“군사”, “군인”, “임플란트”라는 말을 같은 문장으로 들으면 영화 주인공인 제이슨 본의 이미지를 연상시킨다. 그러나 좋은 기술이 여기 있다.

군대는 현재 과학자들과 협력하여 군인에게 이식할 수 있는 새로운 기술을 개발하고 있다. 그러나 이번에는 초 인간 암살자를 만드는 것과는 관련이 없으며 시차 및 설사를 진압하는 것과 관련이 있다.

지난 5월 Northwestern University의 연구원들은 DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency)와 군인을 위한“살아있는 약국”역할을 할 무선 이식 장치를 개발하기 위해 3,300만 달러의 계약을 체결했다. '환자'에게 필요한 모든 것이 자신의 몸에서 생산될 수 있기 때문에 살아있는 약국이라고 한다.

NTRAIN (일주기 시계의 내부 네트워크에서 리듬의 정규화 타이밍)이라고 하는 이 장치는 신체의 일주기 시계를 제어하고 시차, 피로, 심지어 위장 문제까지 제거하도록 설계되었다.

성공한다면 이식형 장치는 교대 근무자, 응급 처치자, 만성 질환자 등 군인 이외의 사람들에게도 도움이 될 수 있다. 순수한 공상 과학 소설처럼 들릴지 모르지만 임플란트의 연구자들은 그것이 우리가 질병을 치료하는 방법을 영원히 바꿀 수 있다고 주장한다.

각성제나 설사제 병을 들고 다니는 대신 제안된 장치는 주문형 치료제를 끝없이 공급할 것이다. 우리는 피로와 설사가 군인이 직면한 두 가지 주요 문제로 생각하지 않을 수 있지만 연구에 따르면 심각한 신체 및 인지장애로 이어질 수 있다.

이 장치는 유전적으로 조작된 세포와 생체 전자 공학을 결합하여 펩티드라고하는 작은 단백질을 생성한다. 펩티드는 신체에서 자연적으로 발생하지만 팔이나 신체의 다른 부분에 피하로 이식된 장치는 착용자가 표적화 된 맞춤형 펩티드 요법을 투여하기 위한 시기와 용량을 제어할 수 있게 한다.

펩티드 요법은 펩티드 (짧은 아미노산 문자열)를 사용하여 세포가 해당 펩티드에 특정한 기능을 수행하도록 지시한다. 이것은 다양한 질병에 대한 치료를 조정할 수 있음을 의미한다.

작동 원리

Northwestern University의 수석 연구원인 Jonathan Rivnay는 임플란트가 유전적으로 조작된 빛에 민감한 세포를 포함할 것이라고 말한다. 그의 팀은 장치의 수면 구성 요소를 연구하고 있다.

합성생물학과 생체전자공학을 결합한 팀은 수면주기를 조절하기 위해 신체가 만드는 것과 동일한 펩타이드를 생성하도록 세포를 설계하고 생체 전자 제어로 타이밍과 용량을 정확하게 조정한다. 조작된 세포가 빛에 노출되면 정확하게 투여된 펩티드 요법을 생성한다.

이 장치에는 두 가지 중요한 구성 요소가 있다.

-마이크론 규모의 LED 조명

-펩타이드라고하는 특정 단백질을 만들기 위해 유전적으로 조작된 빛에 민감한 세포

NTRAIN 임플란트의 클로즈업은 빛에 의해 활성화될 때 정밀한 펩타이드 요법을 생산하는 내부 세포 공장을 보여준다. 이 장치는 세포 공장을 단단히 폐쇄하여 치료법이 신체로 확산되도록 한다.- Northwestern University

“빛에 의해 촉발될 때 세포는 펩타이드를 만들어 혈류로 들어간다.”고 그는 말한다. 거기에서 펩티드는 착용자가 교정하기를 원하는 모든 질병을 조절하는 데 도움이 될 수 있다.

유전적으로 조작된 세포는 실제로 혈류에 들어가지 않는다. 그들은 오케스트라 지휘자와 약간 비슷하다. 자연적으로 발생하는 펩티드에게 언제 어디로 가야 할지 말하지만 악기를 연주하지는 않는다.

예를 들어 잠을 잔다고 치자. Rivnay는 "우리 몸에는 여러 개의 시계가 있다. 기본적으로 모든 세포에는 시계가 있다."

시차는 시계가 잘못 정렬될 때 발생한다. 그럴 때 체온이 약간 변한다.임플란트에는 온도 센서가 있고 착용자의 체온에 대한 데이터를 수집하여 오 정렬이 발생하는 시기를 인식할 수 있다. 그런 다음 Rivnay는 "당신의 신체가 그 온도에 도달할 때 특정 시간에 빛을 비추도록 장치를 프로그래밍하여 특정 펩티드를 혈류로 전달한다."고 말한다.

펩티드는 신호 분자 역할을 하고 세포가 해당 펩티드에 특정한 기능을 수행하도록 지시하기 때문에 기능적으로 사용자의 세포가 문제를 해결하도록 지시할 수 있다.

이 모든 것은 Rivay가 약 1x3cm가 될 것으로 예상하는 장치에서 발생한다. 그것은 연필의 너비와 두 아스피린의 길이 정도이다. 그 작은 표면에는 모든 것이 있다.

Rivnay는 "무선 통신 기능, 모든 LED와 셀, 그와 유사한 모든 기능을 갖추게 될 것이다."고 설명한다. 그런 다음 장치는 스마트 워치나 휴대폰과 같은 웨어러블을 통해 외부 세계와 통신한다. 궁극적으로 Rivnay와 그의 동료들은 중단된 수면주기에서 회복하는 데 걸리는 시간을 절반으로 줄이기를 희망한다.

필요한 이유

효과가 있는 경우 임플란트는 의약품 이외의 여러 이점을 제공한다.

-가지고 다닐 것이 없다. 필요한 모든 것은 몸 안에 있다.

-보충하거나 보강할 것이 없다. Rivnay는 "이 세포를 살아 있고 행복하게 유지할 수 있는 한, 임플란트는 빛을 비추는 것만으로 관심 분자를 생성할 수 있다."고 말한다. "주문형 제작이 가능하며 절대로 떨어지지 않는다."

-세포가 유전적으로 조작되는 동안, 그들이 생산하는 펩티드는 신체 고유의 것이다.

마지막 요점은 연구원들이 장치의 안전 테스트에 도달하는 데 4~5 년의 일정이 현실적이라고 생각하는 이유이다.

"[유전적으로 조작된] 세포는 캡슐화 되고 장치 내에서 닫힌다."고 그는 설명한다. “혈류로 들어가는 것은 신체 고유의 것이다. 면역 체계의 공격을 받을 까봐 걱정할 필요가 없다.”

신체 생리학적 신호를 기반으로 외부 허브는 사용자의 일주기 리듬을 감지하고 임플란트를 트리거하여 정밀하게 투여 된 펩타이드 요법을 생성한다.- Northwestern University

군대가 이 기술에 대해 처음으로 알아차렸지만 Rivnay는 성공한다면 수면을 훨씬 뛰어 넘는 애플리케이션을 보고 있다. 모든 것이 잘되면 우울증, 당뇨병 및 수많은 기타 질병 치료에 혁명을 일으킬 수 있다.

"이러한 세포를 조작할 때 이러한 분자를 만들기 위해 자체 자연 기계를 사용하게 된다."고 Rivnay는 말한다. "기본적으로 해당 프로세스를 해킹하고 필요에 따라 셀이 이를 수행하도록 할 수 있다."

이것이 미래를 위해 어떤 의미를 갖는가?

연구원들이 프로세스의 시작 단계에 있는 동안 Rivnay는 세부적인 단계별 계획을 가지고 있다고 말한다. "이러한 정부 계약의 성격은 매우 이정표 중심이다. 지금 우리는 실험실에서 개별 구성 요소를 개발하고 있다."

모든 것이 잘 진행되고 모든 다른 구성 요소가 함께 작동하는 것처럼 보이면 세포 배양과 작은 동물 실험으로 넘어가게 된다.

"모든 것이 순조롭게 진행되면 DARPA의 자금 지원으로 4년 반 안에 안전 연구에 착수할 것이다. 따라서 모든 것이 계획대로 진행되면 안전하다는 것을 알 수 있지만 여전히 해야 한다. 효과적인지 확인하기 위해 더 많은 테스트를 수행한다.”

이와 같은 장치의 인기는 크기에 따라 달라질 수 있다. "일반적인 사람들은 아마 이 크기의 장치를 원하지 않을 것이다."고 Rivnay는 말한다. 결국 절개와 외래 시술이 필요할 가능성이 크지만 사람들이 열망하는 것이 아니다.

"만약 모든 것이 순조롭게 진행된다면 DARPA의 자금 지원으로 4년 반 안에 안전 연구에 참여하게 될 것이다." 그러나 만성 질환이나 질병을 앓고 있거나“정말로 수면을 잃는”사람들에게 그는 많은 관심을 볼 것으로 기대한다.

“나는 그 사람들이 이것을 시도하고 싶어하는 것을 볼 수 있다.”고 그는 말한다. “많은 사람들이 자원을 하게 될 것 같다.”

결국 장치를 더 작게 만들 수 있다면 Rivay는 이것이 더 많은 사람들에게 개방될 수 있다고 믿는다. 즉, 최초 대응자나 군대 같은 사람을 생각하면 된다. "우리가 장치를 바늘 크기로 축소할 수 있도록 기술을 밀어붙일 수 있다면 사람들이 센티미터 크기의 장치보다 그것에 더 관심을 갖는 것을 볼 수 있다."고 그는 말한다.