This tiny particle could roam your body to find tumors | Sangeeta Bhatia

번역: ejay kim 검토: Sungho Yoo

In the space that used to house one transistor,

예전에 트랜지스터 하나가 차지하던 공간에

we can now fit one billion.

지금은 10억 개를 넣을 수 있습니다.

That made it so that a computer the size of an entire room

방 하나만큼 크던 컴퓨터가

now fits in your pocket.

주머니에 들어갈 만큼 작아졌지요.

You might say the future is small.

미래의 세상은 작다고 할 수도 있겠죠.

As an engineer,

엔지니어로서

I'm inspired by this miniaturization revolution in computers.

저는 컴퓨터가 급격히 소형화된 점이 인상깊었습니다.

As a physician,

내과 의사로서

I wonder whether we could use it to reduce the number of lives lost

급증하는 질병으로 목숨을 잃는 환자를 줄이는데

due to one of the fastest-growing diseases on Earth:

이 기술을 활용하면 어떨까 생각했습니다.

cancer.

암.

Now when I say that,

제가 암이라고 하면

what most people hear me say is that we're working on curing cancer.

다들 암을 치료하는 일을 말하는 걸로 알죠.

And we are.

그렇긴 합니다.

But it turns out

하지만

that there's an incredible opportunity to save lives

암을 조기에 발견하고 예방하면 생명을 살릴 기회는

through the early detection and prevention of cancer.

엄청나게 높아집니다.

Worldwide, over two-thirds of deaths due to cancer are fully preventable

암 사망의 2/3 이상은

using methods that we already have in hand today.

요즘 기술로도 충분히 막을 수 있습니다.

Things like vaccination, timely screening

백신이나 적시 검진같은 것들이죠.

and of course, stopping smoking.

물론 금연도 포함되구요.

But even with the best tools and technologies that we have today,

하지만 최고의 방법과 기술을 써도

some tumors can't be detected

어떤 종양은 10년간 자라나

until 10 years after they've started growing,

5천만 개의 암세포로 강해지고 나서야

when they are 50 million cancer cells strong.

발견됩니다.

What if we had better technologies

만약 우리가 이런 치명적인 암을

to detect some of these more deadly cancers sooner,

더 일찍 발견할 수 있다면 어떨까요?

when they could be removed,

암이 발생하기 시작하고

when they were just getting started?

이를 제거할 수 있을 때 말입니다.

Let me tell you about how miniaturization might get us there.

소형화 기술이 여기에 어떻게 사용되는지 말씀드리겠습니다.

This is a microscope in a typical lab

이건 보통 연구실에 있는 현미경인데요.

that a pathologist would use for looking at a tissue specimen,

병리학자가 생검이나 팹 테스트(자궁암 조기 검사)를 위해서

like a biopsy or a pap smear.

조직 표본을 살펴볼 때 쓰지요.

This $7,000 microscope

누군가는 수년간 전문 수련을 받고

would be used by somebody with years of specialized training

700만원짜리 이 현미경으로

to spot cancer cells.

암세포를 찾을 겁니다.

This is an image from a colleague of mine at Rice University,

이것은 라이스 대학의 제 동료인 레베카 리차드 코텀이 보내준

Rebecca Richards-Kortum.

이미지입니다.

What she and her team have done is miniaturize that whole microscope

그 팀에서는 이 현미경 전체를 축소해서

into this $10 part,

광섬유 끝에 달기 좋은

and it fits on the end of an optical fiber.

만원 짜리 작은 부품으로 만들었습니다.

Now what that means is instead of taking a sample from a patient

이제 환자에게서 샘플을 채취해

and sending it to the microscope,

현미경으로 가져오는 대신에

you can bring the microscope to the patient.

현미경을 환자에게로 가져갈 수 있게 된거죠.

And then, instead of requiring a specialist to look at the images,

그리고 전문가가 이미지를 보는 대신에

you can train the computer to score normal versus cancerous cells.

컴퓨터를 훈련시켜 정상 세포와 암세포를 찾아보게 합니다.

Now this is important,

이 부분이 중요한거죠.

because what they found working in rural communities,

왜냐면 시골 마을에서는

is that even when they have a mobile screening van

이동 검사 차량으로 방문해

that can go out into the community and perform exams

검사를 하고

and collect samples

샘플을 모아

and send them to the central hospital for analysis,

병원 본부에 분석을 의뢰하러 보내고

that days later,

며칠 후

women get a call with an abnormal test result

환자는 비정상적인 검사 결과를 통보받고

and they're asked to come in.

병원으로 오라는 얘기를 듣죠.

Fully half of them don't turn up because they can't afford the trip.

그 환자들의 반은 형편이 안되서 병원을 방문하지도 못합니다.

With the integrated microscope and computer analysis,

현미경과 컴퓨터 분석이 통합되어

Rebecca and her colleagues have been able to create a van

레베카와 동료들은 진단과 치료 장비를 갖춘 차량을

that has both a diagnostic setup and a treatment setup.

만들 수 있었습니다.

And what that means is that they can do a diagnosis

그래서 현장에서

and perform therapy on the spot,

진단하고 치료를 해서

so no one is lost to follow up.

후속 치료를 놓치는 사람이 없죠.

That's just one example of how miniaturization can save lives.

이것은 소형화 기술이 생명을 구하는 사례 중 하나일 뿐입니다.

Now as engineers,

이번에는 공학자로서

we think of this as straight-up miniaturization.

우리는 이런 것을 '그대로 소형화'라고 생각했습니다.

You took a big thing and you made it little.

커다란 것을 작게 만들죠.

But what I told you before about computers

하지만 제가 앞서 컴퓨터를

was that they transformed our lives

어디로든 가져갈 정도로 충분히 작게 만들면

when they became small enough for us to take them everywhere.

우리 생명도 구할 거라고 말씀드렸지요.

So what is the transformational equivalent like that in medicine?

그러면 의약에서 이에 해당되는 것은 뭘까요?

Well, what if you had a detector

자, 아주 작은 탐지기가

that was so small that it could circulate in your body,

우리 몸을 돌아다니다가

find the tumor all by itself

스스로 종양을 발견하고

and send a signal to the outside world?

외부에 알려주면 어떨까요?

It sounds a little bit like science fiction.

공상 과학처럼 들리시죠.

But actually, nanotechnology allows us to do just that.

하지만 사실 나노기술로 이렇게 할 수 있습니다.

Nanotechnology allows us to shrink the parts that make up the detector

나노 기술로 탐지기를

from the width of a human hair,

사람 머리카락의 두께만큼 줄이면

which is 100 microns,

100 마이크론이 되는데

to a thousand times smaller,

이걸 천 배 더 줄이면

which is 100 nanometers.

100 나노미터가 됩니다.

And that has profound implications.

그러면 엄청난 일이 가능해져요.

It turns out that materials actually change their properties

물질은 나노 단위가 되면

at the nanoscale.

속성이 바뀝니다.

You take a common material like gold,

금을 예로 들면

and you grind it into dust, into gold nanoparticles,

먼지로 갈아서 금 나노 입자로 만들면

and it changes from looking gold to looking red.

금으로 보이지 않고 붉게 보이지요.

If you take a more exotic material like cadmium selenide --

셀렌화 카드뮴같은 좀 더 낯선 물질을 예로 들어볼까요.

forms a big, black crystal --

이 물질은 원래 큰 검은 결정을 형성하는데

if you make nanocrystals out of this material

나노 결정으로 만들어

and you put it in a liquid,

액체에 넣으면

and you shine light on it,

빛나는 불빛을

they glow.

얻을 수 있어요.

And they glow blue, green, yellow, orange, red,

크기에 따라 파랑, 초록, 노랑, 주황, 빨강으로

depending only on their size.

변합니다.

It's wild! Can you imagine an object like that in the macro world?

말도 안되죠! 매크로 세상에서 이런 물체를 상상할 수 있나요?

It would be like all the denim jeans in your closet are all made of cotton,

내 옷장의 청바지가 모두 면 소재인데도

but they are different colors depending only on their size.

크기만 다르면 색상도 달라지는 것과 같다구요.

(Laughter)

(웃음)

So as a physician,

그래서 의사로서

what's just as interesting to me

저는 나노 단위의 크기에 따라

is that it's not just the color of materials

물질의 색상이 달라지는 것 만큼이나

that changes at the nanoscale;

몸 속을 돌아다니는 방식도

the way they travel in your body also changes.

And this is the kind of observation that we're going to use

이런 관찰 결과를 이용해

to make a better cancer detector.

더 나은 암 탐지기를 만들 것입니다.

So let me show you what I mean.

제가 말씀드리는 내용을 보여드리겠습니다.

This is a blood vessel in the body.

이건 몸 속의 혈관입니다.

Surrounding the blood vessel is a tumor.

혈관을 종양이 감싸고 있지요.

We're going to inject nanoparticles into the blood vessel

나노 입자를 혈관에 주입하면

and watch how they travel from the bloodstream into the tumor.

혈류를 타고 어떻게 종양으로 가는지 보겠습니다.

Now it turns out that the blood vessels of many tumors are leaky,

종양의 혈관에는 새는 구멍이 있는데

and so nanoparticles can leak out from the bloodstream into the tumor.

혈류에 있던 나노 입자는 이 구멍으로 빠져나와 종양으로 갑니다.

Whether they leak out depends on their size.

나노입자의 크기에 따라 빠져나올지 말지 결정되죠.

So in this image,

이 영상에서

the smaller, hundred-nanometer, blue nanoparticles are leaking out,

파랑색인 100 나노미터짜리 작은 나노 입자가 새어 나오고 있고

and the larger, 500-nanometer, red nanoparticles

빨간색인 500 나노미터짜리 큰 나노 입자는

are stuck in the bloodstream.

혈류에 남아 있지요.

So that means as an engineer,

공학자의 눈으로 보니

depending on how big or small I make a material,

입자를 어떤 크기로 만드느냐에 따라

I can change where it goes in your body.

몸의 어디로 보낼지 정할 수 있겠더라구요.

In my lab, we recently made a cancer nanodetector

우리 연구실에서 최근에 나노 암 탐지기를 만들었는데

that is so small that it could travel into the body and look for tumors.

아주 작아서 몸 속을 다니며 종양을 찾아줍니다.

We designed it to listen for tumor invasion:

종양이 증식하는지를 감지하도록 설계했지요.

the orchestra of chemical signals that tumors need to make to spread.

다시 말해, 종양이 증식될 때 발생되는 화학 신호들을 알아차립니다.

For a tumor to break out of the tissue that it's born in,

종양이 발생한 조직에서 밖으로 커져 나오려면

it has to make chemicals called enzymes

근육의 기반이 되는 부분을 잘게 뜯어서 나와야 하는데

to chew through the scaffolding of tissues.

이 때 효소라고 하는 화학 물질을 만들어 냅니다.

We designed these nanoparticles to be activated by these enzymes.

이 효소가 우리가 만든 나노 입자를 가동시키게 만든거지요.

One enzyme can activate a thousand of these chemical reactions in an hour.

효소 하나로 이런 화학 반응 천 개를 활성화하는데 한 시간이 걸리지 않습니다.

Now in engineering, we call that one-to-a-thousand ratio

공학에서는 이렇게 1 대 1000로

a form of amplification,

반응하는 것을 증폭이라고 하는데

and it makes something ultrasensitive.

초고감도 장비를 만들 수 있습니다.

So we've made an ultrasensitive cancer detector.

우리는 초고감도 암 탐지기를 만들었구요.

OK, but how do I get this activated signal to the outside world,

자 그런데 이런 신호를 어떻게 외부로 보내

where I can act on it?

제가 조치할 수 있을까요?

For this, we're going to use one more piece of nanoscale biology,

우리는 콩팥과 관련한

and that has to do with the kidney.

나노 생물학 기술을 이용할 겁니다.

The kidney is a filter.

콩팥은 필터죠.

Its job is to filter out the blood and put waste into the urine.

혈액을 거르고 남은 찌꺼기를 소변으로 보냅니다.

It turns out that what the kidney filters

콩팥은 물질의 크기를 기준으로

is also dependent on size.

입자를 걸러냅니다.

So in this image, what you can see

이 영상에서 보시듯이

is that everything smaller than five nanometers

혈액이 콩팥을 지나면 5 나노미터보다 작은 건

is going from the blood, through the kidney, into the urine,

모두 소변으로 가고

and everything else that's bigger is retained.

그보다 큰 건 모두 남지요.

OK, so if I make a 100-nanometer cancer detector,

그러니까 제가 100 나노미터짜리 암 탐지기를 만들어

I inject it in the bloodstream,

혈관에 주입하면

it can leak into the tumor where it's activated by tumor enzymes

탐지기는 종양으로 침투해서

to release a small signal

종양 효소에 의해 활성화되어

that is small enough to be filtered out of the kidney

콩팥을 통과할 정도로 작은 물질을 방출하는 겁니다.

and put into the urine,

이 물질이 소변으로 나오면

I have a signal in the outside world that I can detect.

저는 외부에서 그걸 감지하면 되겠죠.

OK, but there's one more problem.

그런데 한 가지 문제가 더 있어요.

This is a tiny little signal,

이 신호 물질이 아주 작은데

so how do I detect it?

제가 어떻게 감지하죠?

Well, the signal is just a molecule.

신호라고 해봐야 분자 하나일 뿐인데요.

They're molecules that we designed as engineers.

공학자들이 만든 분자예요.

They're completely synthetic, and we can design them

완전 합성 물질이니

so they are compatible with our tool of choice.

우리 용도대로 만들 수 있지요.

If we want to use a really sensitive, fancy instrument

질량 분석기라는

called a mass spectrometer,

아주 멋지고 똑똑한 장비를 쓴다면

then we make a molecule with a unique mass.

질량이 독특한 분자를 만드는 겁니다.

Or maybe we want make something that's more inexpensive and portable.

아니면 더 저렴하고 휴대할 만한 것도 좋겠지요.

Then we make molecules that we can trap on paper,

그러면 분자를 만들어서 임신 테스트기같은

like a pregnancy test.

종이로 감지할 수 있습니다.

In fact, there's a whole world of paper tests

사실 진단 분야에

that are becoming available in a field called paper diagnostics.

온갖 종류의 진단지 테스트가 나오고 있습니다.

Alright, where are we going with this?

자, 우리는 이걸로 뭘 할까요?

What I'm going to tell you next,

제가 다음에 말씀드릴 것은

as a lifelong researcher,

제가 평생 연구하려는

represents a dream of mine.

꿈에 대한 것입니다.

I can't say that's it's a promise;

약속이라고 말씀드릴 수는 없고

it's a dream.

꿈이라고 하겠습니다.

But I think we all have to have dreams to keep us pushing forward,

우리는 앞으로 나가기 위해 지향할 꿈이 필요합니다

even -- and maybe especially -- cancer researchers.

암 연구자일지라도요. 어쩌면 암 연구자니까 더 그래야하죠.

I'm going to tell you what I hope will happen with my technology,

제가 말씀드리려는 것은 이 기술로 제가 바라는 것을 만들어

that my team and I will put our hearts and souls

저와 팀이 심혈을 기울여서

into making a reality.

실현해 내겠다는 것입니다.

OK, here goes.

그럼, 시작해보죠.

I dream that one day,

언젠가는

instead of going into an expensive screening facility

고가의 장비를 이용해서

to get a colonoscopy,

결장 내시술,

or a mammogram,

유방 X선 촬영 검사,

or a pap smear,

팹 검사를 하는 대신

that you could get a shot,

주사를 한 대 맞고

wait an hour,

한 시간 기다린 후

and do a urine test on a paper strip.

종이에 소변 검사를 하게 될 거예요.

I imagine that this could even happen

제 생각에는

without the need for steady electricity,

지속적인 전력 공급이 없이도

or a medical professional in the room.

의학 전문가가 현장에 없이도 이렇게 될 수 있어요.

Maybe they could be far away

전문가는 멀리서

and connected only by the image on a smartphone.

스마트폰 영상으로 볼 수 있겠지요.

Now I know this sounds like a dream,

허황되게 들리겠지만

but in the lab we already have this working in mice,

우리 연구실에서 이미 쥐를 대상으로 실험하고 있고

where it works better than existing methods

폐암, 대장암이나 난소암을 발견하는 데

for the detection of lung, colon and ovarian cancer.

기존 방법보다 탁월했습니다.

And I hope that what this means

이 연구로

is that one day we can detect tumors in patients

전 세계

sooner than 10 years after they've started growing,

각계 각층 환자에게서

in all walks of life,

종양이 발생한 지 10년이나 되기 전에

all around the globe,

암을 검진하여

and that this would lead to earlier treatments,

조기 치료로

and that we could save more lives than we can today,

오늘날보다 더 많은 생명을 살리는 날이

with early detection.

오기를 희망합니다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)