19년 무정자증 남성, AI 분석으로 정자 찾아내 딸 얻었다

미국 조지아의 한 병원에서 인공수정을 하는 모습. 사진=게이티미지코리아

미국 컬럼비아대 연구팀이 인공지능(AI)을 이용해 정액 속에 극소량 남아 있는 정자를 찾아내는 기술을 개발해 실제 임신과 출산까지 성공시켰다.

19년간 무정자증을 겪었던 39세 남성의 정액에서도 정자를 찾아냈고, 부부는 이 기술을 이용한 난임 치료 끝에 딸을 얻었다.

11일(현지 시간) 뉴욕타임스(NYT)에 따르면, 최근 컬럼비아대 생식센터 소장 제브 윌리엄스 박사팀은 ‘정자 추적 및 회수(Sperm Tracking and Recovery)’ 시스템, 일명 ‘스타(STAR)’를 공식 도입했다.

STAR는 미세유체 칩과 고속카메라, AI 이미지 분석 기술을 결합해 기존 현미경 검사로 발견하기 어려운 극소량의 정자를 찾아 분리하는 시스템이다.

● 초당 300장 촬영한 사진에서 AI가 정자 포착

STAR 시스템을 이용해 정자를 추적하는 위상차 영상의 모습. 더 랜싯 갈무리

검사 방식은 이렇다. 정액 샘플을 머리카락 굵기의 미세유체 칩에 주입해 좁은 통로를 따라 흐르게 한다.

이때 고배율 렌즈가 장착된 고속카메라가 초당 약 300장의 이미지를 촬영하고, AI가 실시간으로 영상을 분석해 정자 세포를 찾아낸다.

AI가 정자를 찾아내면 순간적으로 정액 샘플이 흐르는 통로의 문이 열리고, 정자 세포가 살아있는 정액만 따로 분리돼 한 곳에 모인다. 이후 일반적인 체외수정(IVF) 절차가 이어진다.

STAR 시스템은 지금까지 175건의 검사에서 26%의 포집 성공률을 보였다. 윌리엄스 박사는 정자 단 두 개를 찾아낸 뒤 임신이 진행 중인 사례도 있다고 밝혔다.

실제 연구팀은 19년 동안 무정자증을 겪었던 39세 남성의 사례도 소개했다. STAR를 이용해 정자를 찾아낸 뒤 난임 치료를 진행했고, 부부는 딸을 얻었다.

다만 모든 무정자증 환자에게 적용할 수 있는 것은 아니다. 정액 속에 극소량이라도 정자가 존재해야 이를 찾아낼 수 있기 때문이다. 정액에 정자가 전혀 없는 경우에는 STAR만으로 정자를 확보할 수 없다.

● “마치 망원경으로 밤하늘 속 별 찾듯…”

STAR 시스템에 사용되는 미세유체 칩의 모습. 가운데 얆은 관을 정액 샘플이 통과하면 고속카메라가 초당 300장의 사진을 촬영, 이를 AI가 분석한다. 더 랜싯 갈무리

STAR(별)는 그 이름처럼 천문학 기술이 활용됐다. 새로운 별을 찾기 위해 머신러닝 알고리즘을 활용하는 것처럼, 고배율 현미경으로 정액 샘플의 사진을 수백 장 찍어 AI가 이를 분석하는 것이다.

7년간 시스템을 개발해 온 윌리엄스 박사는 지난해 11월 의학 저널 랜싯(The Lancet)에 기고한 논문에 “맨눈으로 밤하늘을 보면 많은 별을 찾을 수 있지만 망원경을 사용하면 훨씬 더 많은 별이 보인다”며 “이 기술이 하는 일이 바로 그것”이라고 말했다.

기존 방식은 현미경으로 사정액을 일일이 들여다보는 것이었다. 때문에 정자 수가 현저히 적은 샘플에서는 사실상 불가능에 가까웠으며, 검사에 약 8시간 가까이 걸리기도 했다.

비뇨기과에서는 음낭을 절개해 고환 조직을 직접 보는 미세수술 고환정자추출술(micro-TESE)도 선택할 수 있지만, 난이도가 높고 실패 위험이 있어 자주 사용되는 방법은 아니었다.

윌리엄스 박사팀은 고환정자추출술로는 이틀간 검사해도 정자를 찾아내지 못했으나, STAR 시스템으로는 한 시간 만에 44개까지 찾아냈다고 밝혔다.

STAR 시스템은 현재 컬럼비아대에서 이용할 수 있으며, 전담 전문가팀이 장비 세 대를 운용한다.

연구팀은 다른 불임 클리닉에서도 쓸 수 있는 자동화 시스템 개발을 목표로 하고 있다.

김영호 기자 rladudgh2349@donga.com