칩 위의 신체 부위들

어떤 질병에 대해 새로운 약, 더 나은 치료법을 상상하기는 상대적으로 쉽습니다. 하지만 어려운 부분은 약을 실험하는 데 있고, 그 과정에서 새 약이 나오기까지 몇 년이나 더 지연되기도 합니다. 이 상세한 강연에서 제랄딘 해밀턴은 새 약을 실험하는데 필수적인 모든 부분을 갖춘 장기나 신체 부위 칩을 실험실에서 어떻게 만들었는지 보여주며, 심지어 특정한 한 사람을 위한 맞춤 치료도 가능함을 보여 줍니다.

우리는 현재 전세계적으로

의료 위기를 맞이하고 있는데

그것은 지금 우리가

새로운 약을 발견하거나 개발하는 방법이

너무 비싸고, 오랜 시간이 걸리며,

성공보다는 실패가
더 많다는 점 때문입니다.

말 그대로 일이 제대로 되지 않고있으며

그것은 바로 새로운 치료법을
간절히 원하는 환자들이

그것을 얻지 못하고

병은 치료되지 못한다는 뜻입니다.

우리는 신약 개발에 점점 더 많은
돈을 쓰고 있는 것처럼 보입니다.

그래서 10억불을 연구 개발에 쓸 때마다
승인되는 약의 수는

점점 줄어들고 있습니다.

더 많은 돈을 쓰고도 더 적은 약을
얻는 것입니다.

그렇다면 무엇이 문제일까요?

글쎄요, 여기에는 수많은
이유들이 있는데

중요한 원인 중 하나는

사람에게 하는 임상 시험에 앞서

약이 효과가 있는지,

효능이 있는지,

또한 안전한지를

실험하는 쓰이는 현재의 방법들이

성과가 좋지 못한 때문입니다.
이 방법들은 약이

사람의 몸에서 어떤 반응을
일으킬지 예측하지 못합니다.

현재 이용 가능한 도구로는

크게 두 가지가 있습니다.

실험 접시에서 세포를 배양하거나
동물 실험을 하는 방법입니다.

먼저 첫째 방법인
세포 배양법에 대해 이야기해 보죠.

자, 세포는 우리 몸 안에서
행복하게 일하고 있습니다.

우리는 세포를 원래 살던 환경에서 뜯어내어

이런 실험 접시들 중 하나에 던져두고

세포가 제 기능을 하도록 바랍니다.

어떻게 될까요?
세포는 제 기능을 못 합니다.

세포는 그런 환경을 좋아하지 않습니다.

왜냐하면 사람의 몸 속에서

세포들이 있던 환경과는
완전히 다르기 때문이죠.

동물 실험은 어떨까요?

글쎄요, 동물은 매우 유용한 정보들을

제공해 줄 수 있습니다.

복잡한 생물체 안에서

무슨 일이 일어나는 지
알 수 있게 해줍니다.

우리는 이런 방법으로 생물학 그 자체에 대해서
더 많이 배울 수 있습니다.

하지만 아주 많은 경우에

동물 실험은 특정한 약물로 사람을 치료했을 때

어떤 일이 일어날지는 예측하지 못합니다.

그래서 우리는 더 좋은 실험 방법이 필요합니다.

사람의 세포가 필요하지만

사람의 세포가 몸 밖에서도

'행복한 상태에 있을' 수 있는 방법을
찾아야 합니다.

우리의 몸은 역동적인 환경입니다.

우리는 계속해서 움직이고

세포는 그것을 느낍니다.

세포들은 몸 안에서
역동적인 환경에 놓여 있습니다.

끊임없이 물리적인 힘을 받고 있습니다.

자, 그래서 세포들이 우리 몸 밖에서도

행복할 수 있도록 하려면

세포 설계자가 되어야 합니다.

세포가 집 밖에서도 집처럼 살수 있는 집을

설계하고 짓고 생산해야 합니다.

위스 연구소는

바로 그 일을 해냈습니다.

우리는 이것을 '장기칩' 이라고 부릅니다.

여기서 하나를 보여드리죠.

아름답죠?
정말 굉장합니다.

지금 제 손에 있는 것은
숨쉬고, 살아 있는

사람의 폐가 들어간 칩입니다.

이것은 아름답기만 한 것이 아니라

엄청난 일들을 할 수 있습니다.

이 작은 칩 안에 살아있는 세포들이 있고

이 세포들은 역동적인 환경에서

다른 종류의 세포들과 교류합니다.

많은 사람들이 실험실에서

세포를 배양하려고 노력했습니다.

수많은 다양한 접근을 시도해 왔습니다.

실험실에서 '작은 장기들'을
키우려고까지 시도해왔습니다.

우리는 그런 일을 시도하려는것은 아닙니다.

우리는 단순히

이 아주 작은 칩에

우리 몸의 세포들이 경험하는

생화학적 최소 기능 단위와

기능, 그리고 기계적 압박을

재구현하려고 하는 것입니다.

이것이 어떻게 작동할까요?
보여드리겠습니다.

우리는 컴퓨터 칩 제조 산업에 사용하는

기술을 이용해서

이 구조가 세포와 세포의 환경

두 가지 모두에
상호작용 할 수 있도록 설계합니다.

세 개의 유체 통로가 있습니다.

중앙에는다공성의 유연한 막이 있는데

그 막 위에 사람의 폐에서 채취한

세포를 놓을 수 있습니다.

그리고 아래에는 모세혈관 세포들이 있는데

우리 혈관 안에 있는 세포들이죠.

그 뒤에 이 칩에 물리적인 힘을 적용해서

막을 확장시키거나 축소시킬 수 있습니다.

그래서 우리가 숨을 쉴 때 느꼈던 물리적인 힘을

세포가 똑같이 경험할 수 있게 해 줍니다.

세포는 우리 몸 안에서 느꼈던 것과
똑같은 것을 경험하게 됩니다.

윗 통로로 공기가 흐르고

영양분이 들어간 액체를

혈관 통로로 흐르게 합니다.

자, 이 칩이 정말 아름답죠?

하지만 이것으로 무얼 할 수 있을까요?

우리는 이 작은 칩 안에서

엄청난 기능들을 만날 수 있습니다.

보여드릴게요.

예를 들어 폐 안으로 박테리아 세포를 집어넣어

감염과 비슷하게 만든 다음

사람의 백혈구를 주입할 수 있습니다.

백혈구는 세균 침입에 맞서

우리 몸을 방어하는 혈액 세포인데

백혈구가 감염으로 인한 염증을 감지하면

혈액으로부터 나와 폐 안으로 들어가

세균을 먹어버리게 됩니다.

지금부터 여러분은
이 칩에 있는 실제 사람의 폐에서

이런 과정이 일어나는 것을
보실 수 있습니다.

우리가 백혈구에 표시를 해서 여러분들은
백혈구들이 흘러 들어가는 것을 보실 수 있는데

감염을 감지하면

백혈구가 달라붙기 시작합니다.

백혈구는 딱 달라붙은 채로 혈관 통로에서

폐 쪽으로 이동하려고 합니다.

여기 화면을 통해 보시죠.
지금 보이는 것이

하나의 백혈구 세포입니다.

백혈구는 꿈틀꿈틀 움직이며

세포막 사이의 구멍으로 들어가

막의 다른 쪽으로 나옵니다.

그리고 바로 거기서 녹색으로 표시된

세균을 먹어버리죠.

이 작은 칩에서 여러분은 지금

우리의 몸이 감염에 대응하는
가장 기본적인 반응중 하나를

목격했습니다.

이것이 우리가 반응하는 방법,
즉 면역 반응이라고 하지요.

매우 흥미롭죠?

자, 이제 이 사진을 함께 보았으면 하는데,

이것이 아름답기 때문만이 아니라

이 칩 안에서 세포들이
어떤 일을 하는지에 대한

엄청난 정보들을 알려주기 때문입니다.

이것을 통해
우리 폐에 있는 작은 기공에서

추출한 세포들이
폐에서 볼 수 있는 것과 같이

머리카락과 비슷한 형태를

띄고 있다는 것을 알 수 있습니다.

이런 형태를 섬모라고 하는데

이것들은 실제로 폐에서 점액을 빼냅니다.

그래요, 점액. 으웩.

그러나 점액은 사실 매우 중요합니다.

점액이 미립자, 바이러스,

알러지를 일으킬 수 있는 물질을 가두면

이 작은 섬모가 움직여서

점액을 바깥으로 내보내
깨끗하게 만듭니다.

예를 들어 섬모가 담배 연기 때문에

손상을 입게 된다면

제기능을 못해서
점액을 치울 수 없습니다.

그래서 기관지염과 같은 질병을
유발할 수 있습니다.

섬모와 점액을 제거하는 것은

낭포성 섬유증과 같은
무서운 질병과도 관련이 있습니다.

그러나 이제는 이 칩 안에
내재된 기능을 가지고

가능성 있는 새로운 치료법들을

연구할 수 있게 되었습니다.

우리는 칩에 폐를 올려놓는 것에서
멈추지 않았습니다.

우리는 칩에 장을 올려놓았습니다..

지금 보시는 것이 바로 그것 입니다.

그리고 우리는 사람의 장에 있는 세포를 가져와

칩안에 넣었고

장 세포는 세포 사이사이를 졸졸 흐르며

끊임없이 연동합니다.

우리는 사람의 장에서나
볼 수 있을 것으로 생각되는

많은 기능들을

흉내낼 수 있습니다.

현재, 우리는 과민성 대장 증후군과 같은

질병들의 모델들을 개발하기 시작했습니다.

이것은 정말 많은 사람들이

가지고 있는 질병입니다.

이건 정말로 심신을 쇠약하게 하는데

제대로 된 좋은 치료법이 많지 않습니다.

자, 이제 우리는

서로 다른 장기 칩들을
모두 연결한 전체를 가지고 있고

실험실에서 연구하고 있습니다.

그러나 이 기술의 진정한 힘은

우리가 이 칩들을 유동성있게

연결할 수 있다는 점에 있습니다.

세포들 사이에 액체가 흐르고 있어서

우리는 여러개의 다른 칩들을

한꺼번에 연결해서

칩위에 소위 가상의 사람을
형성할 수 있는 것이죠.

자, 매우 흥분되시죠.

이 칩 안에 사람을 통째로
재구현하려는 것이 아닙니다.

우리의 목표는 우리 몸이 할 수 있는

기능을 충분히 재구현하여

사람의 몸 안에서 어떤 일이 발생하는지

더 나은 예측을 할 수 있도록 하는 것입니다.

예를 들어 에어로졸과 같은 약물이

우리 몸에 들어가면 어떤 일이
생기는지 탐구하기 시작했습니다.

천식을 가진 저 같은 사람이
흡입기로 빨아들였을 때

약물이 어떻게 폐로 들어가는지,

몸 안으로 어떻게 들어가는지,

심장과 같은 곳에 어떻게 영향을
끼치는지 살펴볼 수 있습니다.

심장 박동수를 변하게 하는지,

독성은 없는지,

간에 의해 제거 되는지,

간 안에서 대사는 잘 이루어지는지,

신장을 통해 배출되는지
따위를 살펴볼 수 있죠.

우리는 약물에 대한
우리 몸의 역동적인 반응들을

연구할 수 있게 되었습니다.

이것은 정말 혁명과도 같은 일이며

현재의 판도를 뒤집는
계기가 될 수 있습니다.

이것은 제약 산업 뿐만 아니라

화장품 회사를 포함한

다른 다양한 산업에도 해당됩니다.

우리는 칩위에
피부를 올려놓는 것을 개발중인데

이것을 이용하면

동물 실험을 하지 않고서도

여러분들이 사용하고 있는 제품의 성분들이

실제로 여러분의 피부에 닿아도
안전한지 알 수 있습니다.

그리고 가정 청소용품에 있는 화학 성분처럼

일상 생활에서 매일 사용하면서 노출되는

화학 성분들의

안정성을 실험할 수 있습니다.

또한 장기가 올려진 칩을

생화학 테러나

방사선 노출에 적용되는 상태를
보기위해 사용할 수 있습니다.

그것들로 에볼라 바이러스에 의한 질병이나

사스(SARS)와 같은 치명적인 질병에 대해서도

더 잘 알 수 있게 할 수 있을 것입니다.

칩에 올려진 장기들은

미래의 임상 시험의 판도를 바꿀 수 있습니다.

지금 즉시, 임상 시험의 참가자를

평균적인 군으로 할 수 있는 것입니다.
평균적으로요.

지금 현재는 평균적으로 중년이며,
여성이 대체적으로 많습니다.

어린이들이 참여하고 있는

임상시 험은 찾기 힘들 것입니다.

아직까지 날마다 우리가
아이들에게 먹이는 약들은

어른들을 대상으로 실험하여
안전 허가를 받은

약들입니다.

어린이는 어른과 다릅니다.

아이들의 반응은 어른들의 반응과
같지 않을 수도 있습니다.

이것 외에도 인구 집단에 따라

유전적 차이와 같은 다른 요소로 인해

약에 부작용을 일으킬 위험이 있는

위험 인구 집단이 생길 수도 있습니다.

자, 이제, 모든 다양한 인구로부터
세포를 채취하여

칩 안에 넣고

다양한 인구를 대변할 수 있는 칩을
만들 수 있다고 가정해 봅시다.

그렇다면 이것은 임상 시험의 판도를

완전히 바꾸어 놓을 것입니다.

그리고 이분들이 칩을 개발하는 사람들입니다.

기술자, 세포 생물학자,

임상 의사들이 모두 함께 일합니다.

우리는 정말 믿기 어려운 일들을

위스 연구소에서 경험하고 있습니다.

우리는 생물학이 설계 방법,

계산 방법, 구축 방법에 영향을 미치는

다양한 지식 분야의 융합을 경험하고 있습니다.

매우 흥미로운 일입니다.

우리는 대규모 디지털 제조 산업으로 널리 알려진

회사와 함께 일하는 것과 같이

중요한 산업의 협력 관계를 추진하고 있습니다.

그 회사는 우리를 도와서

이런 칩을 하나만 만드는 게 아니라

수백만 개를 만들어서

가능한 한 많은 연구자들에게

이 칩들을 보낼 수 있겠죠.

이것이야말로
그 기술의 잠재력을 푸는 열쇠입니다.

이제 기기를 하나 보여드리죠.

이 기기는 우리 기술자들이

지금 연구실에서 시제품으로 만들고 있는데

이 기기는

장기를 넣은 칩을
10개 이상 연결할 때 필요한

공학적인 조작을 할 수 있게 합니다.

또한 다른 아주 중요한 일을 하는데

쓰기 쉬운 사용자 인터페이스(사용자가 컴퓨터와
대화하기 위한 기호나 명령 체계)를 만드는 것입니다.

그래서 저같은 세포 생물학자가 들어와서

칩을 카트리지에 넣고

시제품에서 보시는 바와 같이

카트리지를 기계 안으로 넣습니다.

여러분이 씨디를 넣고

물러서듯이 말이죠.

꽂으면 작동됩니다. 쉽죠.

이제 미래가

어떨지 조금 상상해 보죠.

여러분한테서 줄기 세포를 채취해서

칩속에 넣습니다.

즉 여러분의 줄기 세포를 칩에 넣는것입니다.

그건 여러분 자신만을 위한 맞춤형 칩이 되겠죠.

여기 있는 우리는 개별적이고

개인차는

약물에 대해 아주 다르게
반응할 수 있다는 뜻이며

때로는 예상치 못한 반응을
일으킬 수도 있다는 것입니다.

저 자신은 몇 년전에
아주 심한 두통이 있어서

참을 수가 없었습니다. 그래서
"뭔가 다른 걸 시도해봐야지"라고 생각했죠.

저는 '애드빌'을 먹었는데, 15분 뒤에는

급성 천식 발작으로

응급실로 실려가고 있었습니다.

분명히 치명적이지는 않았지만

불행하게도 이러한

부작용들중 일부는
치명적일 수도 있습니다.

그렇다면 어떻게
이런 일을 방지할 수 있을까요?

음, 우리는 언젠가

'제랄딘 칩',

'다니엘 칩' 등

'자신의 칩'을 가질 수 있는 날을
상상할 수 있습니다.

개개인에 맞는 맞춤약이죠.
고맙습니다.

(박수)