Geraldine Hamilton: Body parts on a chip

번역: Surie Lee 검토: Sanghyun Hahn

We have a global health challenge

우리는 현재 전세계적으로

in our hands today,

의료 위기를 맞이하고 있는데

and that is that the way we currently

그것은 지금 우리가

discover and develop new drugs

새로운 약을 발견하거나 개발하는 방법이

is too costly, takes far too long,

너무 비싸고, 오랜 시간이 걸리며,

and it fails more often than it succeeds.

성공보다는 실패가 더 많다는 점 때문입니다.

It really just isn't working, and that means

말 그대로 일이 제대로 되지 않고있으며

that patients that badly need new therapies

그것은 바로 새로운 치료법을 간절히 원하는 환자들이

are not getting them,

그것을 얻지 못하고

and diseases are going untreated.

병은 치료되지 못한다는 뜻입니다.

We seem to be spending more and more money.

우리는 신약 개발에 점점 더 많은 돈을 쓰고 있는 것처럼 보입니다.

So for every billion dollars we spend in R&D,

그래서 10억불을 연구 개발에 쓸 때마다 승인되는 약의 수는

we're getting less drugs approved into the market.

점점 줄어들고 있습니다.

More money, less drugs. Hmm.

더 많은 돈을 쓰고도 더 적은 약을 얻는 것입니다.

So what's going on here?

그렇다면 무엇이 문제일까요?

Well, there's a multitude of factors at play,

글쎄요, 여기에는 수많은 이유들이 있는데

but I think one of the key factors

중요한 원인 중 하나는

is that the tools that we currently have

사람에게 하는 임상 시험에 앞서

available to test whether a drug is going to work,

약이 효과가 있는지,

whether it has efficacy,

효능이 있는지,

or whether it's going to be safe

또한 안전한지를

before we get it into human clinical trials,

실험하는 쓰이는 현재의 방법들이

are failing us. They're not predicting

성과가 좋지 못한 때문입니다. 이 방법들은 약이

what's going to happen in humans.

사람의 몸에서 어떤 반응을 일으킬지 예측하지 못합니다.

And we have two main tools available

현재 이용 가능한 도구로는

at our disposal.

크게 두 가지가 있습니다.

They are cells in dishes and animal testing.

실험 접시에서 세포를 배양하거나 동물 실험을 하는 방법입니다.

Now let's talk about the first one, cells in dishes.

먼저 첫째 방법인 세포 배양법에 대해 이야기해 보죠.

So, cells are happily functioning in our bodies.

자, 세포는 우리 몸 안에서 행복하게 일하고 있습니다.

We take them and rip them out

우리는 세포를 원래 살던 환경에서 뜯어내어

of their native environment, throw them in one of these dishes,

이런 실험 접시들 중 하나에 던져두고

and expect them to work.

세포가 제 기능을 하도록 바랍니다.

Guess what. They don't.

어떻게 될까요? 세포는 제 기능을 못 합니다.

They don't like that environment

세포는 그런 환경을 좋아하지 않습니다.

because it's nothing like

왜냐하면 사람의 몸 속에서

what they have in the body.

세포들이 있던 환경과는 완전히 다르기 때문이죠.

What about animal testing?

동물 실험은 어떨까요?

Well, animals do and can provide

글쎄요, 동물은 매우 유용한 정보들을

extremely useful information.

제공해 줄 수 있습니다.

They teach us about what happens

복잡한 생물체 안에서

in the complex organism.

무슨 일이 일어나는 지 알 수 있게 해줍니다.

We learn more about the biology itself.

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

However, more often than not,

하지만 아주 많은 경우에

animal models fail to predict what will happen in humans

동물 실험은 특정한 약물로 사람을 치료했을 때

when they're treated with a particular drug.

어떤 일이 일어날지는 예측하지 못합니다.

So we need better tools.

그래서 우리는 더 좋은 실험 방법이 필요합니다.

We need human cells,

사람의 세포가 필요하지만

but we need to find a way to keep them happy

사람의 세포가 몸 밖에서도

outside the body.

'행복한 상태에 있을' 수 있는 방법을 찾아야 합니다.

Our bodies are dynamic environments.

우리의 몸은 역동적인 환경입니다.

We're in constant motion.

우리는 계속해서 움직이고

Our cells experience that.

세포는 그것을 느낍니다.

They're in dynamic environments in our body.

세포들은 몸 안에서 역동적인 환경에 놓여 있습니다.

They're under constant mechanical forces.

끊임없이 물리적인 힘을 받고 있습니다.

So if we want to make cells happy

자, 그래서 세포들이 우리 몸 밖에서도

outside our bodies,

행복할 수 있도록 하려면

we need to become cell architects.

세포 설계자가 되어야 합니다.

We need to design, build and engineer

세포가 집 밖에서도 집처럼 살수 있는 집을

a home away from home for the cells.

설계하고 짓고 생산해야 합니다.

And at the Wyss Institute,

위스 연구소는

we've done just that.

바로 그 일을 해냈습니다.

We call it an organ-on-a-chip.

우리는 이것을 '장기칩' 이라고 부릅니다.

And I have one right here.

여기서 하나를 보여드리죠.

It's beautiful, isn't it? But it's pretty incredible.

아름답죠? 정말 굉장합니다.

Right here in my hand is a breathing, living

지금 제 손에 있는 것은 숨쉬고, 살아 있는

human lung on a chip.

사람의 폐가 들어간 칩입니다.

And it's not just beautiful.

이것은 아름답기만 한 것이 아니라

It can do a tremendous amount of things.

엄청난 일들을 할 수 있습니다.

We have living cells in that little chip,

이 작은 칩 안에 살아있는 세포들이 있고

cells that are in a dynamic environment

이 세포들은 역동적인 환경에서

interacting with different cell types.

다른 종류의 세포들과 교류합니다.

There's been many people

많은 사람들이 실험실에서

trying to grow cells in the lab.

세포를 배양하려고 노력했습니다.

They've tried many different approaches.

수많은 다양한 접근을 시도해 왔습니다.

They've even tried to grow little mini-organs in the lab.

실험실에서 '작은 장기들'을 키우려고까지 시도해왔습니다.

We're not trying to do that here.

우리는 그런 일을 시도하려는것은 아닙니다.

We're simply trying to recreate

우리는 단순히

in this tiny chip

이 아주 작은 칩에

the smallest functional unit

우리 몸의 세포들이 경험하는

that represents the biochemistry,

생화학적 최소 기능 단위와

the function and the mechanical strain

기능, 그리고 기계적 압박을

that the cells experience in our bodies.

재구현하려고 하는 것입니다.

So how does it work? Let me show you.

이것이 어떻게 작동할까요? 보여드리겠습니다.

We use techniques from the computer chip

우리는 컴퓨터 칩 제조 산업에 사용하는

manufacturing industry

기술을 이용해서

to make these structures at a scale

이 구조가 세포와 세포의 환경

relevant to both the cells and their environment.

두 가지 모두에 상호작용 할 수 있도록 설계합니다.

We have three fluidic channels.

세 개의 유체 통로가 있습니다.

In the center, we have a porous, flexible membrane

중앙에는다공성의 유연한 막이 있는데

on which we can add human cells

그 막 위에 사람의 폐에서 채취한

from, say, our lungs,

세포를 놓을 수 있습니다.

and then underneath, they had capillary cells,

그리고 아래에는 모세혈관 세포들이 있는데

the cells in our blood vessels.

우리 혈관 안에 있는 세포들이죠.

And we can then apply mechanical forces to the chip

그 뒤에 이 칩에 물리적인 힘을 적용해서

that stretch and contract the membrane,

막을 확장시키거나 축소시킬 수 있습니다.

so the cells experience the same mechanical forces

그래서 우리가 숨을 쉴 때 느꼈던 물리적인 힘을

that they did when we breathe.

세포가 똑같이 경험할 수 있게 해 줍니다.

And they experience them how they did in the body.

세포는 우리 몸 안에서 느꼈던 것과 똑같은 것을 경험하게 됩니다.

There's air flowing through the top channel,

윗 통로로 공기가 흐르고

and then we flow a liquid that contains nutrients

영양분이 들어간 액체를

through the blood channel.

혈관 통로로 흐르게 합니다.

Now the chip is really beautiful,

자, 이 칩이 정말 아름답죠?

but what can we do with it?

하지만 이것으로 무얼 할 수 있을까요?

We can get incredible functionality

우리는 이 작은 칩 안에서

inside these little chips.

엄청난 기능들을 만날 수 있습니다.

Let me show you.

보여드릴게요.

We could, for example, mimic infection,

예를 들어 폐 안으로 박테리아 세포를 집어넣어

where we add bacterial cells into the lung.

감염과 비슷하게 만든 다음

then we can add human white blood cells.

사람의 백혈구를 주입할 수 있습니다.

White blood cells are our body's defense

백혈구는 세균 침입에 맞서

against bacterial invaders,

우리 몸을 방어하는 혈액 세포인데

and when they sense this inflammation due to infection,

백혈구가 감염으로 인한 염증을 감지하면

they will enter from the blood into the lung

혈액으로부터 나와 폐 안으로 들어가

and engulf the bacteria.

세균을 먹어버리게 됩니다.

Well now you're going to see this happening

지금부터 여러분은 이 칩에 있는 실제 사람의 폐에서

live in an actual human lung on a chip.

이런 과정이 일어나는 것을 보실 수 있습니다.

We've labeled the white blood cells so you can see them flowing through,

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

and when they detect that infection,

감염을 감지하면

they begin to stick.

백혈구가 달라붙기 시작합니다.

They stick, and then they try to go into the lung

백혈구는 딱 달라붙은 채로 혈관 통로에서

side from blood channel.

폐 쪽으로 이동하려고 합니다.

And you can see here, we can actually visualize

여기 화면을 통해 보시죠. 지금 보이는 것이

a single white blood cell.

하나의 백혈구 세포입니다.

It sticks, it wiggles its way through

백혈구는 꿈틀꿈틀 움직이며

between the cell layers, through the pore,

세포막 사이의 구멍으로 들어가

comes out on the other side of the membrane,

막의 다른 쪽으로 나옵니다.

and right there, it's going to engulf the bacteria

그리고 바로 거기서 녹색으로 표시된

labeled in green.

세균을 먹어버리죠.

In that tiny chip, you just witnessed

이 작은 칩에서 여러분은 지금

one of the most fundamental responses

우리의 몸이 감염에 대응하는 가장 기본적인 반응중 하나를

our body has to an infection.

목격했습니다.

It's the way we respond to -- an immune response.

이것이 우리가 반응하는 방법, 즉 면역 반응이라고 하지요.

It's pretty exciting.

매우 흥미롭죠?

Now I want to share this picture with you,

자, 이제 이 사진을 함께 보았으면 하는데,

not just because it's so beautiful,

이것이 아름답기 때문만이 아니라

but because it tells us an enormous amount of information

이 칩 안에서 세포들이 어떤 일을 하는지에 대한

about what the cells are doing within the chips.

엄청난 정보들을 알려주기 때문입니다.

It tells us that these cells

이것을 통해 우리 폐에 있는 작은 기공에서

from the small airways in our lungs,

추출한 세포들이 폐에서 볼 수 있는 것과 같이

actually have these hairlike structures

머리카락과 비슷한 형태를

that you would expect to see in the lung.

띄고 있다는 것을 알 수 있습니다.

These structures are called cilia,

이런 형태를 섬모라고 하는데

and they actually move the mucus out of the lung.

이것들은 실제로 폐에서 점액을 빼냅니다.

Yeah. Mucus. Yuck.

그래요, 점액. 으웩.

But mucus is actually very important.

그러나 점액은 사실 매우 중요합니다.

Mucus traps particulates, viruses,

점액이 미립자, 바이러스,

potential allergens,

알러지를 일으킬 수 있는 물질을 가두면

and these little cilia move

이 작은 섬모가 움직여서

and clear the mucus out.

점액을 바깥으로 내보내 깨끗하게 만듭니다.

When they get damaged, say,

예를 들어 섬모가 담배 연기 때문에

by cigarette smoke for example,

손상을 입게 된다면

they don't work properly, and they can't clear that mucus out.

제기능을 못해서 점액을 치울 수 없습니다.

And that can lead to diseases such as bronchitis.

그래서 기관지염과 같은 질병을 유발할 수 있습니다.

Cilia and the clearance of mucus

섬모와 점액을 제거하는 것은

are also involved in awful diseases like cystic fibrosis.

낭포성 섬유증과 같은 무서운 질병과도 관련이 있습니다.

But now, with the functionality that we get in these chips,

그러나 이제는 이 칩 안에 내재된 기능을 가지고

we can begin to look

가능성 있는 새로운 치료법들을

for potential new treatments.

연구할 수 있게 되었습니다.

We didn't stop with the lung on a chip.

우리는 칩에 폐를 올려놓는 것에서 멈추지 않았습니다.

We have a gut on a chip.

우리는 칩에 장을 올려놓았습니다..

You can see one right here.

지금 보시는 것이 바로 그것 입니다.

And we've put intestinal human cells

그리고 우리는 사람의 장에 있는 세포를 가져와

in a gut on a chip,

칩안에 넣었고

and they're under constant peristaltic motion,

장 세포는 세포 사이사이를 졸졸 흐르며

this trickling flow through the cells,

끊임없이 연동합니다.

and we can mimic many of the functions

우리는 사람의 장에서나 볼 수 있을 것으로 생각되는

that you actually would expect to see

많은 기능들을

in the human intestine.

흉내낼 수 있습니다.

Now we can begin to create models of diseases

현재, 우리는 과민성 대장 증후군과 같은

such as irritable bowel syndrome.

질병들의 모델들을 개발하기 시작했습니다.

This is a disease that affects

이것은 정말 많은 사람들이

a large number of individuals.

가지고 있는 질병입니다.

It's really debilitating,

이건 정말로 심신을 쇠약하게 하는데

and there aren't really many good treatments for it.

제대로 된 좋은 치료법이 많지 않습니다.

Now we have a whole pipeline

자, 이제 우리는

of different organ chips

서로 다른 장기 칩들을 모두 연결한 전체를 가지고 있고

that we are currently working on in our labs.

실험실에서 연구하고 있습니다.

Now, the true power of this technology, however,

그러나 이 기술의 진정한 힘은

really comes from the fact

우리가 이 칩들을 유동성있게

that we can fluidically link them.

연결할 수 있다는 점에 있습니다.

There's fluid flowing across these cells,

세포들 사이에 액체가 흐르고 있어서

so we can begin to interconnect

우리는 여러개의 다른 칩들을

multiple different chips together

한꺼번에 연결해서

to form what we call a virtual human on a chip.

칩위에 소위 가상의 사람을 형성할 수 있는 것이죠.

Now we're really getting excited.

자, 매우 흥분되시죠.

We're not going to ever recreate a whole human in these chips,

이 칩 안에 사람을 통째로 재구현하려는 것이 아닙니다.

but what our goal is is to be able to recreate

우리의 목표는 우리 몸이 할 수 있는

sufficient functionality

기능을 충분히 재구현하여

so that we can make better predictions

사람의 몸 안에서 어떤 일이 발생하는지

of what's going to happen in humans.

더 나은 예측을 할 수 있도록 하는 것입니다.

For example, now we can begin to explore

예를 들어 에어로졸과 같은 약물이

what happens when we put a drug like an aerosol drug.

우리 몸에 들어가면 어떤 일이 생기는지 탐구하기 시작했습니다.

Those of you like me who have asthma, when you take your inhaler,

천식을 가진 저 같은 사람이 흡입기로 빨아들였을 때

we can explore how that drug comes into your lungs,

약물이 어떻게 폐로 들어가는지,

how it enters the body,

몸 안으로 어떻게 들어가는지,

how it might affect, say, your heart.

심장과 같은 곳에 어떻게 영향을 끼치는지 살펴볼 수 있습니다.

Does it change the beating of your heart?

심장 박동수를 변하게 하는지,

Does it have a toxicity?

독성은 없는지,

Does it get cleared by the liver?

간에 의해 제거 되는지,

Is it metabolized in the liver?

간 안에서 대사는 잘 이루어지는지,

Is it excreted in your kidneys?

신장을 통해 배출되는지 따위를 살펴볼 수 있죠.

We can begin to study the dynamic

우리는 약물에 대한 우리 몸의 역동적인 반응들을

response of the body to a drug.

연구할 수 있게 되었습니다.

This could really revolutionize

이것은 정말 혁명과도 같은 일이며

and be a game changer

현재의 판도를 뒤집는 계기가 될 수 있습니다.

for not only the pharmaceutical industry,

이것은 제약 산업 뿐만 아니라

but a whole host of different industries,

화장품 회사를 포함한

including the cosmetics industry.

다른 다양한 산업에도 해당됩니다.

We can potentially use the skin on a chip

우리는 칩위에 피부를 올려놓는 것을 개발중인데

that we're currently developing in the lab

이것을 이용하면

to test whether the ingredients in those products

동물 실험을 하지 않고서도

that you're using are actually safe to put on your skin

여러분들이 사용하고 있는 제품의 성분들이

without the need for animal testing.

실제로 여러분의 피부에 닿아도 안전한지 알 수 있습니다.

We could test the safety

그리고 가정 청소용품에 있는 화학 성분처럼

of chemicals that we are exposed to

일상 생활에서 매일 사용하면서 노출되는

on a daily basis in our environment,

화학 성분들의

such as chemicals in regular household cleaners.

안정성을 실험할 수 있습니다.

We could also use the organs on chips

또한 장기가 올려진 칩을

for applications in bioterrorism

생화학 테러나

or radiation exposure.

방사선 노출에 적용되는 상태를 보기위해 사용할 수 있습니다.

We could use them to learn more about

그것들로 에볼라 바이러스에 의한 질병이나

diseases such as ebola

사스(SARS)와 같은 치명적인 질병에 대해서도

or other deadly diseases such as SARS.

더 잘 알 수 있게 할 수 있을 것입니다.

Organs on chips could also change

칩에 올려진 장기들은

the way we do clinical trials in the future.

미래의 임상 시험의 판도를 바꿀 수 있습니다.

Right now, the average participant

지금 즉시, 임상 시험의 참가자를

in a clinical trial is that: average.

평균적인 군으로 할 수 있는 것입니다. 평균적으로요.

Tends to be middle aged, tends to be female.

지금 현재는 평균적으로 중년이며, 여성이 대체적으로 많습니다.

You won't find many clinical trials

어린이들이 참여하고 있는

in which children are involved,

임상시 험은 찾기 힘들 것입니다.

yet every day, we give children medications,

아직까지 날마다 우리가 아이들에게 먹이는 약들은

and the only safety data we have on that drug

어른들을 대상으로 실험하여 안전 허가를 받은

is one that we obtained from adults.

약들입니다.

Children are not adults.

어린이는 어른과 다릅니다.

They may not respond in the same way adults do.

아이들의 반응은 어른들의 반응과 같지 않을 수도 있습니다.

There are other things like genetic differences

이것 외에도 인구 집단에 따라

in populations

유전적 차이와 같은 다른 요소로 인해

that may lead to at-risk populations

약에 부작용을 일으킬 위험이 있는

that are at risk of having an adverse drug reaction.

위험 인구 집단이 생길 수도 있습니다.

Now imagine if we could take cells from all those different populations,

자, 이제, 모든 다양한 인구로부터 세포를 채취하여

put them on chips,

칩 안에 넣고

and create populations on a chip.

다양한 인구를 대변할 수 있는 칩을 만들 수 있다고 가정해 봅시다.

This could really change the way

그렇다면 이것은 임상 시험의 판도를

we do clinical trials.

완전히 바꾸어 놓을 것입니다.

And this is the team and the people that are doing this.

그리고 이분들이 칩을 개발하는 사람들입니다.

We have engineers, we have cell biologists,

기술자, 세포 생물학자,

we have clinicians, all working together.

임상 의사들이 모두 함께 일합니다.

We're really seeing something quite incredible

우리는 정말 믿기 어려운 일들을

at the Wyss Institute.

위스 연구소에서 경험하고 있습니다.

It's really a convergence of disciplines,

우리는 생물학이 설계 방법,

where biology is influencing the way we design,

계산 방법, 구축 방법에 영향을 미치는

the way we engineer, the way we build.

다양한 지식 분야의 융합을 경험하고 있습니다.

It's pretty exciting.

매우 흥미로운 일입니다.

We're establishing important industry collaborations

우리는 대규모 디지털 제조 산업으로 널리 알려진

such as the one we have with a company

회사와 함께 일하는 것과 같이

that has expertise in large-scale digital manufacturing.

중요한 산업의 협력 관계를 추진하고 있습니다.

They're going to help us make,

그 회사는 우리를 도와서

instead of one of these,

이런 칩을 하나만 만드는 게 아니라

millions of these chips,

수백만 개를 만들어서

so that we can get them into the hands

가능한 한 많은 연구자들에게

of as many researchers as possible.

이 칩들을 보낼 수 있겠죠.

And this is key to the potential of that technology.

이것이야말로 그 기술의 잠재력을 푸는 열쇠입니다.

Now let me show you our instrument.

이제 기기를 하나 보여드리죠.

This is an instrument that our engineers

이 기기는 우리 기술자들이

are actually prototyping right now in the lab,

지금 연구실에서 시제품으로 만들고 있는데

and this instrument is going to give us

이 기기는

the engineering controls that we're going to require

장기를 넣은 칩을 10개 이상 연결할 때 필요한

in order to link 10 or more organ chips together.

공학적인 조작을 할 수 있게 합니다.

It does something else that's very important.

또한 다른 아주 중요한 일을 하는데

It creates an easy user interface.

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

So a cell biologist like me can come in,

그래서 저같은 세포 생물학자가 들어와서

take a chip, put it in a cartridge

칩을 카트리지에 넣고

like the prototype you see there,

시제품에서 보시는 바와 같이

put the cartridge into the machine

카트리지를 기계 안으로 넣습니다.

just like you would a C.D.,

여러분이 씨디를 넣고

and away you go.

물러서듯이 말이죠.

Plug and play. Easy.

꽂으면 작동됩니다. 쉽죠.

Now, let's imagine a little bit

이제 미래가

what the future might look like

어떨지 조금 상상해 보죠.

if I could take your stem cells

여러분한테서 줄기 세포를 채취해서

and put them on a chip,

칩속에 넣습니다.

or your stem cells and put them on a chip.

즉 여러분의 줄기 세포를 칩에 넣는것입니다.

It would be a personalized chip just for you.

그건 여러분 자신만을 위한 맞춤형 칩이 되겠죠.

Now all of us in here are individuals,

여기 있는 우리는 개별적이고

and those individual differences mean

개인차는

that we could react very differently

약물에 대해 아주 다르게 반응할 수 있다는 뜻이며

and sometimes in unpredictable ways to drugs.

때로는 예상치 못한 반응을 일으킬 수도 있다는 것입니다.

I myself, a couple of years back, had a really bad headache,

저 자신은 몇 년전에 아주 심한 두통이 있어서

just couldn't shake it, thought, "Well, I'll try something different."

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

I took some Advil. Fifteen minutes later,

저는 '애드빌'을 먹었는데, 15분 뒤에는

I was on my way to the emergency room

급성 천식 발작으로

with a full-blown asthma attack.

응급실로 실려가고 있었습니다.

Now, obviously it wasn't fatal,

분명히 치명적이지는 않았지만

but unfortunately, some of these

불행하게도 이러한

adverse drug reactions can be fatal.

부작용들중 일부는 치명적일 수도 있습니다.

So how do we prevent them?

그렇다면 어떻게 이런 일을 방지할 수 있을까요?

Well, we could imagine one day

음, 우리는 언젠가

having Geraldine on a chip,

'제랄딘 칩',

having Danielle on a chip,

'다니엘 칩' 등

having you on a chip.

'자신의 칩'을 가질 수 있는 날을 상상할 수 있습니다.

Personalized medicine. Thank you.

개개인에 맞는 맞춤약이죠. 고맙습니다.

(Applause)

(박수)