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[1조 달러 클럽의 탄생(6·끝)] '차세대' 1조 달러 기업 후보는 누구?
- 미국 증시에서 시가총액 1조 달러(약 1400조 원)를 돌파한 기업들이 속속 등장하며 '1조 달러 클럽'은 단순한 성공의 상징을 넘어 글로벌 경제를 새롭게 정의하는 경제적 패러다임으로 자리 잡았다. 애플, 마이크로소프트, 알파벳(구글 모기업), 아마존, 엔비디아, 메타, 버크셔 해서웨이, 테슬라, 브로드컴에 이르기까지, 클럽의 멤버들은 혁신의 최전선에서 전 세계 투자자와 소비자들에게 깊은 인상을 남긴다. 흥미로운 점은 이 기업들 중 다수가 불과 몇 년 만에 1조 달러 클럽에 합류했다는 것이다. 하지만 1조 달러 클럽은 단순히 숫자의 위력만을 보여주는 것이 아니다. 이는 기술 혁신, 시장 지배력, 글로벌 확장성, 그리고 지속 가능한 성장의 조화라는 복합적인 기준에 의해 달성된다. 그렇다면, 앞으로 이 클럽에 합류할 가능성이 있는 차세대 기업은 어떤 모습일까? 시리즈의 최종회인 여섯 번째 기사는 '차세대' 1조 달러 기업의 후보에 대해 알아본다. [편집자 주] '테슬라·TSMC·바이오테크?'⋯1조 달러 이끌 차세대 주자들 1조 달러 클럽에 진입하기 위해 기업들은 단순한 성장 이상의 조건을 충족해야 한다. 우선 혁신적인 기술력, 지속 가능한 비즈니스 모델, 그리고 글로벌 경제를 선조할 수 있는 영향력이 필수적이다. 투자자들은 단기적인 이익이 아닌 장기적인 성장 가능성, 싲방 점유율, 그리고 산업에서의 변곡점을 주도할 기업들을 주목한다. 전기차 혁신을 주도하며 에너지 전환 시대를 선도하는 테슬라는 이미 글로벌 자동차 시장의 패러다임을 바꾸고 있다. 테슬라의 강점은 단순한 차량 판매에 머물지 않는다. 배터리 기술, 에너지 저장 솔루션, 태양광 사업 등 재생에너지 분야에서의 확장 가능성은 기업 가치를 더 높인다. 하지만 중국 시장 의존도와 전기차 경쟁 심화는 여전히 리스크로 작용할 수 있다. 최근 테슬라의 주가는 급격한 상승세를 보이며 2024년 12월 11일 종가 기준 사상 최고치인 479.86달러를 기록했다. 이는 2023년 1월 최저점인 108달러 배디 약 4.4배 가까이 상승한 것이다. 특히 2024년 11월 5일 미국 대선 이후 트럼프 당선에 따른 규제 완화 기대감, 자율주행 로보택시 '사이버캡' 개발 전망, 월가의 긍정적 평가와 목표주가 상향 등의 요인으로 주가가 급등했다. 그러나 테슬라의 이러한 급격한 주가 상승세가 지속될 수 있을지는 미지수다. 여전히 중국 시장 의존도, 전기차 시장 경쟁 심화, 자율주행 기술 개발 속도 등 불확실성이 존재하기 때문이다. 또한, 높은 금리가 성장 기업들의 자금 조달 비용을 증가시키고 투자 심리를 위축시킬 수 있다는 점도 유의해야 한다. 글로벌 반도체 시장의 핵심 기업인 TSMC는 엔비디아와 애플 같은 클럽 멤버들의 필수적인 파트너다. 특히, 인공지능(AI)과 클라우드 컴퓨팅 기술이 발전함에 따라 최첨단 반도체 제조 기술에 대한 수요가 지속적으로 증가한다. 이러한 흐름에 힘입어 TSMC는 지난 2024년 10월 14일 장중 시가총액 1조 달러(종가 기준 9967억 달러)를 돌파하는 기염을 토했다. 하지만 지정학적 리스크(중국-대만 갈등)는 TSMC의 가장 큰 도전 과제다. 미-중 갈등이 심화되면서 TSMC는 미국 정부의 압력으로 중국 기업과의 거래에 제약을 받고 있으며, 이는 TSMC 성장에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 실제로 최근 미국 정부의 정책 변화와 정치적 불확실성, 특히 미중 갈등과 트럼프 전 대통령의 당선 등으로 인해 TSMC 주가는 변동성을 보이며 2024년 11월 11일에는 1조 달러 아래로 하락했다. 또한, 삼성전자와 인텔 등 경쟁 기업들의 추격도 TSMC에게는 위협 요인이다. 게다가 경기 침체 가능성은 반도체 수요 감소로 이어져 TSMC의 실적에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 엔비디아 신화 넘어설까? 1조 달러 클럽 노리는 기업들의 치열한 경쟁 글로벌 헬스케어 산업은 고령화와 팬데믹 이후 빠르게 성장하고 있다. 유전자 편집, AI 기반 신약 개발, 맞춤형 의료 기술을 선도하는 기업들은 투자자들의 주목을 받는다. 특히 CRISPR(크리스퍼-유전자 편집 가위) 기술을 활용하는 일루미나(Illumina), AI로 신약 개발을 가속화하는 모더나(Moderna), 그리고 바이오엔텍(BioNTech)과 같은 기업들은 새로운 1조 달러 클럽의 후보로 거론된다. 하지만 긴 임상 시험 주기와 규제 리스크는 해결해야 할 과제다. 신약 개발은 막대한 비용과 시간이 소요되며, 성공 가능성도 매우 낮다. 또한, 각국의 규제와 정책 변화는 바이오테크 기업들의 성장을 제한할 수 있다. AI와 재생에너지, 그리고 헬스케어-차세대 성장 동력 엔비디아의 성공은 AI의 상업화 가능성을 여실히 보여준다. AI는 단순히 소프트웨어에 국한되지 않고, 로봇 공학, 자율주행, 디지털 헬스케어까지 다양한 산업에 걸쳐 경제적 가치를 창출한다. 구글 딥마인드와 같은 선도 기업과 함께 AI 기반 스타트업의 급성장은 새로운 투자 기회를 열어준다. AI 시장 규모는 2023년 약 1500억 달러(약 215조 원)에서 2030년에는 1조 5970억 달러(약 2293조 원)까지 성장할 것으로 예상된다. 테슬라와 넥스테라 에너지(NextEra Energy)는 에너지 전환 시대의 핵심 플레이어다. 글로벌 정부들이 탄소 중립 목표를 설정하며 태양광, 풍력, 수소 에너지 기술의 상업화가 더욱 가속화될 전망이다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면,2050년까지 재생에너지가 전 세계 전력 생산의 약 90%를 차지할 것으로 예상된다. 하지만, 에너지 저장 기술의 한계와 초기 인프라 비용은 기업들에게 도전 과제로 남아 있다. AI와 데이터 분석이 결합된 디지털 핼스케어는 빠르게 성장 중이다. 측히 유전자 데이터와 맞춤형 치료 기술을 보유한 기업들이 시장 판도를 바굴 가능성이 크다. 고령화로 인한 의료 수요 증가와 기술 발전은 헬스케어 기업들이 1조 달러 클럽에 진입할 주요 원동력이 될 것이다. 글로벌 헬스케어 시장 규모는 2022년 약 8452억 달러(약 1240조 원)에서 2030년에는 약 1조 3730억 달러(약 2015조 원)까지 성장할 것으로 예상된다. 투자자들을 사로잡을 1조 달러 클럽, 미래 경제 지형을 바꿀 게임 체인저는 누구? 1조 달러 클럽의 멤버십은 단순한 성공의 척도가 아니라, 미래 경제를 이끌어갈 기업들에게 부여되는 특별한 상징이다. 차세대 후보군으로 거론되는 테슬라, TSMC, 바이오테크 기업들은 기술 혁신과 시장 선도력을 통해 새로운 클럽 멤버로 자리 잡을 가능성이 크다. 이들은 기존의 패러다임을 바꾸고 새로운 경제 지형을 형성하며 글로벌 투자자들에게 꾸준히 주목받을 것이다. 하지만 투자는 항상 리스크를 동반한다. 1조 달러 클럽 후보 기업들에 투자할 때는 지정학적 리스크, 규제 환경 변화, 시장 포화, 금리 인상, 경기 침체 가능성 등 다양한 요인들을 면밀히 분석하고, 장기적인 관점에서 투자를 결정해야 한다. 1조 달러 클럽에 합류하는 것은 쉽지 않지만, 성공한다면 막대한 수익을 가져다줄 것이다.
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[1조 달러 클럽의 탄생(6·끝)] '차세대' 1조 달러 기업 후보는 누구?
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[신소재 신기술(142)] 난임 치료의 혁신-나팔관 막힘 제거하는 '자성 로봇 나사' 개발
- 난임 치료 분야에서 기존의 수술법을 대체할 수 있는 획기적인 기술이 등장했다. 자성으로 구동되는 마이크로 로봇 나사가 나팔관 막힘을 제거하는 방식으로, 난임의 주요 원인 중 하나를 해결하는 새로운 가능성을 열었다. 중국 선전 첨단기술연구원(SIAT) 자성 소프트 마이크로로봇 연구실은 나팔관 폐쇄로 인한 여성 난임 치료를 위해 '자성 마이크로 로봇(magnetic microrobot)' 나사를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링이 전했다. 이는 전 세계 수백만명의 여성에게 영향을 미치는 나팔관 폐쇄 문제를 해결할 수 있는 기술로 주목받고 있다. 자성 로봇은 회전하는 자기장을 이용해 기계적인 움직임을 발생시키며, 기존의 카테터와 유도 와이어를 이용한 수술적 방식보다 덜 침습적인 치료법으로 기대를 모은다. 연구진은 이번 기술이 난임 치료 방법을 개선하고, 나팔관 폐쇄로 임신에 어려움을 겪는 여성들에게 새로운 희망을 제공할 것이라고 밝혔다. 정밀한 로봇 기술로 나팔관 폐쇄 난임 해결 전 세계적으로 약 1억8600만명이 난임을 겪고 있으며, 여성 난임 사례의 11~67%가 나팔관 폐쇄로 인한 것이다. 전통적인 치료법은 카테터와 유도 와이어를 사용해 나팔관을 뚫는 방식이지만, 이러한 절차는 환자의 몸에 기기를 삽입해야 하며 침습적이고 불편함을 유발할 수 있다. 이에 연구팀은 기존 수술법보다 덜 침습적인 대안을 개발하고자 했다. 연구팀이 개발한 마이크로 로봇은 비자성 감광성 수지로 제작된 후, 표면에 얇은 철층을 입혀 자성을 부여했다. 로봇은 자기장에 반응해 회전하며, 이를 통해 나팔관을 모사한 유리 채널을 통과한다. 실험 결과 이 로봇은 여성 생식 기관에서 발생하는 막힘을 모방한 세포 덩어리를 성공적으로 제거했다. 자성 마이크로 로봇은 섬세하고 좁은 나팔관 구조를 정확하게 통과하며, 정확한 내비게이션이 가능함을 입증했다. 로봇이 회전하는 동안 소용돌이장을 형성해 막힌 찌꺼기를 뒤쪽으로 밀어내며 막힘을 효과적으로 제거한다. 이 같은 특별한 움직임과 설계는 나팔관 내 장애물을 효율적이고 정밀하게 제거하는 데 기여한다. 마이크로 로봇, 다양한 실험 통해 효과 입증 연구팀은 다양한 실험을 통해 시스템의 유효성을 입증했다. 회전하는 로봇 나사가 장벽에 쌓인 찌꺼기를 밀어내며, 시뮬레이션된 나팔관 막힘을 효과적으로 제거하는 모습을 보였다. 팀은 향후 더 정교하고 소형화된 로봇을 개발할 계획이며, 실제 장기 모델에서의 테스트와 실시간 위치 추적을 위한 생체 내 이미징 시스템 통합을 목표로 하고 있다. SIAT 염구팀의 하이펑 쉬(Xu Haifeng)는 "이번 기술은 기존의 카테터와 유도 와이어를 이용한 수술 방식부다 덜 침습적인 대안이 될 수 있다"며 "환자의 부담을 덜고 치료효과를 높이는 데 기여할 것"이라고 밝혔다. 연구팀은 자동 제어 시스템을 개발해 막힘 제거의 효율성을 높이고, 수술 등 다양한 의료 분야에 이 기술을 확대 적용할 계획이다. 쉬 박사는 "궁극적으로 난임을 겪는 환자들에게 더 효과적이고 최소 침습적인 솔루션을 제공하는 것이 목표"라고 덧붙였다. 이번 연구 결과는 학술지 'AIP 어드밴시스(AIP Advances)'에 게재됐다.
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[신소재 신기술(142)] 난임 치료의 혁신-나팔관 막힘 제거하는 '자성 로봇 나사' 개발
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[먹을까? 말까?(83)] 초가공식품, 대장암 위험 높인다?⋯염증과의 연관성 확인
- 초가공식품 섭취가 대장암의 발병 위험을 높일 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 사우스플로리다대학(USF) 연구팀에 따르면 초가공식품은 비정상적인 염증 반응과 면역 체계 억제를 초래해 암세포 증식을 촉진하는 것으로 밝혀졌다고 사이언스 얼럿이 전했다. 세계보건기구(WHO)에 따르면 대장암은 세계에서 세 번째로 흔한 암이며, 암 사망 원인 중 두 번째를 차지한다. 특히 50세 이상에서 주로 발병하나, 최근 연구에 따르면 젊은 층에서도 대장암 진단 사례가 증가하고 있다. '초가공식품(ultra-processed foods)'은 산업적으로 가공된 식품으로, 첨가물이 많이 포함되어 있으며 본래의 원재료 성분이 거의 남아 있지 않은 식품을 말한다. 일반적으로 맛, 질감, 색상, 보존성을 높이기 위해 첨가물을 사용하거나, 섬유질과 영양소가 제거된 식품이 이에 해당된다. 간편하게 먹을 수 있는 가공식품으로는 냉동 피자, 냉동 만두, 컵라면, 즉석밥, 즉석국, 감자칩, 가공된 햄버거,초콜릿바, 인스턴트 수프 등이 있다. 대장암과 염증의 관계 대장암은 만성적인 염증과 밀접한 관련이 있다. 염증은 몸의 방어 체계가 활성화되는 신호로 작용하지만, 균형이 깨지면 면역 체계가 억제되고 세포 증식이 과도하게 이루어져 암세포가 성장하기 쉬운 환경이 조성된다. 사우스플로리다대학의 티모시 예이트먼 교수(외과학)는 "건강하지 않은 식단은 체내 염증을 증가시키는 것으로 잘 알려져 있다. 이제 우리는 이러한 염증이 대장암 종양에도 영향을 미친다는 것을 확인했다"며, "초가공식품 중심의 식단은 만성 염증을 유발하고 면역 체계를 억제해 암 성장을 돕는다"고 설명했다. 초가공식품이 미치는 영향 초가공식품은 면역 균형을 유지하는 데 필요한 지방산과 섬유질이 부족하다. 특히 오메가-6 지방산이 풍부한 식단은 만성 염증을 악화시키고 대장암과의 강한 연관성을 보인다. 식물성 기름(해바라기유, 유채유, 옥수수유 등)에 포함된 리놀레산은 염증을 유발하는 아라키돈산(AA)으로 대사된다. 이는 대장암 발병 메커니즘을 이해하는 데 중요한 단서로 작용한다. 연구팀은 액체 크로마토그래피와 질량 분석법(LC-MS/MS)을 이용해 81명의 대장암 환자와 건강한 대조군의 대장 조직에서 지방산을 분석했다. 암 조직에는 염증을 촉진하는 분자가 다량 존재했으며, 이를 억제하고 염증을 해결하는 매개체는 극히 부족했다. 건강한 식단으로 염증 완화 가능 반면, 가공되지 않은 다양한 식품에는 우리 몸의 염증을 가라앉히는 균형잡힌 지방산이 들어 있다. 아보카도와 같은 식품에 포함된 오메가-3 지방산은 염증을 해소하는 생리활성 지질로 대사된다. 이는 염증을 억제하고 암세포의 성장을 막는 데 도움을 줄 수 있다. 연구에 참여한 USF의 가네시 할라데 교수(약리학)는 "가공식품에서 유래한 지질은 면역 체계를 직접적으로 교란해 만성 염증을 유발한다"며, "오메가-3 지방산이 풍부한 건강한 식단은 암 환자의 염증 반응을 개선할 수 있다"고 강조했다. 연구팀은 암 종양 주변 환경의 면역 잠재력을 활용해 대장암 치료에 적용할 수 있는 가능성을 열었다. 이러한 연구는 대장암뿐만 아니라 다른 암 유형에서도 유사한 효과를 기대할 수 있다. 이번 연구는 의학 저널 거트(Gut)에 게재됐다.
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[먹을까? 말까?(83)] 초가공식품, 대장암 위험 높인다?⋯염증과의 연관성 확인
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[윌로우 양자 혁명의 시작(7·끝)] 윌로우, 양자 도약과 인류의 미래⋯기술 철학의 새로운 미래를 열다
- 양자 컴퓨터는 이제 공상 과학이 아닌 현실이다. 구글이 개발한 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 계산 능력의 한계를 넘어 새로운 가능성의 문을 열었다. 하지만 기술의 발전은 단순히 효율성과 성능의 문제로 끝나지 않는다. 윌로우는 인간의 윤리와 사회적 책임, 기술과 철학의 경계선에서 중요한 질문을 던지고 있다. 이번 회에서는 윌로우가 인류의 미래에 제시하는 철학적·사회적 의미를 탐구하며, 기술의 진정한 의미를 되짚어본다. [편집자 주] 자연의 언어를 읽다…양자역학의 운영체제 양자 컴퓨팅은 자연의 언어, 즉 양자역학을 기반으로 작동한다. 고전 컴퓨터가 0과 1의 이진법으로 정보를 처리한다면, 양자 컴퓨터는 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 활용하여 훨씬 더 많은 정보를 동시에 처리할 수 있다. 윌로우는 오늘날 가장 빠른 슈퍼컴퓨터 중 하나가 10의 25제곱년 걸리는 계산을 5분 이내에 수행했다. 10의 25제곱년은 글로 표현하면 10,000,000,000,000,000,000,000,000년이다. 이 엄청난 숫자는 물리학에서 알려진 시간 척도를 넘어 우주의 나이를 크게 넘어선다. 이처럼 윌로우는 인간이 과거에는 상상조차 하지 못했던 문제를 해결할 수 있는 능력을 제공하지만 이와 동시에 윤리적 문제를 동반한다. 양자 컴퓨터가 기존 암호학 기술을 무력화하는 것처럼, 윌로우의 기술은 오용될 경우 사회적 갈등을 유발하거나 개인의 프라이버시를 침해할 가능성이 있다. 양자 컴퓨터는 RSA, ECC와 같은 기존 암호 체계를 빠르게 해독할 수 있다. 이로 인해 양자 내성 암호(Quantum-Resistant Crystography) 개발이 중요해 지고 있다. 아울러 양자 컴퓨팅 기술과 함께 양자 암호학(QKD)을 활용해 해킹에 강한 통신 네트워크 구축이 가능하다. 이처 양자 기술의 발전에는 책임감 있는 사용과 윤리적 가이드라인이 필수적이다. 기술의 목적이 무엇인지, 그리고 이를 통해 어떤 가치를 실현할 것인지에 대한 사회적 논의가 필요하다. 신약 개발 등 첨단 기술 앞당겨 양자 컴퓨터는 분자의 복잡한 상호작용을 시뮬레이션할 수 있어 신약 개발 시간을 단축하고 성공률을 높일 수 있다. 아울러 방대한 유전체 데이터를 효율적으로 분석하여 맞춤형 치료제 개발에 기여할 수 있다. 양자 시뮬레이션을 통해 신소재 개발에 기여할 수 있다. 예를 들어 초전도체나 고성능 배터리 소재 등 새로운 물질의 특성을 정확히 예측하고 최적화된 재료를 설계할 수 있다. 양자 컴퓨터는 기존의 머신러닝 알고리즘보다 더 빠르고 효율적으로 대규모 데이터를 설계할 수 있다. 그로 인해 데이터 분류, 클러스터링, 강화 학습 등에서 혁신적인 성능을 발휘할 수 있다. 금융 시장에서 복잡한 위험 요소를 더 정밀하게 분석해 투자 전략을 최적화할 수 있다. 양자 알고리즘을 활용해 금융 데이터의 패턴을 더 정교하게 분석하고 시장 예측력을 높일 수 있다. 아울러 기후 변화의 다양한 변수를 빠르게 분석해 더 정교한 모델을 제공할 수 있다. 국방 및 안보 분야에서 방대한 정보를 빠르게 분석해 전략적 의사 결정을 할 수 있다. 기존 레이더보다 월씬 더 정교하고 감지 능력이 뛰어난 시스템 개발이 가능하다. 그밖에 우주선의 최적 항로를 계산해 연료를 절약하고 탐사 효율을 극대화하며, 복잡한 천체 물리학 문제를 더 정확하게 해결할 수 있다. 이처럼 양자 컴퓨팅은 현재 초기 단계에 있지만 앞으로 기술이 성숙함에 따라 더 다양한 산업에서 응용될 가능성이 크다. 협력과 공유 통한 기술의 민주화 구글 퀀텀 AI는 윌로우의 기술을 독점하지 않고, 오픈소스 소프트웨어와 교육 자료를 통해 전 세계 연구자들과 공유하고 있다. 이러한 협력적 접근은 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고, 기술 발전의 혜택을 전 세계적으로 분배하는 데 기여한다. 이는 기술 민주화의 본보기가 될 수 있으며, 기술 발전이 일부 계층이나 국가에만 국한되지 않도록 하는 중요한 사례로 평가받고 있다. 기술과 철학, 새로운 질문을 던지다 윌로우는 단순히 계산 속도를 높이는 도구가 아니라, 인간 존재와 기술의 관계에 대한 새로운 질문을 던진다. 기술이 인간의 한계를 초월할 때, 우리는 무엇을 추구해야 할까? 기술 발전이 인류의 이익을 넘어선 순간, 우리는 어떤 선택을 해야 할까? 이러한 질문은 단지 과학자나 기술 전문가들만의 것이 아니다. 사회 전체가 윌로우와 같은 기술이 가져올 변화를 논의하고, 이를 바람직한 방향으로 이끌어야 한다. 미래를 여는 윌로우, 새로운 시작의 문을 열다 윌로우는 단순한 양자 컴퓨팅 칩이 아니다. 이는 기술과 윤리, 사회적 책임과 인간의 한계를 넘어 새로운 미래를 열어가는 첫걸음이다. 의약품 개발, 기후 변화 대응, 에너지 혁신 등 다양한 분야에서 윌로우는 인류가 직면한 난제를 해결할 수 있는 도구로 자리잡고 있다. 하지만 그와 동시에 윌로우는 우리에게 기술의 본질과 목표에 대해 다시금 생각해보게 만든다. 양자 컴퓨팅은 이제 막 시작됐다. 그리고 그 여정은 인간의 창의성과 협력을 바탕으로 계속 이어질 것이다. <윌로우, 양자 혁명의 시작> 시리즈는 양자 컴퓨팅 기술의 선두 주자인 윌로우를 통해, 기술이 인간과 사회에 미치는 영향과 가능성을 탐구하는 여정을 담아냈다. 구글의 윌로우가 열어갈 새로운 세계는 단순히 기술 혁신을 넘어, 인간 존재의 의미와 미래를 재정의하는 데 기여할 것이다. 이제 윌로우는 우리 모두에게 새로운 가능성의 문을 활짝 열어 보이고 있다.
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[윌로우 양자 혁명의 시작(7·끝)] 윌로우, 양자 도약과 인류의 미래⋯기술 철학의 새로운 미래를 열다
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(6)] 새로운 시대를 여는 양자 컴퓨팅…윌로우가 제시하는 미래
- 구글의 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 단순한 기술적 진보를 넘어, 인류 문명과 기술의 관계를 재정의하고 있다. 에너지, 의료, 환경 등 다양한 분야에서 혁신을 이끌며 양자 컴퓨팅 시대의 가능성을 열어가고 있는 윌로우, 이번 회에서는 윌로우가 만들어갈 미래의 모습과 함께, 기술 발전이 가져올 윤리적 질문과 사회적 영향을 깊이 있게 탐구한다. [편집자 주] 양자 컴퓨팅이 가져올 기회와 도전 양자 오류를 극복한 윌로우는 에너지 혁신, 신약 개발, 환경 문제 해결 등 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 강력한 도구로 주목받고 있다. 예를 들어, 윌로우는 복잡한 기후 모델링과 도시 설계 시뮬레이션을 통해 더 지속 가능한 미래를 설계하는 데 기여할 수 있다. 또한, 약물 개발 속도를 대폭 향상시켜 난치병 치료제 개발에도 새로운 가능성을 열어 준다. 그러나 이러한 기술적 가능성은 새로운 문제를 동반한다. 양자 컴퓨터는 RSA 암호화를 비롯한 기존 보안 체계를 무력화할 수 있는 능력을 가짐으로써 금융, 국방, 개인 정보 보호 등 다양한 분야에서 심각한 위협을 가할 수 있다. 양자 컴퓨팅과 윤리…기술의 목적은 무엇인가? 기술 발전은 인간 삶의 질을 높이는 데 기여해야 한다는 점에서 윌로우의 사회적 역할은 매우 중요하다. 양자 컴퓨팅의 막대한 계산 능력이 잘 못 사용될 경우, 악의적인 해커나 권위주의적인 정부에 의해 사회적 통제를 강화하는 도구로 변질될 위험이 있다. 따라서 윌로우와 같은 양자 컴퓨팅 기술이 윤리적으로 활용될 수 있도록 투명한 정책과 규제가 필요하다. 예를 들어, 구글 퀀텀 AI는 오픈소스 플랫폼을 통해 기술을 공개하며, 학계 및 산업계와 협력하여 기술 발전의 윤리적 기준을 세우고 있다. 환경과 지속 가능성에 대한 윌로우의 기여 윌로우는 에너지 산업에서 혁신적인 역할을 할 잠재력을 가지고 있다. 예를 들자면 윌로우는 전기차 배터리와 태양광 패널의 설계를 최적화함으로써 에너지 효율성을 극대화하고 지속 가능한 에너지 전환을 가속화할 수 있다. 또한 복잡한 기후 모델링과 탄소 배출 감소 시뮬레이션을 통해 기후 변화 대응에 실질적인 도움을 줄 수 있다. 하지만 양자 컴퓨터의 운영에는 극저온 환경을 유지하는 데 상당한 에너지가 소모된다. 이는 에너지 효율성 측면에서 개선해야 할 중요한 과제로 남아 있다. 기술 민주화…협력과 공유의 필요성 구글은 윌로우 칩의 기술적 성과를 전 세게적으로 공유하며, 기술의 민주화를 실현하고자 한다. 오픈소스 소프트웨어와 교육 자료를 제공함으로써 연구자와 개발자들이 윌로우를 활용한 응용 프로그램 개발에 참여할 수 있도록 장려하고 있다. 이러한 협력은 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고, 기술 발전의 이점을 전 세계적으로 공유하는 데 기여할 것이다. 양자 컴퓨팅이 만들어낼 미래의 가능성 윌로우는 인류가 직면한 복잡한 문제를 해결할 강력한 도구로 에너지, 신약 개발 등 의료, 환경, 보안 등 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것이다. 하지만 그와 동시에 윤리적 논의와 사회적 협의가 반드시 동반되어야 하며, 기술 발전이 모든 사람에게 공평하게 혜택을 줄 수 있도록 해야 한다. 다음 회에서는 양자 컴퓨팅과 철학적 관점을 중심으로 윌로우가 인류 사회에 제시하는 새로운 가능성과 도전을 다룬다. [윌로우, 양자 혁명의 시작(7·끝)]에서 이어진다.
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(6)] 새로운 시대를 여는 양자 컴퓨팅…윌로우가 제시하는 미래
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[퓨처 Eyes(63)] 손가락 끝 재생, 비밀은 바로 '기계적 부하'?
- 인류는 오랫동안 상상 속에서 잃어버린 팔다리를 재생하는 능력을 꿈꿔왔다. 신화 속 영웅이나 SF 영화의 주인공처럼 말이다. 이러한 꿈이 현실에서 이루어질 가능성이 점점 커지고 있다. 텍사스 A&M 대학교의 켄 무네오카 박사 연구팀은 최근 '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치(Journal of Bone and Mineral Research)'와 '디벨롭멘탈 바이올로지(Developmental Biology)' 저널에 발표한 논문에서 신체 재생의 핵심 메커니즘을 밝혀냈다. 놀랍게도 그 핵심은 신경이 아닌 '기계적 부하', 즉 신체에 가해지는 물리적 힘이었다. 기계적 부하란 뼈에 가해지는 물리적인 힘으로, 압력, 장력, 전단력 등 다양한 형태로 작용한다. 걷거나 뛰는 등의 일상적인 활동은 물론, 운동이나 재활 치료를 통해서도 뼈에 기계적 부하가 가해진다. 기존의 재생 의학 연구는 주로 신경이나 성장 인자에 초점을 맞추었지만, 이번 연구는 기계적 부하의 중요성을 강조하며 새로운 치료법 개발에 대한 가능성을 제시한다. 무네오카 박사는 "부하가 없으면 아무 일도 일어나지 않지만, 부하가 다시 가해지면 짧은 지연 후 재생이 시작된다"고 설명했다. 이는 신경이 재생에 필수적인 요소가 아님을 명확히 보여준다. 포유류 재생의 미스터리⋯손가락 끝에 숨겨진 재생 능력 포유류의 뼈 재생은 복잡하고 제한적인 과정이다. 골절이 발생하면 골막에서 가골이 형성되어 손상 부위를 연결하지만, 큰 골절이나 복잡한 손상은 완전히 치유되지 않는 경우가 많다. 골 견인 신생술과 같은 수술적 기술은 뼈의 성장을 촉진하지만, 완전한 재생과는 거리가 멀다. 그러나 예외적인 사례가 있다. 바로 손가락 끝 재생이다. 인간과 쥐는 손가락 끝이 절단되면 놀라운 재생 능력을 보여준다. 절단된 뼈는 물론, 주변 조직까지 원래 상태로 복구되는 것이다. 이 독특한 현상은 오랫동안 과학자들의 호기심을 자극해 왔다. 무네오카 박사 연구팀은 손가락 끝 재생 과정을 면밀히 분석했다. 절단 후 초기에는 염증 반응과 함께 파골세포가 활성화되어 절단된 뼈의 추가적인 손실이 일어난다. 이후 배아형성체(blastema)라는 미분화 세포 덩어리가 형성되고, 여기서 다양한 세포들이 증식하며 새로운 뼈를 만들어낸다. 기계적 부하가 뼈 재생에 미치는 영향 흥미로운 점은 이 과정에서 기계적 부하가 결정적인 역할을 한다는 것이다. 물리적 힘이 부족하면 뼈 형성이 저하되는 현상이 관찰되었다. 무네오카 박사팀은 기계적 부하의 역할을 명확히 규명하기 위해 '후지 부하 모델'을 사용했다. '저널 오브 본 앤 미네랄 리서치'에 게재된 연구에서, 실험 동물의 뒷다리를 특수 장치를 이용하여 들어올려 무중력 상태와 유사한 환경을 조성하여 기계적 부하를 제거한 것이다. 그 결과, 재생 과정이 완전히 멈추는 것을 확인했다. 반대로, 기계적 부하를 다시 가하자 재생이 다시 시작됐다. 텍사스 A&M 대학교의 수의생리학 및 약리학과 책임자인 래리 수바 박사도 이 연구 결과를 높이 평가하며, "기존의 재생 연구에서 기계적 부하를 고려하지 않았다는 점에서 큰 전환점이 될 것"이라고 말했다. 그는 "기계적 부하는 성장 인자만큼이나 중요하다. 이는 앞으로 과학자들이 문제를 해결하는 방식에 근본적인 변화를 가져올 것"이라고 덧붙였다. 신경보다 중요한 기계적 부하 이 실험은 기존 과학계의 통념을 뒤엎는 결과였다. 지금까지 신경이 재생에 필수적인 요소로 여겨졌지만, '디벨롭멘탈 바이올로지'에 발표된 후속 연구에서 무네오카 박사팀은 기계적 부하가 더 중요한 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 심지어 신경이 제거된 손가락 끝도 기계적 부하가 가해지면 재생이 가능했다. 무네오카 박사는 "신경은 재생의 필수 요소가 아니라, 여러 요소 중 하나일 뿐"이라고 강조했다. 재생 의학의 새로운 지평⋯분자 칵테일, 희망을 불어넣다 무네오카 박사팀의 발견은 인간 사지 재생이라는 오랜 꿈을 현실로 만들 가능성을 제시한다. 연구팀은 기계적 부하를 모방하는 '분자 칵테일' 개발을 통해 물리적 힘 없이도 재생을 유도할 수 있을 것으로 전망한다. 이 분자 칵테일은 세포 성장과 분화를 조절하는 다양한 성장 인자와 신호 물질로 구성될 것으로 예상된다. 예를 들어, 뼈 형성을 촉진하는 BMP(뼈 형성 단백질), 혈관 생성을 촉진하는 VEGF(혈관 내피 성장 인자) 등이 포함될 수 있다. 물론 인간의 완전한 사지 재생까지는 아직 넘어야 할 산이 많다. 현재까지는 동물 실험 단계이며, 인간에게 적용하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다. 하지만 무네오카 박사팀의 연구는 중요한 돌파구를 마련했으며, 재생 의학 연구에 새로운 방향을 제시했다. 과학자들의 끊임없는 도전과 혁신이 계속된다면, 언젠가 인류는 사지 재생의 꿈을 이루고 질병과 사고로 고통받는 사람들에게 새로운 희망을 선사할 수 있을 것이다.
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- 포커스온
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[퓨처 Eyes(63)] 손가락 끝 재생, 비밀은 바로 '기계적 부하'?
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[증시 레이더] 외국인 매도에 코스피 1.29% 하락…2차전지株 '직격탄'
- 외국인의 대규모 매도세와 미국의 전기차 관세 우려로 코스피와 코스닥이 동반 하락했다. 17일 코스피는 전 거래일 대비 32.16포인트(1.29%) 내린 2,456.81로 마감했다. 외국인은 유가증권시장에서 7,132억 원어치를 순매도하며 하락세를 주도했다. 반면 개인과 기관은 각각 4,655억 원과 1,518억 원을 순매수했다. 시가총액 상위 종목 중 삼성전자(-2.52%), 삼성바이오로직스(-2.5%), 현대차(-2.13%) 등이 일제히 하락했다. 특히 삼성SDI(-6.08%), LG에너지솔루션(-3.89%), 에코프로비엠(-7.8%) 등 2차전지 주가 큰 폭으로 급락했다. 도널드 트럼프 차기 정권이 전기차 지원 축소와 배터리 소재 관세 부과를 검토한다는 소식이 악재로 작용했다. 반면 브로드컴의 호재에 힘입어 시스템반도체 관련주는 급등했다. 시그네틱스(29.89%), 에이직랜드(29.07%) 등이 상한가를 기록했다. 코스닥도 4.06포인트(0.58%) 내린 694.47에 마감하며 약세를 면치 못했다. 한편 원/달러 환율은 FOMC 회의에 대한 경계감과 외국인 매도세로 3.5원 오른 1,439원에 거래를 마쳤다. [미니해설] 트럼프 관세 우려에 2차전지株 급락⋯외국인 매도에 코스피 2,450선 후퇴 코스피가 외국인의 거센 매도 공세와 2차전지 업종의 급락에 2,450선으로 후퇴했다. 미국 도널드 트럼프 정권의 전기차 정책 변화가 주식시장에 큰 충격을 안겼다. 17일 코스피는 전 거래일 대비 32.16포인트(1.29%) 하락한 2,456.81에 거래를 마쳤다. 코스피는 장 초반 2,487선에서 출발했지만, 외국인의 7,132억 원대 순매도 물량이 쏟아지며 낙폭을 키웠다. 이날 외국인의 매도 규모는 비상계엄 사태 이후 최대치였던 지난달 29일(7,483억 원)에 이어 가장 큰 수준이다. 이에 반해 개인과 기관은 각각 4,655억 원과 1,518억 원을 순매수하며 시장을 방어하려 했지만 역부족이었다. 특히 시장의 눈길을 끈 것은 2차전지 업종의 급락이다. 삼성SDI(-6.08%), LG에너지솔루션(-3.89%), POSCO홀딩스(-2.4%), 코스닥의 에코프로비엠(-7.8%)과 에코프로(-6.28%) 등이 일제히 하락했다. 이는 도널드 트럼프 차기 행정부의 정책 변화 우려 때문이다. 정권 인수팀이 전기차 지원책을 축소하고 배터리 소재에 대한 관세 부과를 검토 중이라는 소식이 전해졌다. 이재원 신한투자증권 연구원은 이에 대해 "트럼프 정책의 불확실성이 커지면서 2차전지 업종 투자 심리가 급속히 위축됐다"고 분석했다. 이날 시장 전반은 FOMC 회의에 대한 경계감과 외국인 자금 이탈이 맞물리며 약세를 보였다. 오는 18일과 19일 미국 연방준비제도(Fed)는 FOMC를 개최할 예정이다. 시장은 금리 인하 가능성에 주목하면서도 최종 금리 수준이 예상보다 높아질 수 있다는 경계감이 고조됐다. "FOMC 앞둔 경계감⋯외국인 차익 실현 본격화" 이경민 대신증권 연구원은 "FOMC 회의를 앞두고 경계 심리가 유입되면서 외국인의 차익 실현 매물이 늘었다"며 "이와 함께 중국 제조업 지표 부진과 글로벌 경기 둔화 우려도 국내 증시에 부담으로 작용했다"고 말했다. 실제 S&P 글로벌이 발표한 미국의 제조업 PMI는 시장 예상치를 밑돌아 경기 둔화 우려를 부채질했다. 반면 반도체 업종은 선방했다. 브로드컴의 급등이 국내 시스템반도체 업종에 긍정적으로 작용하며 시그네틱스(29.89%), 에이직랜드(29.07%), 자람테크놀로지(21.25%) 등이 상한가를 기록했다. 브로드컴은 AI 전용 반도체 시장에서 엔비디아의 대항마로 급부상하면서 투자자들의 주목을 받고 있다. SK하이닉스 역시 2.62% 오르며 선전했다. "트럼프 전기차 정책 불확실성에 2차전지株 흔들" 코스닥 지수도 이날 4.06포인트(0.58%) 하락한 694.47로 마감했다. 외국인과 기관은 각각 1,239억 원, 93억 원 순매도를 기록하며 지수 하락을 주도했다. 개인은 1,520억 원을 순매수하며 저가 매수에 나섰지만 시장의 약세를 뒤집기에는 역부족이었다. 특히 에코프로비엠(-7.8%), 에코프로(-6.28%) 등 2차전지 관련 주가 급락하면서 하락 폭이 확대됐다. 한편, 일부 종목에서는 상승세가 눈에 띄었다. 비만치료제 관련 삼천당제약(9.31%)과 인벤티지랩은 급등했으며, 반도체 업종의 리노공업(6.85%)과 이오테크닉스(8.06%)도 강세를 보였다. "환율 1,439원⋯정치 불확실성에 원화 약세 지속" 외환시장에서는 원/달러 환율이 전일 대비 3.5원 오른 1,439원에 마감됐다. 외국인의 대규모 매도세와 함께 정치적 불확실성이 환율 상승 압력을 높였다. 일본은행(BOJ)의 금융정책결정회의에서 금리 동결 가능성이 커지며 엔화 약세가 이어진 점도 원화 약세에 영향을 미쳤다. 이날 국내 증시는 외국인의 대규모 매도와 트럼프 정권의 배터리 관세 우려, FOMC 경계감 등 복합적인 악재에 흔들렸다. 증권업계 관계자는 "FOMC 회의 이후 시장이 안정을 찾을지, 아니면 추가 조정이 이어질지가 관건"이라고 전망했다.
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- 금융/증권
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[증시 레이더] 외국인 매도에 코스피 1.29% 하락…2차전지株 '직격탄'
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[국제 경제 흐름 읽기] 독일 경제, '유럽 병자' 전락하나⋯장기 침체에 위기감 고조
- 유럽 최대 경제 대국 독일이 흔들리고 있다. 팬데믹 이후부터 이어진 장기 침체는 독일 경제를 회복 불가능한 길로 몰아넣고 있다. 과거 유럽 경제를 견인했던 독일은 이제 경제적 쇠퇴로 인해 유럽 전역에 위기를 초래할 위험이 크다. 팬데믹 이전 성장 추세를 유지했다면 현재보다 GDP가 약 5% 더 높았을 독일 경제는 에너지 비용 급등, 디지털화 지연, 자동차 산업 경쟁력 약화 등으로 수렁에서 벗어나지 못하고 있다. 이로 인해 독일 가구당 연평균 약 2500유로(약 376만 8950 원)의 경제적 손실이 발생하고 있다. 독일의 경제 쇠퇴는 단순한 일시적 침체가 아니라 구조적 문제로 악화되고 있다. 블룸버그 이코노믹스는 러시아의 저가 에너지 공급 중단과 독일 제조업 경쟁력 약화를 주요 원인으로 진단했다. 이와 더불어 울프강 뮌쇼의 저서 '카푸트: 독일 기적의 종말'은 독일 경제의 디지털 전환 실패와 정책적 중상주의의 문제를 심층적으로 조명하며 독일 경제 모델의 한계를 지적한다. 특히 뮌쇼는 독일 경제의 구조적 문제의 핵심으로 '코포라티즘'을 지목하며, 이것이 독일 경제 위기의 근본 원인이라고 주장한다. 퓨처 투데이 연구소의 에이미 웨브는 "독일 경제는 하루아침에 붕괴하지 않는다. 이 점이 더욱 무섭다"며 "이는 국가와 유럽 전체가 함께 쇠퇴하는 느리고 고통스러운 과정"이라고 설명했다. 요아힘 나겔 독일 중앙은행(분데스방크) 총재는 "독일 산업의 경쟁력이 약화되었다"고 지적하며, 과거처럼 외국 시장의 성장 동력이 충분하지 않음을 경고했다. 올라프 숄츠 총리가 16일(현지시간) 불신임 투표에서 패배해 조기 총선이 예상되는 가운데, 정치적 분열 속에서 뚜렷한 해결책이 나오기 어려울 것으로 보인다. 프리드리히 메르츠 후보는 기존의 저세율, 규제 완화 기조로 돌아갈 것을 주장하지만, 전문가들은 이러한 주장이 충분치 않다고 평가한다. 과연 독일은 이 위기를 어떻게 극복할 수 있을까? [미니해설] 독일 경제 추락, '코포라티즘'이 낳은 비극인가 '유럽 경제의 기둥'이라 불리던 독일이 이제는 그 자체로 유럽을 위협하는 주요 변수로 떠오르고 있다. 한때 전후 기적적인 성장을 이룩하며 유럽 경제의 중심축으로 자리 잡았던 독일은 최근 몇 년간 침체의 늪에 빠지고 있다. 울프강 뮌쇼의 저서 '카푸트: 독일 기적의 종말'은 독일 경제 쇠퇴의 근본적 원인을 파헤치며, 이로 인한 심각한 결과를 경고한다. 뮌쇼는 독일 경제의 구조적 문제의 핵심으로 '코포라티즘'을 지목한다. '정경유착' 코포라티즘, 혁신 가로막고 경쟁력 저하 초래 '코포라티즘(corporatism·협동조합주의)'이란 정부와 대기업 간의 긴밀한 협력 관계를 의미한다. 이는 단기적으로는 경제 안정과 성장에 기여할 수 있지만, 장기적으로는 그룹 사고를 조장하고 비판적 사고를 억제해 경제적 유연성을 저해한다. 뮌쇼는 "독일의 자동차 산업 수장들이 총리 관저의 열쇠를 갖고 있는 듯한 느낌이었다"며 정부와 대기업 간의 유착 관계를 비판했다. 그는 "잘못된 판단이 내려질 경우 이를 바로잡을 사람이 아무도 없다"고 강조했다. 오랫동안 유럽적인 정치현상인 코포라티즘은 독일 경제의 다양한 문제점을 야기했다. 먼저, 디지털 전환에 실패했다. 독일의 디지털 인프라는 선진국 중 최하위 수준에 머물러 있으며, 교육계와 대학의 반기술적 태도 역시 디지털 전환을 가로막는 요인이다. 둘째, 중상주의적 경제 모델에 집착했다. 독일은 수출과 무역 흑자에 과도하게 의존하며 특정 국가(러시아, 중국)에 대한 경제적 의존도를 심화시켰다. 이는 러시아의 에너지 무기화 사태에서 볼 수 있듯, 에너지 위기와 제조업 경쟁력 약화로 이어졌다. 셋째, 에너지 정책에 실패했다. 과거 게르하르트 슈뢰더 전 총리의 '코포라티즘 네트워크'와 러시아 블라디미르 푸틴 정권과의 연계가 독일의 에너지 정책에 부정적 영향을 미쳤다. 디지털 전환 실패, 중상주의 함정⋯에너지·무역 정책 오류까지 퓨처 투데이 연구소의 에이미 웨브는 "독일 경제의 느리고 고통스러운 쇠퇴가 유럽 전체를 끌어내리고 있다"고 경고하며, 이는 에너지 집약적 제조업의 감소, 수출 둔화, 사회적 긴장 심화, 외국 인재 유치 실패로 이어질 수 있다고 밝혔다. 흔들리는 유럽⋯'독일발 쇼크' 현실화되나 독일 경제의 쇠퇴는 유럽 전역에 부정적인 영향을 미칠 가능성이 크다. 독일은 유럽연합(EU) 경제의 중심축 역할을 해왔기 때문에 독일의 경쟁력 약화는 곧 유럽 전체의 경제 성장 둔화를 초래할 수 있다. 블룸버그 이코노믹스는 독일 경제가 선진국 수준의 경쟁력을 회복하기 위해 연간 약 1600억 유로(약 241조 2900억 원)의 인프라 및 공공재 투자가 필요하다고 지적했다. 이는 독일 GDP의 1% 이상에 해당하는 금액이다. 요아힘 나겔 독일 중앙은행 총재는 "독일 산업의 경쟁력이 약화되었다"며 현재 상황의 심각성을 경고했다. 그는 외국 시장이 과거처럼 독일 경제 성장의 동력을 제공하지 못하고 있음을 강조했다. '독일병' 치료할 묘약은?⋯뼈를 깎는 개혁 없인 미래 없다 전문가들은 독일이 경쟁력을 회복하기 위해 대규모 개혁이 필요하다고 강조한다. 뮌쇼는 독일이 과거의 중상주의적 접근에서 벗어나 디지털화와 혁신을 촉진해야 한다고 주장했다. 퓨처 투데이 연구소는 독일의 쇠퇴가 유럽 전체로 전파되지 않도록 독일과 EU가 함께 구조적 개혁에 나서야 한다고 권고했다. 독일 경제의 쇠퇴는 단순히 독일 내부의 문제를 넘어 유럽 전체의 지속 가능성을 위협하고 있다. 이 문제는 단기적인 조치로 해결될 수 없으며, 유럽 경제를 다시 성장 궤도에 올려놓기 위해서는 혁신적인 정책과 국제적 협력이 필수적이다. "지금 행동하지 않는다면, 우리는 독일뿐 아니라 유럽 전체의 미래를 위험에 빠뜨리게 될 것"이라는 경고가 점차 현실로 다가오고 있다.
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- 경제
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[국제 경제 흐름 읽기] 독일 경제, '유럽 병자' 전락하나⋯장기 침체에 위기감 고조
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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
- 미국 캘리포니아 공과대학교(칼텍·Caltech) 과학자들이 생체적합형 미세 하이브리드 마이크로 로봇을 개발해, 치료용 약물을 원하는 신체 부위에 주입하는 데 성공했다. 미래에는 치료용 약물을 체내 필요한 곳에 정확히 전달하는 것이 소형 로봇의 과제가 될 것이다. 금속 휴머노이드 로봇이나 생체를 모방한 로봇이 아니라 눈에 보이지 않을 정도로 작은 거품과 같은 구체가 될 것이다. 체내 실핏줄을 따라 이동해야 할 것이기 때문이다. 이러한 로봇의 개발은 까다롭다. 위산과 같은 체액으로부터 생존해야 하고 외부에서 제어가 가능해야 한다. 그래야 정확하게 목표 부위로 향할 수 있다. 또 목표에 도달했을 때만 치료제를 방출해야 하며, 그 후에는 인체에 해를 끼치지 않고 신체 내에서 흡수되어야 한다. 이런 모든 요건을 충족하는 마이크로 로봇이 칼텍(Caltech) 연구팀에 의해 개발되었다고 칼텍이 공식 홈페이지를 통해 밝혔다. 연구팀은 로봇을 사용해 쥐의 방광에 발생한 종양의 크기를 줄이는 치료제를 성공적으로 전달했다. 관련 논문은 사이언스 로보틱스(Science Robotics) 저널에 게재됐다. 연구팀이 개발한 로봇은 '생체흡수성 음향 마이크로 로봇(BAM)'이라고 명명됐다. 연구팀의 레이 가오 박사는 "약물을 신체에 주입하면 신체 모든 곳으로 확산된다. 우리가 개발한 마이크로 로봇은 종양 등 치료 대상 부위로 직접 안내해 통제되고 효율적인 방식으로 약물을 방출할 수 있다"고 말했다. 마이크로 또는 나노 로봇 개념은 새로운 것은 아니다. 전문가들은 지난 20년 동안 마이크로 로봇을 개발해 왔다. 그러나 혈액, 소변 또는 타액과 같은 복합적인 생체 유체에서 로봇을 정밀하게 움직이는 것은 매우 어렵기 때문에 생물 대상 적용은 제한적이었다. 특히 생체적합성 및 생체흡수성으로 신체에 독성 물질을 남기지 않아야 하는데, 이 역시 난제였다. 칼텍에서 개발한 마이크로 로봇은 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트라는 하이드로겔로 만들어진 미세한 구체다. 하이드로겔은 액체 또는 수지 형태로 시작해 내부에 있는 폴리머 네트워크가 굳어지면 고체가 되는 재료이다. 이러한 특성으로 하이드로겔은 다량의 액체를 유지할 수 있고, 많은 하이드로겔이 생체적합성을 갖는다. 또한 적층 제조 방법을 통해 구체의 외부에 치료용 약물을 탑재, 신체 내 목표 부위로 운반할 수 있다. 하이드로겔 레시피를 만들기 위해 연구팀의 일원이었던 줄리아 그리어는 '2광자 중합(TPP) 리소그래피'라는 기술을 활용, 3D 프린팅을 연상시키는 방식으로 복잡한 형태의 구조를 층층이 쌓아 올려 완성했다. 이 기술은 적외선 레이저 펄스를 사용해 특정 패턴에 따라 매우 정밀한 방식으로 감광성 폴리머를 가교시키는 기술이다. 그리어 팀은 직경 30마이크론의 미세 구조를 인쇄하는 데 성공했다. 이는 사람의 머리카락 직경과 비슷하다. 최종적으로 마이크로 로봇은 구체의 바깥쪽 내부에 자성 나노 입자와 치료 약물을 넣었다. 자성 나노 입자는 외부에서의 통제를 위한 것으로, 외부 자기장을 사용해 로봇을 원하는 위치로 안내할 수 있게 한다. 로봇이 목표 부위에 도달하면 그 자리에 머무르고 약물을 주입하게 된다. 연구팀은 마이크로 로봇의 외부를 친수성으로 설계해 구형 로봇이 신체를 통과할 때 뭉치지 않도록 했다. 그러나 마이크로 로봇의 내부는 기포를 가두어야 하기 때문에 친수성이어서는 안 된다. 그렇지 않으면 기포는 쉽게 붕괴되거나 용해된다. 가두어진 기포는 로봇을 이동시키고 실시간 이미징으로 추적하기 위해 중요하다. 외부는 친수성이고 내부는 소수성, 즉 물에 대한 저항성을 모두 갖춘 하이브리드 마이크로 로봇을 만들기 위해 연구팀은 2단계 화학적 변형을 고안했다. 먼저, 하이드로겔에 긴 사슬 탄소 분자를 부착해 전체 구조를 소수성으로 만들었다. 그런 다음 산소 플라즈마 에칭 기술을 사용해 외부의 긴 사슬 탄소 구조 일부를 제거함으로써 외부는 친수성으로, 내부는 소수성으로 남겼다. 이것이 이번 연구 프로젝트의 핵심 혁신이었다. 가오는 "내부는 소수성이고 외부는 친수성인 비대칭 표면 변형을 통해 소변이나 혈청과 같은 생체 유체에 장시간 기포를 가둘 수 있게 됐다“고 설명했다. 구형 마이크로 로봇 안에 있는 기포는 초음파 영상 대조제 역할을 한다. 기포를 통해 생체 내에서 움직이는 로봇을 실시간으로 모니터링할 수 있다. 연구팀은 마이크로 로봇이 목표 지점으로 이동하는 것을 추적하는 방법도 개발했다. 연구의 마지막 단계는 방광 부위에 종양이 있는 쥐에 대한 테스트였다. 연구팀은 21일 동안 마이크로 로봇을 통해 네 차례 치료제를 전달했다. 그 결과 로봇이 전달하지 않은 치료제보다 종양을 줄이는 데 더 효과적이라는 사실이 규명됐다. 연구팀은 이번 개발 결과는 환자에 대한 약물 전달 및 정밀 수술을 위한 매우 유망한 플랫폼이 될 것이라고 자평하고 사람에 대한 임상 실험을 거쳐 상용화가 필요하다고 주장했다.
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[신소재 신기술(141)] 칼텍, 인체 내 특정 부위에 치료 약물 전달하는 구형 마이크로 로봇 개발
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(3)] 윌로우, 양자 컴퓨팅의 미래를 펼치다
- 구글의 양자 컴퓨팅 칩 '윌로우(Willow)'는 단순한 기술 발전을 넘어, 인류가 풀지 못한 문제들을 해결할 열쇠로 주목받고 있다. 에너지, 의료, 암호화 등 다양한 분야에서 그 가능성은 무한하며, 상상조차 할 수 없던 변화를 가져올 준비를 하고 있다. 이번 회에는 윌로우가 제시하는 기술적 가능성과 이를 활용해 만들어갈 미래의 모습을 구체적으로 탐구한다. [편집자 주] 양자 컴퓨팅의 본질: 슈퍼컴퓨터를 넘어선 도구 윌로우는 기존 컴퓨터가 수천년이 걸려도 풀기 어려운 문제를 단 몇 분 만에 해결할 수 있는 능력을 입증했다. 랜덤 회로 샘플링(RCS) 벤치마크를 통해 윌로우는 슈퍼컴퓨터조차 10해년(10의 25제곱 년) 걸리는 연산을 단 5분 만에 처리하며 양자 컴퓨팅의 우위를 확실히 보여주었다. 이처럼 양자 컴퓨팅은 기존 컴퓨터와는 완전히 다른 방식으로 작동한다. 큐비트(양자 컴퓨터의 기본 단위)의 중첩(superposition)과 얽힘(entanglement)을 활용해 더 많은 정보를 동시에 처리할 수 있기 때문에, 기존 방식으로는 불가능했던 계산이 가능해진다. 에너지 혁명: 지속 가능한 미래의 도구 윌로우는 에너지 효율화와 신재생에너지 최적화에서도 중요한 역할을 할 가능성이 크다. 예를 들어, 전기차 배터리 설계에서 윌로우는 분자 수준의 화학 반응을 시뮬레이션하여 더 효율적이고 오래 지속되는 배터리 재료를 개발하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 풍력 터빈의 최적 배치, 태양광 패널의 효율성 개선 등 재생에너지 활용도를 높이는 데도 기여할 수 있다. 이는 탄소배출 감소와 지속 가능한 에너지 전환을 가속화하는 데 결정적인 역할을 할 것이다. 의료 혁명: 신약 개발의 속도와 효율성을 높이다 의료 분야에서 윌로우는 분자 상호작용 시뮬레이션을 통해 기존 신약 개발 과정을 혁신적으로 단축할 가능성을 열었다. 예를 들어, 항암제나 희귀 질환 치료제 개발을 위한 분자 구조 분석은 기존 기술로는 수년이 걸리는 작업이었지만, 윌로우는 이를 몇 주 또는 며칠로 단축할 수 있다. 또한 단백질 접힘 현상을 시뮬레이션하여 새로운 치료제를 설계하거나 약물과 수용체의 결합 방식을 정밀하게 분석할 수 있어, 난치병 치료제 개발에서도 중요한 도구로 자리잡을 수 있다. AI와 양자의 융합: 초지능으로 나아가는 길 양자 컴퓨팅은 인공지능(AI)과의 융합을 통해 새로운 혁신을 이끌 것이다. 기존 컴퓨터로는 처리하기 어려운 대규모 데이터 분석과 고속 학습 모델 훈련을 지원하며, AI가 더욱 효율적이고 정교하게 작동할 수 있도록 돕는다. 예를 들어, 자율주행차의 실시간 데이터 분석, 금융 시장의 예측 모델링, 의료 영상 분석 등 다양한 AI 응용 분야에서 윌로우의 능력이 발휘될 수 있다. 환경 보호: 복잡한 생태계 모델링과 기후 변화 대응 윌로우는 기후 변화와 환경 문제 해결에도 강력한 도구가 될 것이다. 산림 복원 프로젝트에서 탄소 흡수량을 최적화하거나 복잡한 생태계 상호작용을 시뮬레이션하여 환경 보전 정책의 효율성을 높일 수 있다. 또한 더 정교한 기후 모델링을 통해 재난 예측의 정확성을 높이고, 지속 가능한 도시 계획을 세우는 데 기여할 것이다. 무한한 가능성을 향한 윌로우의 도전 윌로우는 단순한 양자 컴퓨팅 칩 이상의 의미를 지닌다. 구글 퀀텀 AI는 오픈소스 플랫폼과 협업을 통해 학계와 산업계의 연구자들이 윌로우를 활용할 수 있도록 지원하며, 양자 컴퓨팅 생태계를 확장하고 있다. 이러한 협력을 통해 윌로우는 에너지, 의료, 환경 등 다양한 분야에서 인류가 직면한 난제를 극복하는 데 기여할 것이다. 다음 회에서는 윌로우가 암호화 기술과 보안 패러다임에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 중점적으로 다룬다. [윌로우, 양자 혁명의 시작(4)]에서 이어진다.
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- IT/바이오
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[윌로우, 양자 혁명의 시작(3)] 윌로우, 양자 컴퓨팅의 미래를 펼치다
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캐릭터AI, 챗봇 재교육…10대 청소년 사용자 채팅 제한
- 챗봇 서비스 캐릭터AI(Character.AI)가 10대 사용자를 위한 '자녀 보호 기능'을 출시할 예정이라고 기술 전문 매체 더버지가 전했다. 캐릭터AI는 자녀 보호 기능을 발표하면서 18세 미만 사용자를 위한 별도의 대규모언어모델(LLM)을 포함해 지난 몇 달 동안 취한 일련의 안전 조치를 설명했다. 회사의 발표는 청소년 자해 및 자살에 영향을 미쳤다는 두 건의 소송 이후에 나왔다. 캐릭터AI는 이와 관련, 성인용과 10대 청소년용의 두 가지 별도 버전의 챗봇 모델을 개발했다고 밝혔다. 10대를 위한 LLM은 챗봇이 '특히 로맨틱하거나 위험한 콘텐츠'에 대해 '더욱 보수적인 제한'을 두도록 설계되었다고 한다. 청소년용은 정서적으로 민감할 수 있는 부정적인 내용의 출력을 적극적으로 차단하는 것뿐만 아니라 부적절한 콘텐츠를 유도하는 사용자 프롬프트를 잘 감지하고 통제하도록 설계됐다. 예컨대 시스템에서 자살이나 자해를 언급하는 언어를 감지하면 사용자를 자살 예방 관련 기관으로 자동 안내한다. 이는 뉴욕타임스에서 보도한 변경 사항과 일치한다. 미성년자는 챗봇의 응답을 편집할 수 없게 된다. 이 옵션을 사용해 사용자는 캐릭터AI가 차단하는 콘텐츠를 추가할 수 있다. 이 외에도 캐릭터AI는 챗봇 중독에 대한 우려를 해소하고 챗봇이 인간인지의 여부에 대한 혼란을 해결하는 기능을 추가할 계획이라고 밝혔다. 사용자가 챗봇과 한 시간 동안 세션을 마치면 알림이 표시되고, “캐릭터가 말하는 모든 것은 지어낸 것입니다"라는 표시 내용이 더 자세한 언어로 대체된다. 예컨대 ‘치료사’ 또는 ‘의사’와 같은 설명이 포함된 챗봇의 경우 전문적인 조언을 제공할 수 없다는 경고가 추가로 표시된다. 캐릭터AI를 방문하면 모든 챗봇에 "이것은 실제 사람이 아닌 AI 챗봇이다. 말하는 모든 것을 허구로 취급해야 한다. 챗봇이 말한 내용을 사실이나 조언으로 의존해서는 안 된다"라는 메모가 포함된다. '테라피스트'(태그라인: "저는 면허가 있는 공인 CBT 치료사입니다")라는 챗봇을 방문했을 때는 경고 신호가 있는 노란색 상자가 표시되면서 "이 사람은 실제 사람이나 공인 전문가가 아니다. 여기에 언급된 어떤 내용도 전문적인 조언, 진단 또는 치료를 대체하지 않는다"라고 알려준다. 캐릭터AI에 따르면, 보호자 통제 옵션은 내년 1분기에 출시될 예정이며, 자녀가 캐릭터AI에서 얼마나 많은 시간을 보내는지와 어떤 챗봇과 가장 많이 대화하는지를 부모에게 알려주게 된다. 모든 변경 사항은 커넥트세이프리(ConnectSafely)를 포함한 여러 청소년 온라인 안전 전문가와 협력해 이루어지고 있다고 한다. 한편, 소송에서는 캐릭터AI의 일부는 무해하지만, 적어도 일부 청소년 사용자는 챗봇에 강박적으로 애착을 갖게 되고, 챗봇의 대화는 성적 대화나 자해와 같은 주제로 바뀔 수 있다고 주장했다. 자해나 자살에 대해 챗봇과 논의할 때 캐릭터AI는 사용자를 정신 건강을 증진시키는 방향으로 안내하지 않는다고 비난했다. 캐릭터AI 이와 관련, "안전에 대한 접근은 제품 구동 기술과 함께 발전해야 한다. 안전성을 해치지 않으면서 창의성이 발현되는 플랫폼을 만드는 것이 바람직하며, 회사의 이번 대응도 그 일환"이라며 "일련의 변경 사항은 정책과 제품을 지속적으로 개선하려는 장기적인 노력의 과정"이라고 밝혔다.
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캐릭터AI, 챗봇 재교육…10대 청소년 사용자 채팅 제한
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[먹을까? 말까?(82)] 콩 단백질, 심부전 진행 억제에 효과⋯장내 미생물 조절 기전 규명
- 콩 단백질이 심장 건강에 도움을 주는 것으로 나타났다. 일본 나고야대학교 의과대학원 연구팀은 콩 단백질의 일종인 베타-콘글리시닌(β-conglycinin, β-CG)이 심부전 진행을 억제하는 데 효과적이라는 연구 결과를 발표했다고 사이테크데일리가 보도했다. 심부전은 심장의 기능 저하로 신체에 혈액을 제대로 공급하지 못해서 생기는 질환을 말한다. 서울대학교 병원 측에 따르면 심부전의 가장 흔한 증상은 숨이 차는 것(호흡곤란)이고, 심장에서 혈액을 제대로 짜내지 못하므로 피로감, 운동 능력 저하가 나타나며 부종(발목이나 종아리) 등의 증세가 나타난다. 본 연구는 쥐 실험을 통해 β-CG 섭취가 장내 미생물 환경을 변화시켜 심장 기능을 개선하는 효과를 확인했으며, 이는 식이요법을 통한 심부전 예방 가능성을 시사한다는 점에서 주목받고 있다. 연구팀은 심부전 유발 쥐에게 β-CG를 풍부하게 함유한 식단을 제공하고 심장 기능 변화를 관찰했다. 그 결과, β-CG 섭취는 심장 기능 개선, 심근 비대 감소, 심장 조직 손상 감소 등 심부전 진행과 관련된 주요 증상을 완화하는 것으로 나타났다. 장내 미생물 환경 변화로 심장 기능 개선 이러한 효과는 β-CG 섭취에 따른 장내 미생물 변화와 밀접한 관련이 있는 것으로 밝혀졌다. β-CG는 장내 유익균인 부티리시모나스(Butyricimonas), 마빈브라이언티아(Marvinbryantia), 아나에로트룬쿠스(Anaerotruncus)의 증식을 촉진하고, 이들 유익균이 생성하는 짧은사슬지방산(SCFAs)인 아세트산, 부티르산, 프로피온산의 농도를 증가시키는 것으로 확인됐다. SCFAs는 장 건강 유지에 중요한 역할을 할 뿐만 아니라 항염증 작용을 통해 심장을 고혈압으로 인한 손상으로부터 보호하는 효과를 가지는 것으로 알려져 있다. 연구팀은 항생제를 사용하여 쥐의 장내 SCFAs 생성 미생물을 감소시켰을 때 β-CG의 심장 보호 효과가 사라지는 것을 확인했다. 또한, SCFAs 중 하나인 프로피온산 나트륨을 쥐에게 투여한 결과 β-CG 섭취와 유사한 심장 보호 효과를 나타냈다. 이는 β-CG의 심장 보호 작용에 장내 미생물과 SCFAs가 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다. 연구를 주도한 노조미 후루카와 박사는 "이번 연구는 콩 단백질의 기능성 성분이 심혈관 질환 예방에 효과적일 수 있음을 보여준 중요한 결과"라며 "β-CG 섭취는 장내 미생물 변화를 통해 주요 SCFAs 생성을 증가시켜 심부전 진행을 억제하는 효과를 나타냈다"고 설명했다. 콩 알레르기 환자, 효과 제한적 하지만 후루카와 박사는 "콩과 그 성분은 알레르기가 있는 사람들에게는 효과적이지 않을 수 있다"며 "향후 β-CG의 구조와 SCFAs 증가의 분자 메커니즘을 더욱 자세히 연구하여 새로운 치료 및 예방법 개발에 활용할 계획"이라고 밝혔다. 이번 연구는 심부전 치료에 있어 식이요법과 장 건강의 중요성을 강조하며, 식습관과 심장 건강 사이의 연관성에 대한 새로운 시각을 제시했다. 전 세계적으로 주요 사망 원인 중 하나인 심부전 치료에 있어 β-CG 또는 그 유도체가 천연 치료제로 개발될 가능성을 제시한 본 연구 결과는 심장 건강 유지에 중요한 영향을 미칠 것으로 기대된다. 본 연구 결과는 국제 학술지 '임상 영양학(Clinical Nutrition)'에 게재됐다.(DOI: 10.1016/j.clnu.2024.09.045)
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- 생활경제
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[먹을까? 말까?(82)] 콩 단백질, 심부전 진행 억제에 효과⋯장내 미생물 조절 기전 규명
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[퓨처 Eyes(61)] 10억 년 전 고대 유전자, 생쥐 탄생 혁명 주도
- 10억 년 전 지구를 지배했던 단세포 생물의 고대 유전자가 오늘날 생쥐 탄생을 가능하게 했다. 과학계를 놀라게 한 이번 연구는 줄기세포와 진화의 관계를 새롭게 조명하며 재생의학의 미래를 열 획기적인 발견으로 평가받고 있다. 홍콩 대학교와 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 공동 연구진은 단세포 생물에서 유래한 유전자를 생쥐 세포에 도입해 줄기세포를 생성했으며, 이를 통해 살아있는 생쥐를 탄생시키는 데 성공했다고 사이언스 얼럿(Science Alert)과 IFL사이언스 등 다수 외신이 전했다. 연구팀은 편모조류에서 발견되는 유전자를 쥐의 유전자와 교환함으로써 두 편모조류가 기능적으로 얼마나 유사한지 확인할 수 있었다. 홍콩 대학의 야 가오 박사와 데이지린 세나 탄, 독일 막스 플랑크 육상 미생물학 연구소의 마티아스 기르빅 박사가 이끄는 연구팀은 복제된 쥐의 줄기세포를 배양하고 게놈을 재프로그래밍하여 포유류의 Sox2 유전자를 동물과 가까운 단세포 생물인 동정편모충류[choanoflagellate, 후생동물의 가장 가까운 친척으로 여겨지는 생물로, 긴 편모(flagellum)를 가지고 있으며, 이 편모 주변을 둘러싼 깃(collar) 모양의 구조를 가지고 있는 게 특징] Sox 유전자로 대체해, 연구를 진행했다. 이 세포를 배아 쥐(마우스) 배반포에 주입한 다음, 임신한 쥐 대리모에 이식하는 임신, 출산, 양육 환경에서 배양했다. 영국 퀸 메리 대학의 유전학자 알렉스 드 멘도사는 사이언스얼럿에 "단세포 친척인 쥐에서 얻은 분자 도구를 사용해 성공적으로 쥐를 만들어냄으로써 우리는 거의 10억 년 전의 진화 과정에서 놀라운 기능의 연속성을 목격하고 있다"고 말했다. 멘도사는 "이 연구는 줄기세포 형성에 관여하는 핵심 유전자가 줄기세포 자체보다 훨씬 일찍 생겨났을 수 있음을 시사하는데, 아마도 우리가 보는 다세포 생명체의 길을 닦는 데 도움이 되었을 것"이라고 설명했다. 고대 유전자가 오늘날 동물 발달에 핵심적인 역할을 한다는 점을 실증한 이번 연구는 줄기세포의 기원과 재활용 메커니즘에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 고대 유전자, 다세포 생물 진화의 토대가 되다 약 10억 년 전, 지구에는 동물이나 식물 같은 다세포 생물이 존재하지 않았다. 당시 지구를 지배하던 단세포 생물 가운데 동정편모충류(choanoflagellates)는 오늘날 동물의 가장 가까운 친척으로 여겨진다. 동정편모충은 현미경으로 관찰할 정도로 작은 단세포 생물이지만, 이들의 유전체에는 포유류 줄기세포 형성을 돕는 것으로 알려진 Sox와 POU라는 유전자의 초기 버전이 포함되어 있다. 기존에는 줄기세포가 다세포 생물에서만 진화했을 것이라 여겨졌지만, 이번 연구는 단세포 생물에도 줄기세포 형성에 중요한 유전자가 존재했음을 보여준다. 연구진은 이 유전자들이 다세포 생물로 진화하는 과정에서 재활용되고 확장되었을 가능성을 제시하며, 고대 유전자의 가치를 새롭게 조명하고 있다. 생쥐 탄생의 비밀, 동정편모충류 유전자 연구진은 동정편모충류의 Sox 유전자를 생쥐 세포에 도입해 생쥐의 Sox2 유전자를 대체했다. Sox2는 포유류 줄기세포의 다능성(모든 세포로 분화할 수 있는 능력)을 유지하는 데 중요한 유전자다. 놀랍게도 동정편모충의 Sox 유전자 역시 생쥐 세포에서 동일한 기능을 수행할 수 있었다. 동물은 '다능성'이라고 알려진 특징을 가지고 있다. 다능성은 배아 줄기세포가 분화하여 완전히 발달된 유기체를 구성하는 다양한 조직으로 발달할 수 있는 능력을 말한다. 동물에 인접한 미생물에 대한 이전 연구에 따르면 다능성의 기원은 다세포성보다 앞선 것으로 나타났다. 이것이 사실이라면, 이는 동물의 진화 결과가 아니라 동물 진화의 원동력 중 하나일 수 있다. 생쥐 세포는 동정편모충 유전자의 도움으로 유도만능줄기세포(iPSC) 상태로 전환되었으며, 이를 발달 중인 생쥐 배아에 주입한 결과 키메라 생쥐(마우스)가 탄생했다. 키메라 생쥐는 서로 다른 유전자를 가진 두 세포 집단이 공존하는 동물로, 이번 실험에서는 줄기세포의 영향을 받아 맨 위의 사진에서 보이는 것처럼 검은 털 반점과 어두운 눈 등의 특징을 가진 생쥐가 만들어졌다. 이 발견은 단세포 생물의 간단한 유전자가 다세포 생물의 복잡한 발달에 얼마나 중요한 역할을 할 수 있는지 명확히 보여준다. 고대 유전자, 재생의학의 미래를 열다 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 이번 연구는 야마나카 박사의 연구를 기반으로 더 나아가, 고대 단세포 생물의 유전자를 활용해 줄기세포를 생성했다. 이는 줄기세포 형성 메커니즘이 생명 진화 초기 단계부터 존재했음을 강력히 뒷받침한다. 진화에서 재활용된 유전자, 재생의학의 열쇠 연구진은 동정편모충 유전자들이 초기 생명체의 기본적인 세포 기능을 조절하는 역할을 했으며, 이후 다세포 생물이 출현하면서 더 복잡한 기능으로 진화했을 가능성을 제시한다. 이를 "10억 년에 걸친 기능적 연속성"이라 설명하며, 진화생물학과 재생의학이 맞닿은 접점임을 강조한다. 홍콩대 랄프 야우흐(Ralf Jauch) 박사는 "고대 유전자 연구는 다능성 메커니즘을 더욱 정밀하게 조정하고 최적화할 방법을 제시할 것"이라며, 동정편모충 유전자의 합성 버전을 개발해 기존 유전자보다 효율적으로 작동할 가능성도 시사했다. 이번 연구는 고대 단세포 생물이 현대 생명공학에 얼마나 큰 영감을 줄 수 있는지 보여준다. 단세포 생물의 유전자가 다세포 생물의 기원과 발전에 중요한 역할을 했다는 사실은 줄기세포 연구와 재생의학의 새로운 가능성을 열고 있다. 줄기세포와 진화라는 두 축이 만들어갈 생명과학의 미래가 더욱 기대된다. 한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.
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[퓨처 Eyes(61)] 10억 년 전 고대 유전자, 생쥐 탄생 혁명 주도
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
- 우주는 더 이상 단순한 탐험의 공간이 아니다. 국제우주정거장(ISS)과 민간 우주 임무에서 진행된 줄기세포 실험에서 의료 과학의 판도를 바꿀 혁신적인 결과가 나왔다. ISS의 미세중력 환경에서 배양된 줄기세포가 지구에서는 실현할 수 없었던 뛰어난 능력을 발휘한 것이다. 미국 플로리다 메이요 클리닉과 세다스-사이나이 연구진은 이번 실험 결과가 질병 치료와 재생의학 연구에 새로운 지평을 열 것이라고 최근 발표했다. 우주에서는 줄기세포가 스스로 3차원 구형 배열을 형성했다는 점이 연구진에게 가장 큰 놀라움을 안겨 주었다. 지구의 중력 때문에 평면 배양 접시 위에서만 자라던 줄기세포가 우주의 미세중력 아래에서는 스스로 진화하듯 3차원 조직 구조를 만들어 낸 것이다. 이는 인체 조직에 가까운 구조로, 면역 조절과 염증 완화 능력을 크게 향상시켰다. 플로리다 메이요 클리닉의 아바 주바이르 박사는 "우리는 세포가 3차원으로 자라리라고는 기대하지 않았다. 그러나 미세중력 환경은 세포가 자연스럽게 구형 배열을 형성하도록 했다. 이는 지구에서는 불가능했던 현상"이라고 설명했다. 이처럼 우주의 미세중력은 줄기세포의 자가 조립 능력을 활성화하며, 새로운 의료 혁신의 가능성을 열어주었다. 이번 연구는 NPJ 마이크로그래비티(NPJ Microgravity)에 게재됐으며, 우주 환경을 활용한 줄기세포 연구가 새로운 의료 혁신을 가져올 것으로 기대된다. [미니해설] 우주 실험이 밝혀낸 줄기세포의 비밀⋯불로장생의 꿈 '성큼' 줄기세포는 손상된 조직을 복원하거나 질병 치료에 사용될 수 있는 '만능 세포'로, 재생의학의 핵심이다. 일본의 야마나카 신야(山中 伸弥) 박사가 2012년 노벨 생리학·의학상을 수상한 연구를 통해, 일반 세포를 줄기세포로 변환하는 기술이 세상에 알려졌다. 그는 Sox와 POU 유전자를 포함한 4가지 인자를 활용해 줄기세포를 유도했다. 줄기세포는 그 자체로 현대 의학의 혁신적인 가능성을 품고 있다. 복제와 분화 능력은 조직 재생과 질병 치료의 핵심 자원으로 평가받는다. 그러나 기존 기술은 여전히 복잡한 한계를 지니고 있다. 이런 상황에서 우주에서 진행된 줄기세포 배양 실험은 재샌의학 분야에 새로운 방향을 제시하며 주목받고 있다. 미세중력, 줄기세포 배양의 최적 환경 미세중력은 중력이 거의 없는 상태를 말한다. '무중력' 이라고도 불리지만, 중력이 완전히 없는 것은 아니고 지구 표면 중력의 100만분의 1 정도로 매우 작은 중력만 존재하는 환경이다. 지구 궤도를 도는 우주정거장에서는 지구 중력의 영향을 거의 받지 안항 미세중력 환경이 조성된다. 우주 환경에서 줄기세포를 배양하는 일은 간단하지 않았다. 미세중력 상태에서는 액체가 접시 밖으로 흘러나갈 위험이 있었기 때문이다. 하지만 연구진은 96웰 플레이트의 액체 표면 장력을 활용해 세포를 고정하는 기술을 개발하여, 성공적으로 배양 과정을 진행할 수 있었다. 아룬 샤르마 세다스-사이나이 연구소 박사는 "표면 장력을 활용한 이번 기술은 실험 성공의 핵심이었다. 맞춤형 장비 없이도 우주 실험을 가능하게 한 중요한 성과였다"라고 말했다. 우주에서의 새로운 가능성: 노화 관련 질환 치료 미세중력 환경은 줄기세포가 더 자연스러운 성장 상태를 유지하며, 면역 조절 능력과 염증 완화 효과를 향상시키는 데 기여했다. 이는 단순한 발견을 넘어, 줄기세포의 응용 가능성을 확장하는 중요한 과학적 단서를 제공한다. 연구진은 미세중력 환경에서 줄기세포를 대량으로 제조할 방법을 모색 중이다. 이는 줄기세포 기술의 상업적 생산과 재생의학 응용을 위한 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다. 이번 연구는 노화 관련 질환의 치료에 새로운 전환점을 마련했다. 줄기세포는 뇌졸중, 암, 치매와 같은 질환 치료에서 중요한 역할을 할 가능성을 보여주었다. 또한, 우주 환경에서 배양된 줄기세포는 지구로 돌아온 뒤에도 복제 안정성과 확장 능력을 유지하며 의료 응용 가능성을 높였다. 클라이브 스벤슨 세다스-사이나이 연구소 교수는 "우리가 수행한 연구는 시작에 불과하다. 우주에서 제조된 줄기세포는 재생의학을 혁신할 독특한 특성을 갖고 있다"고 말했다. 우주 시대의 의료 혁명: '불로장생'의 가능성 이번 연구 결과는 단순한 과학적 발견을 넘어, 재생의학의 새로운 장을 열었다. 우주라는 실험실은 줄기세포 기술의 대량 생산과 상업적 생산 가능성을 제시하며, 인류의 오랜 꿈인 '불로장생'을 현실로 만들 가능성을 보여준다. 우주에서 시작된 줄기세포 연구는 더 이상 공상과학의 영역이 아니다. 미세중력이라는 우주의 독특한 환경은 질병 치료와 장기 이식 기술에 혁신적인 변화를 가져올 것이다. 미래의 어느 날, 우리는 줄기세포 기술 덕분에 질병의 고통에서 벗어나 건강하게 오래 사는 꿈을 이룰지도 모른다. 그리고 그 꿈을 현실로 만들 열쇠는 바로 우주에서 진화한 작은 세포들이 쥐고 있을 것이다.
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[퓨처 Eyes(60)] 우주에서 자란 줄기세포, 노화와 질병 치료에 새 길 열다
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
- 영국에서 자신의 혈액을 사용해서 재생 치유 능력을 60% 이상 높인 3D 프린팅 임플란트가 개발됐다. 우리 몸의 면역 체계는 재생 혈종(RH)을 조절하여 작은 파열이나 골절을 효과적으로 치료하는 능력을 가지고 있다. RH는 다양한 분자 및 세포 과정을 조율하는 복잡하고 역동적인 환경으로 완전한 조직 복구를 보장한다. 최근 영국 노팅엄 대학교 약학 및 화학 공학 연구팀은 이러한 자연 치유 과정을 활용하여 개인 맞춤형 재생 소재를 만드는 '생체협력적' 접근법을 제시했다. 혈액을 기반으로 하는 이 기술은 부상 및 질병 치료에 효과적인 맞춤형 재생 혈액 제품 개발로 이어질 수 있다. 해당 논문에 대해서는 테크 익스플로리스트와 뉴아틀라스 등 다수 외신이 보도했다. 연구팀은 자연 조직 치유에 관여하는 필수 과정을 유도하는 펩타이드 분자 조직을 사용해 조직 재생을 촉진하는 생체 소재를 개발했다. 대부분의 신체 조직은 복잡한 치유 과정을 통해 작은 파열이나 골절을 효율적으로 재생시킬 수 있다. 초기 단계에서는 액체 혈액이 고체 RH를 형성하는 데, 이는 재생에 필수적인 세포, 거대 분자와 요소를 포함하는 살아 있는 미세 환경이라 할 수 있다. 팀은 합성 펩타이드와 환자의 혈액을 결합하는 자가 조립 기술을 개발해 자연 치유 과정의 핵심 분자, 세포 및 메커니즘을 포착하는 소재를 만들었다. 이를 통해 RH를 모방하고 구조적 및 기능적 특성을 향상시키는 재생 소재를 제작할 수 있었다. 이러한 소재는 정상적인 혈소판 행동, 성장 인자 생성, 치유에 필수적인 세포 모집 등 RH의 자연적 기능을 유지하면서 쉽게 조립하고 조작 및 3D 프린팅이 가능하다. 연구팀은 이 방법을 사용해 동물 모델에서 동물 자신의 혈액을 활용하여 뼈를 성공적으로 복구하는 것을 입증했다. 팀은 두개골에서 뼈 일부를 수술로 제거한 쥐를 대상으로 실험을 진행했다. 쥐의 혈액에서 새로운 RH 구조물을 배양해 제거된 두개골 뼈 틈새에 이식한 결과, 부상 부위가 재생의 징후를 보였다. 6주 후 새로운 RH 구조물이 투입된 쥐는 새로운 뼈가 최대 62% 생성됐다. 반면, 시중에서 판매되는 뼈 대체물을 사용한 쥐는 50%가 재생됐다. 아무 것도 처리하지 않은 대조군 쥐는 뼈가 30%만 재생되는 데 그쳤다. 알바로 마타 노팅엄 대학교 생체 의학 공학 및 생체 재료 교수는 "수년 동안 과학자들은 자연 재생 환경을 재현하기 위한 합성적 접근 방식을 연구해 왔지만, 고유한 복잡성으로 인해 어려움을 겪었다"며 "이번 연구에서는 재생 환경을 재현하는 대신 생물학적 시스템과 협력하는 방식을 택했다"고 설명했다. 코시모 리고리오 공학부 박사는 "사람들의 혈액을 고도로 재생 가능한 임플란트로 쉽고 안전하게 바꿀 수 있는 가능성은 매우 흥미롭다"며 "혈액은 사실상 무료이며 환자로부터 비교적 많은 양을 쉽게 얻을 수 있다. 우리의 목표는 환자의 혈액을 풍부하고 접근 가능하며 조정 가능한 재생 임플란트로 빠르고 안전하게 변화하기 위해 임상 환경에서 쉽게 접근하고 사용할 수 있는 도구 키트를 구축하는 것이다"라고 밝혔다. 이 연구는 어드밴스트 머티리얼(Advanced Materials) 저널에 게재됐다.
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[신소재 신기술(137)] 혈액으로 만든 맞춤형 3D 프린팅 임플란트, 재생 의료의 새 지평 열까
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[퓨처 Eyes(59)] 햇빛 먹는 동물? 광합성 동물 세포 탄생!
- 햇빛을 받아 에너지를 만드는 동물, 상상이나 해봤는가? '광합성을 하는 동물'은 마치 SF 영화 속 이야기 같지만, 이제 현실이 되고 있다. 일본 도쿄대학교 마츠나가 사치히로 교수 연구팀은 동물 세포에 조류(藻類)의 엽록체를 이식해 광합성을 가능하게 하는 혁신적인 기술을 개발했다. 이는 동물과 식물의 생물학적 경계를 허물며 의학, 식량 생산, 환경 개선 등 다양한 분야에서 획기적인 변화를 예고한다. 50년 넘는 난제, 마침내 해결! 광합성은 햇빛, 물, 이산화탄소를 이용해 산소와 포도당을 생성하는 과정으로, 지구 생태계를 유지하는 핵심이다. 식물, 조류, 일부 박테리아가 광합성을 통해 스스로 영양분을 만들고 산소를 생성한다. 이는 동물의 생존에 필수적인 요소다. 동물 세포에 광합성 기능을 도입하려는 시도는 1970년대부터 있었지만, 동물 세포가 엽록체를 이물질로 인식하고 파괴하는 면역 반응 때문에 번번이 실패했다. 마츠나가 교수 연구팀은 이러한 난제를 해결하기 위해 동물 세포의 고온 환경(37℃)에서도 생존 가능한 홍조류(紅藻類)인 시아니디오시존 메롤래(Cyanidiochyzon merolae) 엽록체를 선택하고, 동물 세포가 엽록체를 '먹이'로 섭취하도록 유도해 면역 반응을 우회하는 전략을 사용했다. 이 홍조류는 이탈리아의 화산 온천에서 자라고 37℃ 이상의 온도에서 광합성을 할 수 있었다. 연구팀은 이 엽록체를 동물 세포에 강제로 주입하는 대신 배양액에 첨가한 다음 중국 햄스터 난소 세포에 먹였다. 동물 세포, 엽록체와 공존하며 광합성하다! 그 결과, 동물 세포는 엽록체를 파괴하지 않고 최대 48시간 동안 공존하며 광합성 초기 반응을 성공적으로 나타냈다. 뿐만 아니라 엽록체로부터 추가적인 에너지를 공급받아 성장 속도가 증가하는 현상도 확인됐다. 연구팀은 이틀간의 공동 배양 직후 세포의 1%가 "엽록체가 풍부해졌다"고 밝혔다. 이는 엽록체를 7개 이상 흡수했다는 의미다. 추가로 20%의 세포는 엽록체가 1개에서 3개 사이인 것으로 밝혀졌다. 중요한 것은 이들 엽록체가 이틀 동안 더 활동했으며, 이 기간 동안 숙주 세포가 빠른 속도로 성장했다는 점이다. 이는 엽록체가 잠재적으로 탄소 공급원으로 작용하면서 광합성이 실제로 일어나고 있음을 나타난다고 IFL 사이언스가 전했다. 마츠나가 교수는 "50년 동안 모든 생물학 연구자들이 포기했던 일을 해냈다는 사실에 놀랐다"며 이번 연구 성과에 대한 소감을 밝혔다. 생물학의 경계를 허물다 연구팀은 이러한 동물-식물 잡종 세포를 영어의 식물(plant)과 동물(animal)을 합성한 신조어인 '플래니멀(planimal)' 세포라고 이름을 붙였다. 이 기술은 동물 세포가 스스로 에너지를 생성하는 가능성을 열며 생명과학의 패러다임을 바꾸고 있다. 엽록체를 통해 공급받은 에너지로 동물 세포의 성장 속도가 증가하는 현상이 확인되면서, 자율적인 에너지 생산 시스템 구축에 대한 기대감이 높아지고 있다. 의학·식량·환경, 응용의 무한 가능성 이번 기술은 바이오산업의 여러 분야에서 실질적인 변화를 가져올 것으로 예상된다. 먼저, 의료 분야에서는 심장병 환자의 손상된 심장에 광합성 세포를 이식하여 빛으로 산소를 공급, 회복을 돕는 치료법이 개발될 수 있다. 또한, 산소 공급의 한계를 극복해 대형 조직 배양 및 이식 기술을 크게 발전시킬 수 있다. 식량 생산 분야에서는 배양육 생산에 광합성 동물 세포를 활용하여 외부 산소 공급 없이 자체적으로 산소를 생성, 생산 비용을 절감하고 효율성을 극대화할 수 있다. 이는 지속 가능한 식량 생산의 돌파구가 될 전망이다. 환경 문제 해결에도 기여할 수 있다. 광합성 동물 세포는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하는 기능을 통해 탄소 배출 감소와 환경 복원에 기여할 수 있으며, 탄소 중립 목표를 추구하는 기업들에게 획기적인 솔루션을 제공할 수 있다. 남은 과제와 미래 전망 물론 아직 넘어야 할 산도 있다. 추가 관찰 결과 이 이식된 엽록체는 2일 후에 분해되기 시작해 4일째 완전히 파괴됐다. 이 기술을 완성하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하지만, 연구팀은 "이미 합성 생물학 기반 접근법이 인공 광합성 동물 세포를 만드는 데 기초가 될 수 있다"며 이번 연구 성과에 대해 기대감을 드러냈다. 그럼에도 불구하고 광합성 기능을 안정적으로 유지하려면 엽록체의 장기 생존 및 효율적인 공생 메커니즘 구축이 필수적이다. 또한, 이 기술이 대규모로 활용되기 위해서는 사회적 수용성과 윤리적 검토도 병행되어야 한다. 광합성 동물 세포 기술은 생명공학의 새로운 문을 열며, 지속 가능한 미래를 위한 혁신적인 도구로 자리매김할 전망이다. 이 기술이 의학, 식량, 환경 등 다양한 분야에서 어떠한 변화를 가져올지, 앞으로의 발전이 더욱 기대된다. 이번 연구는 단순한 학문적 성과를 넘어, 미래 바이오산업의 초석이 될 기술적 기반을 제공했다는 점에서 주목할 만하다. "동물이 햇빛을 먹는다"는 발상이 이제는 더 이상 SF 영화 속 이야기가 아닌, 현실로 다가오고 있는 것이다. 이 연구 결과는 '일본 학술원 회보 B(proceedings of tje Japan Academy, Series B)' 저널에 게재됐다.
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[퓨처 Eyes(59)] 햇빛 먹는 동물? 광합성 동물 세포 탄생!
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[신소재 신기술(130)] AI 기술 접목한 로봇, 비디오만 보고 외과 수술 성공
- 인공지능(AI) 기술을 접목한 로봇 시스템이 비디오 영상을 통해 외과 수술 방법을 훈련하고, 수술을 성공적으로 수행했다. 인간 의사가 수술을 집도하려면 수년간의 집중적인 연구와 꾸준한 노력이 필요하지만, 로봇은 오늘날의 AI 기술을 통해 이를 더 쉽게 습득할 수 있을 것으로 보인다. 미국 존스홉킨스 대학(JHU)과 스탠포드 대학의 연구진이 개발한 로봇 수술 시스템은 수술 과정을 담은 비디오를 통해 훈련하는 것만으로 인간 의사만큼 능숙하게 여러 수술 작업을 수행하도록 훈련된 것이다. 연구 결과는 JHU 공식 홈페이지에 소개됐다. 게시글에 따르면 연구진은 이 연구에서 다빈치 수술 시스템을 활용했다. 이는 일반적으로 해부, 흡입, 혈관 절단 및 봉합과 같은 작업을 위한 기구를 조작하는 팔이 달린 로봇을 외과 의사가 원격으로 조작하는 시스템이다. 이 시스템은 외과의에게 훨씬 더 큰 제어력과 정밀도를 확보하고, 수술대 위의 환자를 자세히 들여다볼 수 있는 기능을 제공한다. 최신 버전의 로봇 수술 시스템 가격은 200만 달러(약 28억원) 이상으로 추정되며, 액세서리, 멸균 장비 또는 훈련 등은 별도다. 연구진은 모방 학습이라고 알려진 머신러닝을 사용하여 다빈치 수술 시스템이 수술 과정과 관련된 세 가지 작업, 즉 바늘 조작, 신체 조직 리프팅, 봉합을 스스로 수행하도록 훈련했다. 이 외과 로봇 시스템은 인간 의사가 할 수 있는 것처럼 수술을 잘 수행했을 뿐만 아니라 스스로 실수를 바로잡는 법도 배웠다. 연구원인 악셀 크리거 JHU 교수는 "예컨대 바늘을 떨어뜨리면 자동으로 집어 올려 수술을 계속한다. 사람이 가르쳐서 한 게 아니다"라고 설명했다. 연구진은 챗GPT와 같은 생성형 AI 챗봇이 구축된 머신러닝 아키텍처와 모방 학습을 결합해 AI 모델을 훈련했다. 일반 챗봇은 텍스트로 작업하도록 설계된 반면, 이 모델은 숫자나 방정식과 같은 수학적 요소로 동작을 설명하는 데 사용되는 언어인 운동학을 통해 수술 시스템의 팔 동작을 지시한다. 모델은 수술 과정 중에 다빈치 로봇의 팔에 부착된 손목 카메라로 녹화된 수백 개의 비디오를 사용해 훈련됐다. 연구진은 이 모델이 수술 로봇의 동작을 지시하는 데 필요한 모든 단계를 수동으로 코딩하는 기존 방법보다 훨씬 더 빠르고 쉽게 모든 유형의 수술 절차를 수행하도록 로봇을 훈련시킬 수 있다고 주장했다. 이는 자동화된 수술을 더 빨리 현실화하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 크리거 교수는 "새로운 모델의 장점은 다양한 절차의 모방 학습만 수집하면 며칠 안에 로봇이 이를 학습하도록 훈련시킬 수 있다는 것"이라며 "이를 통해 의료 실수를 줄이고 더 정확한 수술을 수행하는 동시에 자율성이라는 목표를 가속할 수 있다"고 밝혔다. 이 연구는 최근 몇 년 동안 로봇 지원 수술 분야에서 가장 큰 혁신 중 하나로 꼽힌다. 복잡한 수술에 사용할 수 있는 자동화된 장치가 몇 가지 있는데, 예를 들어 심혈관 수술을 위한 코린더스(Corindus)의 코패스(CorPath) 시스템이 그렇다. 그 기능은 일반적으로 해당 수술의 특정 단계에만 제한된다. 크리거 연구팀은 과거 수술 작업을 자동화하는 다른 접근 방식도 연구했다. 연구진은 2022년, 스마트 조직 자율 로봇(STAR)을 개발했다. 구조적 광(光·빛) 기반 3차원 내시경과 머신러닝 기반 추적 알고리즘의 안내를 받는 로봇은 인간 의사의 개입 없이 돼지 장의 양쪽 끝을 봉합했다. JHU 연구진은 현재 모방 학습 방법으로 로봇이 전체 수술을 수행할 수 있도록 훈련시키는 작업을 진행하고 있다. 로봇이 외과의를 완전히 대체하는 데는 몇 년이 걸릴 수 있지만, 이와 같은 혁신을 통해 환자들은 복잡한 치료를 더 안전하고 쉽게 받을 수 있을 것으로 기대된다.
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[신소재 신기술(130)] AI 기술 접목한 로봇, 비디오만 보고 외과 수술 성공
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[퓨처 Eyes(57)] 세포도 웨어러블 입는 시대…"생체 전자장치의 혁명"
- 웨어러블 기술이 스마트워치나 피트니스 트래커를 넘어 세포 단위까지 진화하고 있다. MIT 연구진은 최근 개별 세포의 전기적, 대사 활동을 측정하고 조절할 수 있는 혁신적인 세포용 웨어러블 장치를 개발했다고 밝혔다. 빛에 반응하는 부드러운 고분자 '아조벤젠'으로 만들어진 이 장치는 빛의 세기와 방향에 따라 세포를 감싸거나 펼쳐지며 세포 활동을 제어한다. 마치 세포에 옷을 입히고, 빛으로 그 옷을 조종하여 세포의 활동을 제어하는 것과 같다. 세포용 웨어러블의 구조와 기술적 혁신 MIT 연구진이 개발한 세포용 웨어러블 장치는 부드러운 고분자인 '아조벤젠'으로 만들어져 있다. 아조벤젠은 빛을 받으면 말리는 성질을 가지고 있어, 이를 통해 세포의 다양한 부위를 감싸는 방식으로 작동한다. 연구팀은 빛의 세기와 방향을 조절함으로써 장치의 말림과 세포와의 접촉 방식을 정밀하게 제어할 수 있다. 이를 통해 이 장치는 세포를 손상시키지 않으면서도 꼭 맞게 감싸는 기술을 구현할 수 있었다. 또한, 최근의 합성 생물학적 연구와 세포 외부 반응 시스템(cell-free synthetic biology)을 기반으로 한 기술들은 웨어러블 장치의 가능성을 크게 확장하고 있다. 합성 생물학은 생체 시스템을 제어할 수 있는 전례 없는 가능성을 열어주었고, 다양한 생물학적 회로와 센서를 설계할 수 있는 기반을 마련했다. 특히, 세포 외부 반응 시스템은 세포를 직접 사용하지 않으면서도 유전자 회로를 활용해 원하는 반응을 이끌어낼 수 있다는 점에서 기존의 생체 웨어러블 기술의 한계를 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 무선 작동과 생체 적합성 이 장치는 배터리가 필요 없으며, 몸 안에서 자유롭게 부유하는 형태로 존재한다. 외부에서 빛을 조사하여 비침습적으로 장치를 작동시킬 수 있어, 신체 내부 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. MIT 연구진은 수많은 실험을 통해 이 장치가 신경세포와 상호작용하면서도 세포에 손상을 주지 않고 생체 적합성을 유지할 수 있음을 입증했다. 또한, 이러한 웨어러블 시스템에는 유전자 회로를 포함한 다양한 센서를 사용해 세포 내부와 외부의 다양한 분자들을 탐지하고 반응할 수 있도록 설계할 수 있다. 이러한 점에서 이 기술은 매우 혁신적이다. 신경 질환 치료의 잠재성 세포용 웨어러블 장치는 특히 신경계 질환, 예를 들어 다발성 경화증(MS)과 같은 질환의 치료에서 그 가능성을 높이 평가받고 있다. 다발성 경화증 환자는 신경을 보호하는 '미엘린'이라는 층이 손상되는데, MIT 연구진의 장치는 이 손상된 축삭을 감싸 합성 미엘린의 역할을 수행할 수 있다. 연구팀의 주저자인 데블리나 사카르는 "이 기술은 세포 수준에서 작동하는 합성 미엘린을 통해 다발성 경화증 환자들의 신경 기능을 회복시키는 데 도움을 줄 수 있다"고 말했다. 이 장치가 단순한 실험적 기술을 넘어, 신경계 질환을 치료할 수 있는 실질적 도구가 될 가능성을 가지고 있는 것이다. 생체 전자장치의 미래와 윤리적 과제 MIT 연구팀은 세포용 웨어러블 장치가 합성 미엘린 역할뿐만 아니라 다양한 광전기 물질과 결합해 세포를 자극하는 데 사용할 수 있음을 보여주었다. 예를 들어, 장치 위에 원자 수준의 얇은 재료를 덮어 패턴화하면, 여전히 말려서 미세 튜브 형태를 만들 수 있다. 이는 장치가 다양한 신호(전기적, 광학적, 열적 신호 등)를 세포에 전달할 수 있는 플랫폼으로서 사용될 가능성을 열어주고 있다. 이러한 기술은 신경과학 연구뿐만 아니라 인공지능 기술과의 결합을 통해 인간의 뇌 연구와 질병 치료의 새로운 가능성을 제시할 수 있다. 그러나 이러한 기술이 인체에 도입되는 만큼 윤리적 고민 역시 동반된다. 비록 비침습적 방식이라 할지라도 인체 내부에 장치를 설치하는 것에 대한 프라이버시 문제와 인체에 미칠 장기적 영향에 대한 우려가 존재한다. 펜실베이니아 대학교의 플라비아 비탈레 교수는 "이 기술은 세포 수준에서 신경세포와 상호작용하는 전례 없는 해상도를 보여준다. 하지만 그 사용에는 윤리적 고려가 필요하다"고 말했다. 기술의 발전과 함께 그에 따른 책임과 윤리적 기준을 마련하는 것이 중요하다. 미래의 신경과학과 의학의 패러다임 변화 세포 자체가 장치를 착용하는 시대가 도래하고 있다. 이러한 세포용 웨어러블 장치는 신경계 질환 치료의 새로운 장을 열어줄 뿐만 아니라, 생체 전자장치가 인체와 어떻게 상호작용하고 우리의 건강을 관리할 수 있을지를 새롭게 정의할 것이다. 이 혁신적인 기술은 단순한 상상이 아니라, 이제 곧 우리의 현실로 다가오고 있다. 우리는 이 혁신이 인체와 어떻게 공존할 수 있을지를 탐구하고, 그에 따른 윤리적 과제를 함께 고민해야 할 것이다. 데블리나 사카르 교수는 "우리가 보여준 이 기술의 가능성은 앞으로의 연구와 응용에 있어 엄청난 잠재력을 가지고 있다"고 말했다. 지금 우리는 미래 과학의 첫걸음을 내딛고 있는 것이다.
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[퓨처 Eyes(57)] 세포도 웨어러블 입는 시대…"생체 전자장치의 혁명"
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'최후의 날' 남극 빙하, 예상보다 빨리 녹아…지구공학 논의 촉발
- '최후의 날 빙하(Doomsday Glacier)'라고도 불리는 남극의 스웨이츠 빙하(Thwaites Glacier)가 기후 변화로 예상보다 빠르게 녹아내리고 있다. 이로 인해 기후 변화 솔루션으로서 지구 공학에 대한 논의가 본격화되고 있다고 PHYS가 전했다. UC 어바인 캠퍼스와 워털루 대학교 전문가들이 주도한 최근의 연구에서, 연구진은 온난화된 조류가 스웨이츠 빙하의 녹는 속도를 높이고, 컴퓨터 모델에서 예측한 것보다 더 빨리 후퇴하고 있다는 사실을 발견했다. 스웨이츠 빙하의 운명이 여전히 불확실한 가운데, 학계 일각에서는 빙하가 녹는 속도를 늦추기 위해 환경을 바꾸는 아이디어로 눈을 돌리고 있다. ◇ 따뜻한 조류로 인한 가속 용융의 이해 스웨이츠 빙하는 서남극 빙상(WAIS)의 바다를 마주한 가장자리를 따라 위치한 빙하 중 하나다. WAIS는 텍사스의 거의 3배 크기의 거대한 얼음으로, 서남극 대륙의 해수면 아래 분지에 위치해 있다. 바다가 분지를 채우고 얼음을 녹이거나 떨어뜨리는 것을 막는 유일한 방벽은 빙하이다. 이러한 상황으로 인해 과학자와 언론은 플로리다주 전체보다 큰 스웨이츠 빙하를 '최후의 날 빙하'라고 부르게 되었다. 그 이유는 이 빙하가 무너지면 따뜻한 바닷물이 WAIS를 녹여 해수면을 거의 335cm까지 올릴 수 있기 때문이다. 이렇게 되면 많은 해안 대도시와 작은 섬나라들이 극도의 위험에 처하게 된다. 참고로 스웨이츠 빙하는 한국 면적의 약 1.9배에 달하는 엄청나게 큰 규모이다. 텍사스는 한국 면적의 약 6.9배에 달한다. 스웨이츠 빙하는 기후 변화로 인해 매년 500억 톤의 얼음을 잃으면서 빠르게 후퇴하고 있으며, 이미 지구 해수면 상승의 4%를 차지하고 있다. 재앙적인 해수면 상승으로 인해 스웨이츠 빙하의 붕괴와 그에 따른 WAIS의 퇴출은 기후 과학에서 티핑 포인트(임계점)라고 알려졌다. 티핑 포인트는 임계점(이 경우 대기 및 해양 온난화)을 넘어 기후 시스템에 대규모의 가속화되고 돌이킬 수 없는 변화로 이어지는 경우이다. 스웨이츠 빙하가 녹으면 WAIS가 붕괴되고, 이는 돌이킬 수 없는 해수면 상승을 일으켜 수백만 명을 위험에 빠뜨리고 다른 빙하의 온난화를 가속할 것이다. UC 어바인과 워털루 대학교 연구진이 주도한 이번 빙하 연구는 고해상도 위성 이미지와 수문 데이터를 사용해 얼음 아래의 따뜻한 조류 흐름과 그에 따라 얼음이 더 빨리 녹는 지역을 식별했다. 얼음이 녹는 속도를 이해하는 것은 해수면 상승을 예측하는 데 중요하다. 워털루 대학교의 빙하학과 크리스틴 다우 교수는 "우리는 그 얼음이 사라지는데 100년, 또는 500년이 걸리기를 바랬지만 그보다 훨씬 빨리 사라질 수도 있다는 우려가 있다"고 말했다. 물론 WAIS에 대한 희망이 없는 것은 아니다. 다트머스 대학과 에든버러 대학교 연구진의 분석에 따르면, 스웨이츠 빙하는 이전에 생각했던 것처럼 해양 빙하 절벽 불안정성(MICI)이라는 과정에 그리 취약하지 않다. MICI 가설은 높은 빙하 절벽은 빙하가 후퇴하면서 불안정하고 더 쉽게 무너진다는 것이지만, 이 연구는 스웨이츠 빙하가 얇아지면 실제로 빙하 붕괴 속도가 감소하고 빙하 절벽이 안정화될 수 있다고 주장한다. ◇ 해결책으로서의 지구공학에 대한 논쟁 불확실성과 함께 스웨이츠 빙하가 예상보다 빨리 녹아 급격하고 극심한 해수면 상승 발생 가능성에 직면하여, 일부 과학계에서는 가능한 해결책으로 빙하 지구공학에 초점을 맞추고 있다. 빙하 지구공학은 지구 온도가 상승하더라도 빙하 후퇴를 늦추거나 멈추도록 기술과 인프라를 사용하는 프로세스를 말한다. 시카고 대학의 '기후 시스템공학 이니셔티브'에 소속된 빙하학자 그룹은 지난 7월 급속히 녹는 빙하 위협에 대응해 빙하 지구공학에 대한 더 많은 연구를 진행할 것을 촉구하는 보고서를 발표했다. 보고서에 참여한 라플란드 대학교 북극 센터의 존 무어 교수는 빙하 지구공학 연구의 시급성을 설명했다. 그는 빙하 지구공학을 적용할 만큼 충분히 이해하려면 15~30년이 걸릴 것이기 때문에 즉시 시작해야 한다고 역설했다. 빙하 지구공학 아이디어 중에는 스웨이츠 빙하 등 위험에 처한 곳에 따뜻한 조류가 흘러드는 것을 막는 거대한 잠수함 커튼을 만드는 것도 포함돼 있다. 커튼은 천으로 만들 수 있으며, 커튼에 구멍을 뚫고 공기를 펌핑하는 파이프를 설치해 스웨이츠 빙하와 따뜻한 바닷물 사이에 놓는다는 것이다. 이와 같은 빙하 지구공학적 개입은 올바르게 구현된다면 매우 유용할 수 있다는 지적이다. 그러나 아이디어 중 다수는 달성하기 어렵거나 불가능하다는 주장도 만만치 않다. 오히려 탄소 배출을 줄이자는 목표를 흐리게 만든다는 주장이다. 지구공학에 지나치게 의존하면 탄소 배출을 억제하는 조치를 취하지 못할 수 있다는 것이다. 그러나 학계는 지구공학이 만병통치약은 아니더라도 강력한 치료제가 될 수는 있다고 본다. 빙하 지구공학이 기후 변화에 대한 만병통치약과 같은 해결책은 아니지만, 진통제 역할은 할 수 있다고 본다. 진통제는 심한 고통을 덜어 주면서 신체가 병을 치료할 수 있도록 지원한다. 여전히 빙하 지구공학에 대한 논쟁은 진행 중이다.
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'최후의 날' 남극 빙하, 예상보다 빨리 녹아…지구공학 논의 촉발
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[먹을까? 말까?(71)] 과음, 만성 통증 부른다
- 과도한 음주는 만성 통증으로 이어질 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 미국 스크립스 연구소 연구팀은 과도한 음주가 알코올 금단 증상으로 인한 만성 통증을 유발할 수 있다는 연구 결과를 발표했다고 메디컬 익스프레스가 전했다. 해당 연구 결과는 국제 학술지 약리학 연구(Pharmacological Research)에 게재됐다. 연구팀은 쥐를 이용한 동물 실험에서 알코올 섭취량과 금단 증상으로 인한 통증 민감도 사이의 연관성을 확인했다. 팀은 과도한 음주를 한 쥐와 적당한 음주를 한 쥐 두 가지 모델을 시험했다. 5주간 알코올을 섭취한 후 일부 쥐는 26일간 금주를 경험했다. 적적량의 알코올을 섭취한 쥐는 금단 증상 후 약 7일만에 통증 민감도가 정상으로 돌아왔지만, 과도한 음주를 한 쥐는 금단 증상 후에도 통증 민감도가 높게 유지되거나 영구적인 통증을 경험했다. 신경계내 화학 물질 변화와 관련 연구팀은 이러한 만성 통증이 신경계 내 호학 물질인 엔도카나비노이드(endocannabinoid)의 변화와 관련 있다는 사실을 밝혀냈다. 특히 엔도카나비노이드의 일종인 2-AG가 알코올 금단으로 인한 통증 치료에 유용한 약물 표적으로 활용될 수 있음을 시사했다. 마리사 로베르토 스크립스 연구소 신경과학과 교수는 "장기간의 알코올 섭취는 일시적으로 통증 만감도를 변화시키지만, 음주를 중단하면 회복될 수 있다"면서도 "하지만 과도한 음주는 알코올로 인한 변화를 되돌릴 수 없게 만들어 약물 치료가 필요할 수 있다"고 설명했다. 알코올 사용 장애, 코로나19 팬데믹 이후 증가 추세 미국에서는 약 2900만 명이 알코올 사용 장애(AUD)를 겪고 있으며, 코로나19 팬데믹 이후 그 수가 증가했다. 알코올 사용 장애는 신경병증성 통증을 유발하며, 알코올 금단 증상이 나타날 때 통증이 더 심해지는 경향이 있다. 특히 여성은 남성보다 알코올 사용 및 금단 증상 중 신경병증성 통증을 더 자주 경험하는 것으로 알려져 있다. 참고로 미국 인구조사국에 따르면 2024년 1월 1일 기준 미국 인구는 약 3억 3580만명이다. 즉, 미국 인구의 8.64%가 알코올 사용 장애를 겪고 있다는 뜻이다. 2-AG 조절 약물, 알코올 금단 관련 통증 치료제 가능성 제기 연구팀은 쥐의 등쪽 뿌리 신경절을 분석한 결과, 과도한 음주를 한 쥐에서 알코올 금단 후 2-AG 수치가 감소한 것을 발견했다. 2-AG 수치 감소는 통증 민감도 증가와 직접적인 연관성을 보였다. 이번 연구는 알코올 금단으로 인한 만성 통증의 메커니즘을 밝히고, 2-AG 조절 약물이 알코올 사용 장애 환자의 이질 통증에새로운 치료법이 될 수 있음을 제시했다는 점에서 의의가 있다. 연구팀은 향후 성별에 따른 차이를 추가로 연구하고, 2-AG 대사를 조절하는 분자들의 치료 가능성을 평가할 계획이다. 이번 연구는 지난 8월 적당한 음주도 건강에 해롭다는 연구 결과 이후에 나온 것이다. 미국의사협회저널(JAMA)은 지난 8월 12일 적당한 음주는 노년층에게 아무런 이점을 제공하지 않으며 오히려 질병 관련 사망 위험을 높이는 것으로 나타났다고 밝혔다. 이는 하루 한 두잔의 술, 특히 와인이 건강에 좋다는 통념을 뒤집는 것으로 주목된다.
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