발달 가능성 높은 ‘배아’ 조기 선별…손상없이 3차원 정량분석 기술
홀로토모그래피 기술 적용...세포질 내부 굴절률 정량 측정
발달 가능성이 높은 난자와 배아를 조기에 선별해 난임 치료를 위한 체외수정 성공률을 높일 수 있는 기술이 개발됐다.
KAIST는 박용근 물리학과 교수팀의 이정하 박사후연구원이 살아 있는 난자와 배아를 손상시키지 않고 3차원 정량 분석을 통해 발달 가능성을 예측할 수 있는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
체외수정 시술에서 얼마나 발달 가능성이 있는 난자와 배아를 선택하느냐가 임신 성공률을 좌우하는 핵심 요소다.
하지만 난자와 배아는 실제 환자에게 이식되는 세포이기에 세포에 영향을 줄 수 있는 염색이나 형광물질을 이용할 수 없다.
현재 임상에서는 세포를 염색하지 않고 빛의 명암과 위상 차이를 이용해 형태를 관찰하는 ‘호프만 변조 대비 현미경’과 ‘위상차 현미경’이 주로 쓰인다.
난임 병원에서는 이런 현미경 영상을 통해 난자와 배아의 모양, 크기, 세포 분할 상태, 발달 시기 등을 종합적으로 판단해 이식할 배아를 선택한다.
연구팀은 이런 한계를 홀로토모그래피 기술을 적용했다. 홀로토모그래피는 세포를 염색하거나 형광물질을 붙이지 않는 비표지 방식으로 빛이 세포를 통과하면서 굴절되는 정도를 측정해 세포 내부 구조를 손상없이 3차원으로 영상화한다.
또 세포 내부 물질의 밀도와 성분에 따라 달라지는 굴절률을 정량적으로 측정할 수 있어 세포의 미세한 구조 변화까지 분석할 수 있다.
연구팀은 홀로토모그래피로 살아 있는 생쥐의 초기 배아 굴절률 분포를 3차원으로 분석했다.
그 결과 이후 자궁 착상을 준비하는 ‘배반포’ 단계까지 잘 발달하지 못한 배아일수록 세포질 내부의 굴절률이 고르지 않게 분포하는 경향이 나타났다.
이는 초기 배아 단계에서 배반포 발달 가능성을 앞당겨 예측하면 임신 성공률이 높은 배아를 보다 일찍 찾는 데 도움이 될 수 있음을 보여준다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 이어 생쥐 난자를 이용해 굴절률이 고르지 않는 경향이 어떤 세포 내부 물질에서 비롯됐는지를 조사한 결과, 세포질에서 높은 굴절률을 보이는 영역이 세포 내에서 지방을 저장하는 작은 구조인 ‘지질방울’과 연관된다는 사실도 확인했다.
세포질 전반에 분포한 지질방울이 난자 전체의 굴절률 질감을 형성하는 데 영향을 미치는 것으로 분석됐다.
이번 연구는 전문가 경험에 크게 의존했던 2차원 난자와 배아 평가를 객관적·정량적인 3차원 평가 방식으로 발전시킬 수 있다는 연구 독창성과 학술적 가치를 인정받아 이달 열린 세계 최대 규모 생식의학학회 ‘유럽인간생식배아학회 2026 학술대회’에서 ‘기초과학상-포스터 발표 부문’상을 수상했다.
박용근 교수는 “홀로토모그래피로 살아 있는 난자와 배아를 손상시키지 않고 관찰하고, 눈으로 구별하기 어려운 세포질의 굴절률 질감과 물질 분포를 수치로 분석할 수 있음을 보여준 연구”라며 “앞으로 객관적이고 정확한 난자·배아 평가기술로 발전시켜 난임 치료 성공률 향상에 기여하도록 연구를 이어갈 계획”이라고 말했다.
이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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