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May 18, 2024

생체공학이 되다: 생물학을 넘어서는 공학

Eliza Strickland, Ariel Bleicher, Mia Lobel 및 Laurie Howell의 "Becoming Bionic"은 엔지니어와 과학자가 자연을 공학으로 변환하는 방법을 탐구합니다. 생활에서 관찰한 내용을 적응시킵니다.

글: 엘리자 스트릭랜드, 아리엘 블라이셔, 미아 로벨, 로리 하웰

"Becoming Bionic"은 엔지니어와 과학자가 자연을 공학으로 전환하는 방법을 탐구합니다. 그들은 살아있는 세계에서 관찰한 내용을 적용하여 단순한 생물학적 구조의 모방을 넘어 유용한 제품이나 프로세스를 만듭니다. "새천년 엔지니어" 시리즈의 일부인 이 프로그램은 미국 국립과학재단 공학부와 IEEE Spectrum Magazine이 공동 제작한 것입니다.

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Susan Hassler: 우리는 알려진 모든 생명체의 기본 생물학적 단위부터 시작하겠습니다. 세포.

Phil Ross: 생체 공학에 대해 이야기할 때 일반적으로 인체를 더 강하고 더 효율적으로 만들기 위해 인체에 추가되는 하드웨어에 대해 이야기합니다. 하지만 엘리자 스트릭랜드는 다른 방향으로 나아가는 아이디어에 대해 이야기하기 위해 여기에 왔습니다.

엘리자 스트릭랜드: 그렇죠. 아이디어는 다음과 같습니다. 과학자들은 신체에서 살아있는 인간 세포를 채취하여 외부 장치에 추가함으로써 의학 연구에서 큰 발전을 이룰 수 있다고 생각합니다.

Susan Hassler: 우리는 여전히 인간과 하드웨어의 병합에 대해 이야기하고 있는데, 그 병합이 연구실의 장치에서 일어나고 있다고요?

엘리자 스트릭랜드: 맞습니다. 특히 흥미로운 사례 중 하나는 오르간 온 칩(organ-on-a-chip) 기술입니다. 장기 온 칩(Organ on a Chip)은 엄지 손가락보다 작은 실리콘 고무 칩에 심장이나 폐와 같은 인간 장기의 필수 기능을 모방하려는 시도입니다.

수잔 해슬러(Susan Hassler): 그러면 연구자들은 왜 이러한 소형 모조 장기를 만들고 싶어합니까?

Eliza Strickland: 음, 그들은 이 칩이 신약 개발에 사용될 수 있기를 바라고 있습니다. 그들은 칩을 통해 이러한 장기에 대한 신약을 테스트하는 것이 동물을 대상으로 테스트하는 것보다 저렴하고 빠르며 논란의 여지가 적을 것이라고 말합니다. 더 자세히 알아보기 위해 저는 이 기술에 대한 세계 최고의 전문가를 만나러갔습니다.

Don Ingber: 저는 Don Ingber입니다. 저는 하버드 대학교 Wyss 생물학 영감 공학 연구소의 창립 이사입니다.

엘리자 스트릭랜드(Eliza Strickland): 저는 보스턴에 있는 Wyss Institute 본부, 유리로 된 고층 건물 내부에서 Ingber를 만났습니다. 설립된 지 불과 3년밖에 안 된 연구소인데 모든 것이 반짝반짝 새 것처럼 보입니다. Ingber는 실험실을 안내하고 일부 샘플이 전시되어 있는 실험실 벤치에 멈춥니다.

Don Ingber: 여기 보이는 것은 폐, 심장, 신장, 골수, 내장입니다.

엘리자 스트릭랜드: 하지만 우리는 항아리에 피가 스며드는 지저분하고 살찐 장기를 보고 있는 것이 아닙니다. 대신, 우리는 몇 개의 작은 선이 새겨져 있는 투명하고 유연한 다섯 개의 작은 플라스틱 조각을 바라보고 있습니다. 여러 개의 튜브가 칩에 연결되어 공기나 혈액과 같은 액체를 밀어냅니다. 이것은 인간 장기의 매우 깨끗하고 단순화된 버전입니다.

Don Ingber: 예, 이것이 칩 위의 폐입니다. 이것은 컴퓨터 메모리 스틱 크기의 수정처럼 투명한 마이크로 장치이므로 실제로 인간 폐의 기계적 호흡 동작과 흐름 및 흡수를 모방하지만 실제로 잡을 수 있습니다.

엘리자 스트릭랜드: 이 칩에서는 수만 개의 인간 세포가 번성하고 있습니다. 그리고 페트리 접시에서처럼 정리되지 않은 덩어리로 자라지 않습니다. 대신, 이 칩은 혈액이 작은 모세혈관을 통해 흐르고 이산화탄소를 신선한 산소로 교환하는 폐의 7억 개 기낭 중 하나의 기본 구조를 복제합니다.

엘리자 스트릭랜드(Eliza Strickland): 이 칩에는 해면질의 다공성 막이 한쪽 면에 폐 세포로 코팅되어 있으며 공기는 미세한 채널을 통해 폐 세포 위로 흐릅니다. 막의 다른 쪽은 우리의 가장 작은 혈관에서 발견되는 모세혈관 세포로 코팅되어 있으며, 혈액을 흉내내는 액체가 또 다른 작은 채널에서 이 세포를 지나 흐릅니다.

Eliza Strickland: 이를 통해 연구자들은 칩에서 바로 단순화된 형태로 생물학적 과정이 일어나는 것을 관찰할 수 있습니다. 예를 들어 연구자들은 칩의 기도에 약물을 넣고 그것이 혈액에 어떻게 흡수되는지 관찰할 수 있습니다.