미래 의학을 이끄는 유망 진로, 의공학의 모든 것! 의학과 공학이 만난 ‘의공학’은 오늘날 병원에서, 연구실에서 그리고 여러 기업에서 핵심적인 활약을 펼치고 있다. 《미래를 바꾸는 의학x공학》은 의공학의 정의를 시작으로 각 분야 전문가들의 구체적인 연구 내용을 청소년 눈높이에 맞춰 소개한다. 줄기세포를 이용해 잃어버린 몸의 일부분을 재생시키는 방법을 살펴보고, 컴퓨터와 뇌를 연결해 몸을 움직이는 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’로 사지마비 장애인이 새 삶을 사는 과정을 알려준다. 또한 크리스퍼 유전자 가위 기술을 자세히 알고 배아 편집을 둘러싼 생명윤리 문제를 함께 고민할 수도 있다. 지금 우리 주변에서 일어나고 있는 의학 혁명을 바로 알고, 앞으로 인류의 근본을 바꿀 생명공학의 기본 원리를 자연스레 익힐 수 있을 것이다. “비위가 약해 의사를 포기했다. 그러다 의공학에 한눈에 반했다.” 이 책에는 현장에서 의공학을 연구하거나, 대학에서 의공학을 가르치고 있는 전문가들의 이야기가 실려 있다. 이들은 화공학, 물리학, 컴퓨터공학 등 의학과는 거리가 있는 학문을 전공한 자신이 왜 ‘의공학자’가 되었는지 이야기한다. 의사가 되고 싶었지만 비위가 약해 포기한 화공학자는 이제 실험실에서 세포와 장기를 키워내는 연구를 하고 있다. 변호사를 꿈꾸던 법학도는 대학에서 들은 생물학 강의에 푹 빠져 사람의 통증을 줄여 주는 광유전학 분야로 뛰어들었다. ‘호기심이 많고 도전 정신이 강하며 생명을 사랑한다’는 점 외에는 공통점 하나 없는 사람들이 어떻게 ‘의공학’이라는 이름 아래 묶였을까? 그 답은 이들이 가진 바로 그 공통점에 있다. 호기심이 많고 도전 정신이 강하며 생명을 사랑하는, 생명공학이나 의학 분야에서 활약하길 원하는 청소년이라면 이 책을 통해 자신의 길을 찾아볼 수 있을 것이다. 다양한 분야를 거쳐 의공학자가 된 ‘선배’의 이야기는 아직 미래를 확신할 수 없지만 여러 가지를 경험하고 진로를 결정하고 싶은 청소년에게도 좋은 가이드가 되어 줄 것이다.

들어가며: 나무 발가락에서 인공 망막까지, 위대한 의공학 1장 인간이 도롱뇽처럼 재생될 수 있다면? 초능력을 가진 줄기세포 우파루파는 재생 챔피언 2장 맞춤형 인공 장기의 시대가 열린다 삐걱대는 무릎이여 안녕 더 건강한 폐로 숨쉬기 위해 작지만 강한 장기칩 3장 모든 것을 가능하게 만드는 뇌의 힘 해삼과 모기에게 배우는 뇌 지키는 법 사이보그와 함께 다가올 미래 생각만으로 움직이는 세상 4장 인간 게놈을 편집하면 벌어지는 일 영리하고 정확한 크리스퍼 유전자 가위 유전자 편집으로 암세포를 정복하라 눈으로는 볼 수 없는 DNA 수선 5장 신경과학계에 부는 돌풍들 광유전학으로 밝혀지는 뇌의 비밀 통증 치료부터 약물 남용 방지까지 행복을 만드는 자기유전학 뇌전증의 희망이 될 화학유전학 6장 유전공학에서 한 발 더, 합성생물학 오랫동안 살아남는 물질 만들기 합성 세균이 만들 미래 7장 의공학자가 되는 길 의학의 한계를 뛰어넘는 의공학 의공학자는 단서를 찾는 과학자 의공학을 선택한 사람들 용어설명

의학과 공학이 결합된 의공학은 갑자기 하늘에서 뚝 떨어진 학문이 아니다. 수천 년 동안 인류는 서투르게나마 신체 부위를 고치거나 바꿨다. 가장 오래된 인공 기관은 고대 이집트로 거슬러 올라간다. 나무 발가락을 달고 있는 미라가 발견된 것이다. 하지만 21세기인 요즘에는 콘택트렌즈, 안경, 보청기를 흔히 볼 수 있다, 이 모든 것이 부상이나 질병에 맞서 신체를 고치려고 의공학을 사용하는 방식이다. 우리는 의학 그리고 삶 자체를 생각하는 방법까지도 완전히 뒤바꿀 의공학 혁명 한가운데에 있다. _9쪽

아탈라가 이끄는 연구팀은 인간의 턱뼈, 근육, 귀까지도 만들어 내는 3D 바이오프린터 개발에 힘써 왔다. 귀를 만들기 위해 컴퓨터 단층 촬영CT으로 인간의 귀를 촬영하고 엑스선을 이용해 몇 번이나 3D 도면을 그렸다. 그러고는 생분해성 폴리머를 채운3 D 바이오프린터로 도면을 따라 귀 모양 지지체를 만들었다. 연구팀은 연골세포와 피부세포를 이 지지체에 이식했다. 연골세포는 귀나 코처럼 적당히 말랑하면서도 단단하고 탄력이 있는 조직(연골)을 만드는 역할을 한다. 아탈라는 필수 영양소와 산소를 세포로 운반할 작은 ‘혈관’도 만들었다. 약 6개월 후 ‘잉크’로 쓰인 재료가 생분해되었고, 그사이 이식한 연골세포와 피부세포는 자라고 증식해 인간의 세포로만 이루어진 귀 하나가 완성되었다. _40쪽

영화 〈매드맥스: 분노의 도로〉에서, 샤를리즈 테론이 연기한 최고 사령관 퓨리오사는 뇌의 힘으로 움직이는 인공 팔을 장착하고 있다. 영화 속에서만 가능한 이야기 같지만, 현실에서도 생각만으로 인공 기관, 로봇 등 외부 장치를 통제하는 능력을 손에 쥘 날이 다가오고 있다. 바로 ‘뇌-컴퓨터 인터페이스’라는 기술 덕분이다. 이 기술은 뇌가 보내는 전기 신호를 인식하고 분석해 기계 또는 다른 사람에게까지 전달한다. 59쪽

과학자들은 크리스퍼 유전자 가위 시스템이 어떻게 작동하는지 연구했다. 그 결과 특정 DNA 염기 서열에 맞는 RNA 형태의 크리스퍼 염기 서열을 연구실에서 만들어 캐스9에 집어넣을 수 있다는 사실을 알아냈다. 그러면 캐스9이 RNA와 일치하는 DNA 암호를 가진 게놈을 탐색해 자르기 시작할 것이다. 과학자들은 특정 유전자를 발현되지 않게 만들거나 고치는 데까지도 크리스퍼 유전자 가위 기술을 이용할 수 있다는 것을 깨달았다. _85쪽

연구팀은 어떤 세균의 게놈을 바탕으로 새로운 게놈을 만들어 그 세균에 다시 집어넣었다. 그 결과로 나온 생명체인 JCVI-syn1.0을 최초의 합성 세포라고 하는 과학자들이 있다. 반면 기존 게놈을 복사한 것이지 새롭게 설계한 게 아니라고 주장하는 이들도 있다. 그러나 벤터가 2010년 TED 강연에서 말했듯 그의 연구팀은 합성 생명체를 만들어 냈다. “지구상에서 최초로 등장한, 부모가 컴퓨터인 자기복제종입니다.” _125쪽

버냐크 노바코비치는 이렇게 말했다. “오늘날에는 직업을 가지고 나서 어떻게 살지 스스로 설계할 수 있습니다. 저는 새로운 세대가 위대하고 용감하다고 봅니다. 완전히 색다른 분야를 탐험하는 것을 두려워해서는 안 됩니다. …… 이제는 10~20년 후에 세상이 어떻게 변할지 상상조차 할 수 없어요. 여러분은 똑똑하면서도 유연해야 하고, 용감하면서도 독특한 것을 파헤쳐야 하죠. 바로 지금이 의공학에 뛰어들기 가장 좋은 시기입니다.” _149쪽