하지 못한 독점 자산이다.
현재 토모큐브의 시가총액은 Recursion과 비교했을 때 대폭적인 가치 재평가 여지도 있다.

또한 파크시스템스처럼, 원천기술로 새로운 시장을 개척하여 매출 1000억, 1조원대 기업으로 발돋움할 경우 현재 주가는 충분히 저평가 상태로도 볼 수 있다.

다만, 신규 기술의 상용화 속도나 규제 채택 속도가 투자자의 예상보다 느려질 경우 주가가 조정받을 가능성도 있다.

그럼에도 불구하고 윤리적, 경제적 측면에서 동물 실험 폐지는 대세이며,
홀로토모그래피 없이는 동물 실험 폐지가 불가능하고,
앞으로 AI를 활용한 신약 개발에도 활용도가 높을 것으로 예상되며,
다른 경쟁사 대비 확실한 기술 우위를 바탕으로 국제 표준 장비로 채택될 가능성이 높다.

시장 예측 기관들은 홀로토모그래피 시장에 대해 연간 60~80% 성장률을 예상하고 있는데,
모멘텀의 실현가능성과 주요국 규제기관의 우호적 태도, 빅파마 투자 현황 등을 감안하면 상당히 보수적인 추정치라고 생각되며,
’26년 흑자 전환이 현실화되면 모멘텀 대비 현재 시총은 너무나 싸다고 판단된다는 점에서 ‘25.4Q 커버 기업 편입을 검토해보려고 한다.

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최근 이탈리안 브레인롯(Italian Brainrot)이 유행이다.
AI를 통해 전혀 이질적인 물체들이 합성되어 초현실적인 느낌을 주는 밈이다.

그 중 ‘퉁퉁퉁퉁퉁퉁퉁퉁퉁 사후르’라는 의인화된 나무는 이 세계관에서 최강자이다.

경동나비엔은 마치 생명력을 상실한 나무토막처럼,
내수 경기, 계절성에 따라 매출의 변동성이 큰 전통 제조 기업이었다.
하지만 글로벌 진출, 꾸준한 기술개발, BM 확장을 통해 글로벌 친환경 공조 서비스 기업으로 진화한 기업이다.

시장은 이러한 변화를 주가에 반영하는데 인색하다.
어느 누구도 주가 정상화가 언제 이뤄질지는 모른다.
하지만 높은 확률로 언젠가는 이 기업의 변화된 체질이 주가에 반영될 날이 올 것이라는 예상은 할 수 있다.

그리고 그런 레벨업이 없더라도 현재의 멀티플과 경동나비엔의 성장 추이는 시간이 가면 현재 주가를 더욱 더 싸보이게 만들 것이란 확신을 갖게 해준다.

그렇다면 왜 이런 생각을 갖게 되었는지 한 번 구체적인 기업의 현황을 설명해보도록 하겠다.

BM의 이해

주력 제품 및 유통 구조

경동나비엔은 가정용 보일러(온수 난방용)를 주력으로, 가스보일러와 기름보일러 등을 제조·판매하는 ‘생활환경 에너지 기업’을 표방하고 있다.

국내 시장에서는 경동나비엔이 오랜 기간 품질과 기술력으로 점유율 1위를 유지해왔으며,
전국 대리점과 서비스망을 통해 보일러를 판매·설치하고 사후관리까지 제공한다.

해외에서는 북미, 유럽, 중국, 러시아 등에 현지 판매법인을 운영하며,
현지 유통망(딜러·플러머 등)을 통해 제품을 공급하는 글로벌 전략을 취하고 있다.
이를 통해 국내시장 한계를 극복하고 일찍이 해외 시장을 선점,
전체 매출의 약 70%를 해외에서 창출하고 있다.

보호무역주의와 경동나비엔의 해외 공장

경동나비엔은 대부분의 제품을 한국 평택공장에서 생산해 수출해왔으나,
중국 베이징 현지공장(연간 10만대 규모)을 운영하여 중국 내 원가경쟁력을 확보해 왔다.
(물론 현재 중국 매출은 높지 않으나, 앞으로 매출 증대에 선제적으로 대응하기 위한 것이다)
미국 버지니아주 현지 생산공장을 ’24년부터 가동, 미국 시장의 현지화 요구와 물류비 부담을 완화하고 있다.
러시아 법인은 자체 생산 없이 현지 수입·유통망 역할을 담당하고 있다.

미국의 자국 제조 우선 정책(예: 인플레이션감축법(IRA) 등)과 중국의 국산화 기조 등 보호무역주의가 심화되면서, 한국에서의 생산 비중이 높을 경우 관세·무역장벽에 취약해질 수 있다.
경동나비엔은 이를 인지하여
▲미국 현지 공장 설립을 추진하고 (920억 원 투자),
▲중국에는 일찍이 현지 생산기지를 구축했으며,
▲러시아 등 기타 시장에서도 현지 파트너십과 서비스 거점을 운영해 리스크를 분산하고 있다.
경동나비엔, 美에 보일러 공장 짓는다 | 한국경제

평택 2공장 증설로 한국 생산 물량이 늘어나는 점은, 향후 각국의 내국인조달 선호 정책 하에서 수출비용 증가나 관세 리스크로 작용할 가능성이 있다.
이에 대해 경동나비엔은 미국 공장 설립 검토를 공식화하며 대응 의지를 보였고, 실제 ’24년에 버지니아 현지 공장을 가동함으로써 보호무역 기조에 선제적으로 대응하고 있다.

구독형 렌탈 서비스

경동나비엔은 렌탈·케어 구독서비스를 새로운 비즈니스 모델로 채택하여, 초기 구매부담 없이 월정액으로 자사 제품을 이용하도록 유도하고 있다.

’23년말 자회사 경동나비엔 C&S를 설립하여 전문적인 렌탈 사업을 전담하게 했고,
‘23.10월 환기청정기 렌탈 서비스를 시작한 데 이어 ‘24.4월에는 ‘3D 에어후드’ 주방렌지후드와 ‘매직플러스 환기청정기’의 렌탈 상품도 출시했다.
이제 보일러도 렌털한다…경동나비엔·귀뚜라미 사업 본격화

향후 가정용 보일러와 온수매트까지 렌탈 품목을 확대할 계획이며,
제습 기능이 추가된 신형 환기청정기 등도 렌탈 라인업에 포함할 예정이다.
렌탈 고객에게는 전문 인력인 ‘나비엔 파트너’를 배치해 정기 점검, 필터 교체, 세척 등 유지보수 서비스를 제공함으로써 제품 품질을 꾸준히 관리해준다.
렌탈 사업의 매출은 월 구독료 형태로 인식되어 안정적인 이익 창출이 가능하며,
현재는 초기 단계로 매출 비중이 크지는 않지만 (환기청정기 렌탈 등 시작 단계) 포화 상태인 국내 보일러 시장의 돌파구 및 고객 락인(lock-in) 효과를 노리고 있다.
(이러한 구독매출은 국내 ’23년 기준 3% 수준으로 낮은 수준이며, 해외에서는 이러한 구독 매출 전략을 아직 적용하고 있지 않다)

신사업 구성 및 전략

최근 경동나비엔은 전통 보일러 외에 온수기, 환기시스템, 스마트홈 솔루션 등 비(非)보일러 제품군을 확대하고 있다.
’24년 상반기 비보일러 매출 비중은 60%로 증가하여, 보일러 매출(40%)을 역전했다.
경동나비엔, 비보일러 매출비중 60% 달해…환기청정기·숙면매트 등 사업 다각화로 성장세

콘덴싱 온수기(탱크리스 온수기)와 환기청정기 등 신제품 성장률이 높게 나타났다.

경동나비엔은 북미 시장 수요에 맞춰 가스 온수기 제품을 집중 개발해왔고,
그 결과 북미 매출 중 대부분이 온수기에서 발생하고 있다.

스마트 환기청정 시스템을 가정용 주방레인지 후드와 연동하는 등 스마트홈 솔루션을 선보이며 실내 공기질 관리까지 사업 범위를 넓혔다.
’23년에는 SK매직의 가스레인지·오븐 등 주방가전 사업부를 약 370억 원에 인수하며 (“나비엔 매직”) 주방기기 시장에도 진출, 환기청정기와 주방가전을 연동한 통합 솔루션을 내놓았다.
경동나비엔, SK매직 가전사업 인수 본계약

이처럼 경동나비엔은 환기청정기, 온수매트(숙면매트) ‘나비엔 메이트’, 주방기기 등으로 사업다각화를 추진, 보일러 제조사에서 종합 생활환경 솔루션 기업으로의 변모를 꾀하고 있다.

콘덴싱 온수기의 특징(feat. chat gpt)

콘덴싱 기술은 연소 배기가스의 열까지 회수해 활용하는 고효율 방식으로, 에너지 효율을 최대 98%**까지 끌어올려 가스 소비를 약 20~30% 절감한다.
또한 배기가스 중 질소산화물(NOx) 배출을 1/5 수준까지 낮추어 친환경성이 뛰어나다.

탱크를 미리 데워두는 저탕식(Storage) 대비, 필요 시 즉시 가열하는 순간식(Tankless) 온수기는 대기손실이 없고 공간을 덜 차지하며, 온수 고갈 없이 연속 공급이 가능해 편의성도 높다.
이러한 기술·경제적 이점 덕분에 북미 등에서 2010년대부터 탱크리스 온수기 수요가 증가하기 시작했다.

경동나비엔은 1988년 아시아 최초로 콘덴싱 가스보일러를 개발한 기업으로, 축적된 열교환기 설계기술과 제어 노하우를 보유하고 있다.
2008년 미국 시장에 진출하여 98.8% 효율의 콘덴싱 온수기를 선보이며 시장을 개척했고, 2008~2018년 내내 미국 콘덴싱 온수기 시장 점유율 1위를 기록할 정도로 퍼스트무버 이점을 누렸다.

이는 고품질 제품과 선제적 시장진입 전략의 결과이며, 현재도 북미 탱크리스 시장에서 Navien 브랜드는 프리미엄의 대명사로서 높은 신뢰를 받고 있다.
기술 측면에서는 스테인리스 열교환기, 부식 방지 및 응축수 처리 기술, 정밀 온도제어 알고리즘 등에서 타사를 앞서 있으며, 글로벌 인증(미국 에너지스타, 영국 H2 Ready 등)을 다수 획득하여 기술력을 입증받았다.

콘덴싱 온수기는 일반 보일러 대비 제조공정이 복잡하고 내구성 확보를 위한 R&D 투자가 필수적이다.
응축수가 발생하여 부식 문제가 생길 수 있으므로 소재 선정과 설계 기술이 핵심인데, 경동나비엔은 다년간의 연구로 이를 최적화해 특허와 노하우를 확보하고 있다.
후발 경쟁사(예: 일본 린나이, 노리츠 등)도 콘덴싱 제품을 내놓았지만,
경동나비엔만큼 북미 현지 네트워크와 A/S 체계를 갖추지 못해 시장 장벽을 체감하고 있다.
실제 미국 온수기 시장은 아직도 순간식 보급률이 10% 남짓으로 확대 여지가 큰데,
경동나비엔은 브랜드 평판과 유통채널 장악력을 바탕으로 높은 진입장벽을 구축해 향후 성장과실을 선점할 가능성이 높다.

에너지 효율 및 탄소저감 규제가 강화됨에 따라, 구식 저효율 온수기를 고효율 탱크리스로 교체하는 수요가 각국에서 늘어날 전망이다.
북미에서는 친환경 리베이트 정책 등으로 콘덴싱 보일러·온수기 교체가 장려되고 있고,
중국도 석탄 보일러를 가스로 전환하는 과정에서 프리미엄 콘덴싱 수요가 증가했다.
경동나비엔의 콘덴싱 온수기는 이러한 흐름에 부합하는 제품으로,
지속적인 성장 모멘텀을 유지할 것으로 기대된다.

HVAC 시장(feat. chat gpt)

HVAC는 Heating, Ventilation, Air Conditioning의 약자로, 통상 난방·환기·냉방을 포괄하는 공조산업을 뜻한다.
엄밀히는 냉방과 난방을 하나의 통합 시스템으로 다루는 경우도 많지만,
시장 분석 시 난방시장 + 냉방시장을 단순 합산하여 HVAC 시장 규모로 언급하기도 한다.
최근에는 히트펌프 등의 등장으로 냉난방 통합제품이 늘어나 양자의 경계가 모호해지고 있다.

경동나비엔은 전통적으로 가스보일러, 순간식 온수기 등 난방/온수용 기기 등 난방(H) 분야에 강점을 가진 기업이다.
즉, 경동나비엔은 HVAC 중 HV 부문에 특화되어 있고, AC 부문 제품 라인업은 부재했다.

그러나 ’23년 경동나비엔은 냉난방 겸용 신제품을 선보이며, 냉방 영역으로의 진출을 시도하고 있다.
대표적인 것이 ‘인버터 히트펌프 통합냉난방기’와 ‘콘덴싱 하이드로 퍼네스(물가온식 난방기)’로,
이는 하나의 시스템으로 겨울엔 난방, 여름엔 냉방을 제공하는 제품이다.
경동나비엔은 이러한 신제품을 통해 본격적으로 HVAC 풀라인업 기업으로 도약할 계획이며,
이를 위해 냉방 기술(공기조화, 히트펌프 기술 등)에 대한 연구개발과 협업을 진행하고 있다.

이러한 시스템은 다음과 같은 장점이 있다.

에너지 효율 우수 : 인버터 히트펌프는 부하에 맞춰 압축기 속도를 조절하므로 부분 부하에서도 효율 유지가 가능하다. 그 결과 연중 에너지소비를 크게 절감하며, 난방COP(성능계수)와 냉방EER 모두 높다. 특히 친환경 냉매와 결합하면 전통적인 보일러+에어컨 대비 운전비용 30~40% 절감 효과가 보고되고 있다.

냉난방 일체화 편의성 : 하나의 기기로 냉방과 난방이 모두 가능하므로 설비 투자비와 공간 점유를 줄일 수 있다. 별도로 보일러실과 에어컨 실외기를 각각 둘 필요 없이, 통합 시스템의 실외기 한 대로 양쪽을 해결한다. 설치 공간이 제한적인 건물에 유리하며, 유지보수도 일원화되어 편리하다.

정밀한 온도 제어 : 인버터 기술로 출력조절이 세밀하여, 실내 온도를 ±1℃ 이내로 안정적으로 유지할 수 있다. 또한 급작스런 부하 변화에도 인버터 압축기가 즉각 반응하여 온도편차가 적고 쾌적성이 높다. 일반 개폐식(On/Off) 에어컨이나 보일러보다 열응답성이 우수하다.

친환경성 : 전기 구동이므로 직접 연소 배출가스가 없고, 재생에너지 전력과 연계하면 탄소배출도 거의 없다. 특히 유럽 등에서는 히트펌프가 가스보일러 대체재로 각광받고 있으며, 열효율이 3~4배에 달해 탄소감축 효과가 크다.

저소음·쾌적 운전 : 인버터 기술 덕분에 컴프레서의 빈번한 ON/OFF가 없어 운전 소음과 진동이 줄고, 실내 온도변화도 완만해 쾌적하다. 예컨대 경동나비엔이 개발 중인 인버터 히트펌프 냉난방기는 저진동 설계를 적용하여 층간 소음 문제를 최소화했다.

사계절 활용성 : 기존 난방전용 보일러는 여름철 유휴설비가 되었으나, 통합 시스템은 연중 가동되므로 설비 활용도가 높고 투자 회수기간이 단축된다. 소비자도 한 번의 투자로 사계절 편익을 얻어 만족도가 높아지는 효과가 있다.

성장성

매출 및 이익 성장

경동나비엔의 매출은 최근 10년간 가파른 성장세였다.
연결 매출액은 ’14년 4,142억원, ’23년 1조 3,539억 원으로 약 3배 성장했다.
영업이익도 ’20년 이후 크게 개선되어 ’24년에는 영업이익률 약 10% 내외를 달성하며 수익성과 성장성을 동시에 확보했다.
고성장 고수익의 배경에는 북미 등 해외시장 공략 성공으로 외형 성장이 지속되고,
제품 믹스가 고효율 콘덴싱 중심으로 개선이 있다.

주요 시장 규모 및 성장률

경동나비엔의 타겟 시장은 국내에 국한되지 않고 북미, 중국, 러시아 등 글로벌 HVAC/보일러 시장 전반을 포괄한다.

글로벌 난방·냉방공조(HVAC) 시장은 약 300조~500조 원 규모로 추정되며 인구증가와 기후변화, 친환경 트렌드에 따라 지속 성장할 전망이다.

경동나비엔은 연간 470만대 규모의 가정용 퍼네스(온풍 난방기) 시장과 급성장 중인 탱크리스 온수기 수요를 갖춘 북미 시장에서 고성장을 보이고 있다.
북미 온수기(탱크리스) 시장은 전통 저장식 온수기에서 친환경·고효율 제품으로 전환되며 두 자릿수 성장률을 보이고 있고,
경동나비엔은 북미 **콘덴싱 탱크리스 온수기 시장 점유율 약 40%로 1위권을 차지하며 이 성장의 수혜를 입고 있다.
경동나비엔, 국내 시장 한계 → 해외 매출 비중 72%…트럼프 에너지 정책 수혜 기대감↑

경동나비엔은 난방 수요가 큰 러시아/CIS 시장에도 일찌감치 진출하여 카자흐스탄 보일러 시장 1위를 차지하는 등 입지를 다졌고,
’22년에는 우즈베키스탄 판매법인을 신설하여 중앙아시아 수요 증가에도 대응하고 있다.
업계 맞수 경동나비엔·귀뚜라미…해외 공략 뭐가 다를까

중국 시장은 석탄→가스 연료 전환 정책 등에 따라 고효율 보일러 수요가 증가세이나,
경동나비엔의 매출 비중은 아직 낮아 (‘24.3Q 중국 매출 약 90억 원) 향후 성장이 기대된다.

주요 경쟁사 및 시장점유율

국내에서는 귀뚜라미보일러와 양강 구도를 이루는데,
경동나비엔이 해외매출 비중 70% 이상으로 앞서가는 반면 귀뚜라미는 국내 비중이 높고 해외 비중을 10%대에서 늘려가는 추세이다.

북미 시장의 주요 경쟁사로는 일본계 온수기 기업인 린나이(Rinnai)와 노리츠(Noritz),
미국의 Rheem(리임)과 A. O. Smith, 독일계 보쉬(Bosch) 등이 있다.
경동나비엔의 Navien (나비엔) 브랜드는 미국에서 프리미엄 탱크리스 온수기로 인지도와 신뢰도를 확보하여, 2014년 첫 진출 후 현지 매출 규모 기준 톱5 업체에 올라섰다.

유럽 시장은 보일러 본고장으로 Bosch, 바קס(Baxi), 아리스톤(Ariston) 등 강자가 많지만,
경동나비엔은 2021년 국내 업계 최초로 영국 “Hydrogen Ready” 인증을 획득한 기술력을 앞세워 유럽 친환경 보일러 시장에서도 글로벌 기업들과 어깨를 나란히 하고 있다.

이처럼 경동나비엔은 국내 1위 지위를 바탕으로 해외에서도 기술력 기반의 시장점유율 상승을 이루어왔으며, 2024년에는 북미 매출 7,000억 원 돌파가 확실시되는 등 향후 글로벌 점유율 확대 여력이 큰 것으로 평가된다.

향후 확장 가능성

경동나비엔은 신제품 ‘콘덴싱 하이드로 퍼네스’를 미국에 출시하여, 기존 보일러·온수기뿐 아니라 북미 메인 난방시장(온풍식 퍼네스)까지 사업영역을 확장했다.
퍼네스 시장 규모가 온수기의 약 5배에 달하는 만큼, 이 신제품이 안착할 경우 북미 매출이 한층 도약할 수 있다.
아울러 경동나비엔은 인버터 히트펌프(Heat Pump) 등 냉방까지 아우르는 제품도 개발하여, 난방+냉방 통합 HVAC 솔루션 제공 기업으로 성장하겠다는 청사진을 제시하고 있다.

이러한 신사업 가시화, 주요국 친환경 고효율 수요 증가로 상당기간 고성장이 예상된다.
경동나비엔은 평택 2산단에 신공장 증설(기존 대비 2.5배 규모)을 추진하여 ’26년까지 연간 생산능력을 현재 200만대 수준에서 439만대로 대폭 확대할 계획이며,
이를 통해 증가하는 글로벌 수요에 대응하고 매출 성장세를 이어갈 전망이다.

경제적 해자

차별화된 기술력

경동나비엔의 가장 큰 경쟁력은 친환경 고효율 보일러 원천기술이다.
1988년 아시아 최초로 콘덴싱 보일러를 개발한 이래, 축적된 콘덴싱 열교환 기술은 세계적으로 인정받고 있다.

북미 시장에서 경동나비엔은 친환경 콘덴싱 가스온수기 부문 선두주자로서,
에너지 효율과 성능 면에서 경쟁사 대비 우위를 보여 왔다.
또한 수소연료 보일러 기술에서도 앞서 있어, 2021년 영국에서 업계 최초로 “Hydrogen Ready(수소 혼용 준비)” 인증을 획득하며 미래 친환경 난방 시장 대응력을 입증했다.

이러한 기술적 우위는 후발주자가 모방하기 어려운 진입장벽으로 작용하고 있으며,
경동나비엔은 관련 특허와 지적재산을 다수 보유하여 기술 해자를 구축하고 있다.
(’18년 개발한 고효율 열교환기 기술을 둘러싸고 귀뚜라미와 특허분쟁이 있었으나,
경동나비엔이 승소하여 모방을 저지)

기술에 근거한 해자는 높은 비용지출을 전제로 하는 것이어서 견고한 해자로 보기는 어렵지만,
경동나비엔의 지속적인 R&D 투자는 기술격차 유지→시장지배력 강화로 이어지는 선순환을 만들어왔기 때문에 규모의 경제, 유통망 등 다른 근거와 결합하여 해자를 더 강화해주는 근거로는 볼 수 있다.

제품 품질 및 브랜드 신뢰

경동나비엔은 국내 보일러 시장 점유율 1위의 브랜드 파워를 지니고 있다.
장기간 쌓아온 내구성과 안전성에 대한 소비자 신뢰,
광범위한 A/S 서비스망으로 인한 고객 만족도는 타사가 쉽게 따라오기 힘든 무형자산이다.

보일러는 장기간 사용하는 내구재로 소비자는 검증된 브랜드를 선호하고 높은 충성도를 보인다.
이러한 브랜드 가치는 해외에서도 점차 인정받아,
미국·캐나다 등에서 “NAVIEN” 브랜드가 프리미엄 온수기의 대명사로 자리잡았다.
북미 전문 설치업자와 소비자들 사이에서 “나비엔”에 대한 긍정적 평판이 형성되어 있어, 이는 신규 경쟁사가 진입하여 신뢰를 얻기까지 상당한 시간과 노력이 필요함을 의미한다.

전환비용

경동나비엔은 판매 후에도 사후관리 서비스, IoT 연결을 통해 고객을 유지하는 전략을 사용한다.
전국적으로 구축된 서비스 기사 네트워크가 보일러 고장 수리, 유지보수를 원활하게 지원한다.

또한 최근 도입한 구독 모델은 고객과의 접점을 주기적으로 유지하여 락인 효과를 강화한다.
렌탈 고객은 정기 점검/관리 서비스를 받아 제품 교체시 재구매할 가능성이 높아진다.

IoT 기술을 통해 전용 앱에서 원격제어와 자가진단 정보를 제공하는 스마트 보일러/온수기는,
사용자가 익숙해지면 타사로 이탈하기 어려운 구조가 된다.

이처럼 기술력, 브랜드, 서비스가 결합된 경동나비엔의 경제적 해자는 가격 경쟁뿐 아니라 품질·서비스 측면에서의 우위로 경쟁사 대비 확고한 방어력을 갖췄다.

비용상 우위 : 규모의 경제

경동나비엔은 평택 서탄공장에 첨단 자동화 생산라인을 구축해 대량생산 체제를 갖추었다.
이 공장은 모듈별 자동생산, 로봇 조립, 자동 검사 등을 적용한 스마트 팩토리로 운영되어 단위당 생산원가 절감과 일관된 품질 관리를 실현하고 있다.

연간 수백만 대 규모의 생산능력은 경쟁사 대비 대량 생산으로 인한 비용 우위를 가능하게 하며, 이는 가격 협상력과 수익성 측면에서 경동나비엔의 경쟁 우위를 뒷받침한다.
또한 47개국에 달하는 수출 경험을 통해, 각국의 인증규격 획득 노하우와 유통 파트너십을 보유하고 있는 점도 무형의 진입장벽이라 할 수 있다.

협상력 및 이익률 구조

가격(P) 협상력

경동나비엔은 고효율 프리미엄 제품군을 주로 판매함으로써 가격결정력을 확보하고 있다.

북미 시장에서 경동나비엔의 콘덴싱 온수기는 경쟁사 대비 에너지 효율 및 첨단기능에서 우위를 가져 고급형 제품 포지셔닝이 가능했고,
소비자들은 다소 높은 가격도 품질로 수용하는 경향이 있다.

또한 각국의 에너지 규제 강화로 친환경 보일러 수요가 늘면서,
경동나비엔처럼 인증과 기술을 갖춘 업체만이 판매할 수 있는 시장이 확대되고 있다.
이로 인해 저가 제품과의 단순 가격경쟁에도 덜 노출되게 되었다.

다만 린나이, Bosch 등 글로벌 경쟁사들과 기본적인 가격 경쟁은 존재하여, 무작정 높은 가격을 책정하기보다는 동급 제품 대비 적정 프리미엄을 유지하는 전략을 취하고 있습니다.

원재료비와 물류비 상승 등으로 원가 압박이 있을 경우, 경동나비엔은 신제품 출시와 부가서비스 강화를 통해 부가가치를 높여 실질 가격인상 효과를 내는 방식으로 이익률을 방어하고 있다.

물량(Q) 및 시장 지배력:

경동나비엔의 판매량 증대 전략은 두 가지로 볼 수 있다.

첫째, 신규 시장 개척으로 모수 자체를 키우는 것이다.
이미 북미 시장을 선점하여 높은 점유율을 가진 상태에서, 중앙아시아 등 신흥시장 개척을 통해 추가 판매량을 확보하고 있다.
카자흐스탄에서는 시장 1위를 달성하여 주변국으로 추가 진출을 위한 교두보로 활용하고 있다.

둘째, 기존 시장 내에서도 제품군 확대로 판매량을 늘리고 있다.
예를 들어 미국에서는 온수기뿐 아니라 퍼네스, 히트펌프까지 제품 포트폴리오를 넓혀 Cross-selling을 도모하고 있다.
이러한 전략으로 경동나비엔은 글로벌 판매량 기준 Top 티어 기업으로 부상하고 있으며,
규모의 경제에 따른 생산원가 우위를 확보해 가격경쟁력도 갖추는 선순환을 이루고 있다.
앞으로 증설중인 공장이 완공되면 생산 캐파가 2배 이상 늘어나 공급능력 측면의 협상력도 강화될 전망이다.(대량생산으로 대형 프로젝트 수주나 B2B 납품 시 유리)

다음과 같은 지표들은 실제 크로스셀링이 일어나고 있음을 입증해준다.
1) 제품 포트폴리오 확장과 딜러망 변화 : 2010년대 초반 경동나비엔 미국법인의 매출은 약 70%가 온수기, 30%가 보일러 위주였으나, 2020년대 들어 combi-boiler(온수+난방 겸용) 출시 등으로 난방 제품 비중이 높아졌다. ’23년 기준 북미 매출 6,609억 원 중 온수기 70%, 보일러 30%라는 과거 구조에서, 보일러 비중이 조금씩 상승한 것으로 알려졌다. 이는 기존 온수기 고객 중 난방 수요가 있는 이들에게 Navien 보일러를 추가 판매한 결과로 해석된다. 미국 시장조사에 따르면 탱크리스 온수기 보급이 높은 지역(예: 캘리포니아)에서 Navien 보일러 판매도 동반 성장한 패턴이 포착되었다. 하나의 주택에서 난방용과 급탕용 기기를 모두 Navien으로 쓰는 사례가 늘어난 것이다.
2) 딜러(설치업자)당 취급 제품 수 증가 : 경동나비엔은 미국에서 전문 플러머/설치업자 네트워크를 통해 판매하는데, 과거 일부 딜러는 Navien 온수기만 취급했다. 그러나 2020년대에 combi-boiler와 하이드로 퍼네스까지 라인업이 확장되며 딜러들에게 원스톱 솔루션을 제공하게 되었고, 현재 다수의 딜러들이 Navien의 온수기와 보일러를 모두 취급한다. 딜러 1인당 취급 SKU 수가 증가한 것은 그만큼 같은 고객군에게 여러 제품을 판매할 준비가 되었음을 뜻한다. 이는 크로스셀링 기반이 마련된 것으로, 실제로 “Navien 제품 두 가지 이상 설치한 가구” 비중이 조금씩 증가하고 있다고 회사는 밝혔다.
3) 고객당 매출 증대: 경동나비엔 북미법인의 최근 발표에서, 기존 고객대상 추가 제품 판매로 고객당 매출이 증가하고 있다는 언급이 있었다. 특히 보일러를 먼저 설치한 주택 중 별도 온수기가 없던 경우, Navien 온수기를 추가로 들여놓는 업셀링 사례가 늘었다. 예를 들어 난방전용 보일러 사용 고객이 탱크 저장식 온수기(old tank heater)를 Navien 탱크리스로 교체하는 식이다. 이러한 교차판매를 통해 북미 1인당 매출액이 최근 3년 연평균 28% 성장했다는 보도가 있었는데, 이는 단순 신규 고객 증가뿐 아니라 1인 고객이 구매하는 제품 수 증가를 포함한 성장으로 보인다.

원가(C) 구조와 관리

경동나비엔은 부품 조달과 생산 효율화로 경쟁사 대비 비용 경쟁력을 유지하고 있다.

핵심 부품인 열교환기 등을 자체 기술로 설계·개발하며, 일부는 내재화하거나 장기 공급계약을 맺어 대량구매 협상력을 발휘한다.

평택공장의 자동화 및 로봇 활용은 인건비 비중을 낮추고 불량률 감소로 품질비용을 절감시킨다.

글로벌 공급망 이슈나 원자재 가격 변동은 지속적인 리스크인데, ’21~’22년 운임 폭등과 금속 가격 상승으로 영업이익률이 출렁인 바 있다.
회사는 이와 같은 외부 비용 압박에 대응하기 위해 선행 재고 확보와 대체 부품 소싱 등을 시행하여 원가 변동성을 관리하고 있다.
또한 콘덴싱 비중을 높이고 부가가치 서비스(스마트 제어, IoT 등) 포함 제품을 확대하는 등 판매 제품 믹스를 고마진 제품으로 전환하여 원가 상승을 상쇄하고 OPM을 10% 수준까지 올렸다.

제품 믹스 및 고마진 전략

경동나비엔은 제품 포트폴리오의 고도화를 통해 이익률을 개선하고 있다.
전통적으로 보일러는 난방수요 계절에 판매가 집중되고 교체주기가 길어 성장 한계가 있었으나, 온수기, 환기시스템 등 연중 수요 제품을 확대해 비수기 매출 공백을 메웠다.

특히 콘덴싱 온수기는 일반 보일러보다 마진율이 높은데, 북미 시장에서 이 제품 판매가 증가하면서 전체 수익률 개선에 기여했다.
또한 신제품인 하이드로 퍼네스는 기존 퍼네스 대비 쾌적성과 효율이 높아 프리미엄 가격대로 책정되어, 향후 고마진 제품군으로 자리잡을 전망이다.
이 밖에 부가서비스(예: IoT 모니터링, 연장 보증 등)를 패키지로 판매하여 추가 수익을 창출하는 등 부가가치 요소를 붙여 마진을 확보하고 있다.

전사적으로 판관비 관리에도 효율화를 이뤄, 매출 증가 대비 판관비 비중을 낮춤으로써 영업레버리지 효과도 나타나는 추세이다.

자본배치

설비투자

경동나비엔은 최근 수년간 견조한 영업현금흐름을 미래 성장을 위한 투자에 활용하고 있다.

가장 주목되는 투자는 평택 2공장 증설로, ’22~’26년에 걸쳐 약 1,200억 원 이상의 자본지출이 투입되어 생산능력이 2배 이상 확대될 예정이다.
동시에 R&D 투자에도 아낌없이 자본을 배분하여, 서울 구로에 R&D센터를 운영하고 북미향 신제품(하이드로 퍼네스, 히트펌프 등) 개발에 성공하는 등 투자 성과를 거두고 있다.
이런 공격적인 재투자 전략 덕분에 경동나비엔은 기술 선도 지위를 유지하고 새로운 시장 기회를 포착하고 있다.

인수합병 및 해외법인 설립

경동나비엔은 필요 시 선택적 M&A를 통해 사업 포트폴리오와 시장 접근성을 높이고 있다.

SK매직 주방가전 사업부 인수(’23년)는 주력 사업과 시너지를 낼 수 있는 영역을 효과적으로 매입한 사례이다.
비교적 소규모 투자(약 370억 원)로 신사업 진출과 라인업 보완을 동시에 달성하였다.

해외 시장 현지 법인 설립에 투자하여 직접 유통망을 구축하거나,
현지 파트너와 조인트벤처를 설립하는 전략을 활용했다.
북미 (Navien America), 중국 (상해나비엔), 러시아 (Navien Rus) 등의 자회사 설립은 ’00년대부터 꾸준히 이뤄져 온 자본 배치로,
초기 투자비용은 들었지만 현재 해외 매출 급성장의 토대가 되었다.
또한 중앙아시아 공략을 위해 우즈베키스탄 법인(’22)에 투자한 것도 장기적 시각의 자본배치라 할 수 있다.

주주환원(배당) 및 재무구조

경동나비엔은 배당 성향이 아주 높지는 않지만, 매년 배당을 증가시켜 왔다.

내부유보된 이익은 설비 확장과 R&D에 투입되어 높은 자본수익률(ROE)로 연결되고 있다.
재무구조 면에서도, 대규모 투자 및 해외 매출 확대에 따른 운전자본 증가에도 불구하고 부채비율 80~95% 수준으로 비교적 안정적으로 관리되고 있다.

밸류에이션 및 투자지표 분석

PER, PBR

‘25.6월 현재 경동나비엔의 주가는 약 7만원 수준으로, PER은 약 8배 수준이다.

이는 국내 전기·전자 업종 평균 PER (13배), 글로벌 동종업체(일본 Rinnai PER 약 15배)와 비교하면 상대적으로 저평가된 수준이다.

경동나비엔과 국내외 주요 HVAC/보일러 업체들의 매출, 순이익, 시가총액, 주가수익비율(PER)을 비교하면 다음과 같다 (’21~’23년, 각사 연결기준 실적 및 ‘25.6월 시총/Forward PER):

린나이의 2023년 순익은 일시적 요인으로 급증한 수치이고(전년 대비 대폭 증가),
2024년에는 감소 전망이라 PER 기준 15배 선으로 평가된다.
美 A.O.스미스는 ’23년 순이익 $727백만(9,600억 원), 시총은 약 $90억(11.5조원)으로, Forward PER 약 17배 수준이다.
이탈리아 Ariston은 ’23년 매출 약 €30.9억(4조원)으로 인수 효과로 급증했고,
순익 €1.912억(약 2700억 원), 시총은 €17.4억(약 2.4조 원)으로, Forward PER 13배 내외다.

경동나비엔의 PBR은 약 1.5배로, 순자산 대비 두 배 미만의 시장평가를 받고 있으며,
이는 동종 제조업 평균과 비슷하거나 약간 낮은 수치이다.

결국 경동나비엔은 성장주 치고는 밸류에이션 지표가 높지 않다.

동종업계 대비 상대적 위치

경동나비엔은 해외 매출 비중이 높고 기술 모멘텀이 큰 회사임에도,
주식시장에서 동종업계 평균보다 낮은 멀티플을 받고 있다.
이는 보일러 업종이 내수 경기, 계절성 영향을 크게 받는 전통산업으로 분류되어 왔기 때문이다.

그러나 이제 경동나비엔은 글로벌 친환경 공조 솔루션 기업으로 고성장세를 보이고 있다.

이에 따라 ’23년 주가가 2배 이상 급등하기도 했으나,
’24년 이후 조정을 받아 PER 8배 수준, 컨센서스상 fPER 7배 초반에 머무르고 있어 여전히 성장 대비 저평가 상태이다.

향후 실적 추정 및 적정 가치

경동나비엔의 ’25년 예상 연결 매출액은 약 1조 6천억원대로 전년 대비 20% 내외 성장,
영업이익은 1,900억 원 내외로 전년 대비 두 자릿수 성장률을 이어갈 것으로 전망된다.
이러한 가파른 이익 증가를 감안하면, PEG(주가수익성장비율) 기준으로도 매우 낮은 수준이다.

동종 글로벌 기업들의 평균 PER은 12~15배로, ’25년 예상 순이익 1,344억원에 PER 12~15배 적용시 시가총액 1.61~2.02조원이 산출된다.

이는 현 시총 1.07조를 기준으로 봤을 때 50.5~88.8%의 기대 수익률을 의미한다.

다수의 경쟁사, 조금은 약해보이는 성장 내러티브, 깊고 넓다고 보기에는 조금 부족한 경제적 해자의 근거 등을 감안하면 LTO의 조건에 완전히 부합하는 기업으로 보기는 어렵지만,
회사가 실적으로 증명해온 기본적인 성장의 기초체력을 고려할 때 현재의 밸류에이션은 확실히 안전마진이 보장되는 수준이라고 생각되었다.

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