Ai, 무정자증 남성 정자 찾아내 임신 성공···남성 불임 치료 새 희망

• 남성 불임 환자, 체외수정 통한 임신 가능성 입증

정자가 전혀 보이지 않는 무정자증 환자에게서 인공지능(AI)이 살아 있는 정자를 찾아내 임신에 성공했다. 기존 의학적 한계로 ‘불임 확정’ 판정을 받던 사례에서 자연 생식이 아닌 체외수정을 통한 임신이 가능함을 처음으로 입증한 것이다.

이번 연구는 정자 세포의 생존 여부를 인간의 눈이 아닌 알고리즘이 감지함으로써, 남성 불임 치료의 가장 큰 장벽이던 ‘정자 탐색 불가’ 단계를 넘어설 수 있음을 보여준다.

미국 컬럼비아대학교 생식의학센터 연구진은 인공지능 기반 영상 분석 시스템을 이용해 정액 속에서 활동 가능한 정자를 식별하고, 체외수정(IVF) 및 자궁 착상까지 이어졌다고 밝혔다. 연구 결과는 국제 의학 학술지 랜싯(The Lancet)에 게재됐다.

무정자증(azoospermia)은 정액 내 활동성 정자가 전혀 없거나 극히 드문 질환으로, 남성 불임의 주요 원인 중 하나다. 전체 불임 부부의 약 40%는 남성 요인에 의한 것이며, 그중 10~15%가 무정자증으로 진단된다. 현재까지 이 질환에 대한 표준 치료는 고환에서 정자를 직접 추출하는 시술이다. 그러나 이 방법은 성공률이 낮고, 염증·혈관 손상·호르몬 저하 등 부작용이 잦다. 또한 숙련된 배아학자가 현미경으로 정자를 수작업으로 찾는 과정은 시간과 비용이 크게 소요된다.

정자 탐색의 자동화, 초고속 영상과 미세 칩, AI

컬럼비아대 연구진은 기존의 한계를 넘어설 새로운 접근법으로 영상 인공지능과 미세유체칩 기술을 결합한 ‘스타(STAR, Sperm Tracking and Recovery)’ 시스템을 개발했다. STAR는 초당 300프레임 이상의 속도로 정액을 촬영해 1시간에 최대 800만 장의 이미지를 수집한다. 인공지능은 이 방대한 영상 데이터를 분석해 세포의 미세한 움직임과 형태를 구분하고, 살아 있는 정자만을 자동으로 식별한다.

이후 미세유체칩을 통해 해당 영역을 분리한 뒤, 로봇이 머리카락보다 가는 바늘로 정자를 밀리초 단위로 채취한다. 연구진은 기존의 수작업 방식으로 48시간 이상 탐색해도 정자를 찾지 못했던 시료에서 STAR 시스템이 1시간 만에 40개 이상의 정자를 찾아냈다고 밝혔다. 초정밀 영상 기술과 AI 분석 알고리즘이 결합되면서, 현미경으로는 구별이 어려웠던 미세한 세포의 움직임까지 포착할 수 있었다.

‘정자 한 개면 충분’, 20년 불임 남성에서 첫 임신 성공

이번 연구의 대상은 20년간 불임 치료를 시도해온 무정자증 남성이었다. 연구진은 환자의 정액 3.5mL를 채취해 약 2시간 동안 250만 장의 이미지를 확보했다. AI 분석 결과, 움직임이 있는 정자 두 개를 찾아냈으며, 이를 이용해 두 개의 배아를 생성한 뒤 하나를 자궁에 착상시켰다. 착상은 성공적으로 이뤄졌고, 현재 임신이 정상적으로 유지되고 있다.

연구를 이끈 제브 윌리엄스(Zev Williams) 컬럼비아대 불임센터 소장은 “건강한 배아를 만드는 데 필요한 것은 정자 하나뿐”이라며 “이번 성과는 기술적 진보가 아니라 생식의학의 관점을 바꿀 수 있는 임상적 전환점”이라고 말했다. 연구진은 이번 성과가 단일 사례에 그치지 않도록, 더 많은 환자를 대상으로 한 임상시험을 진행하고 있다.

이번 연구는 인공지능이 생식의학에서 단순 분석을 넘어 ‘임상 의사결정 지원’ 수준으로 발전할 수 있음을 보여준다. STAR 시스템은 현미경 탐색에 필요한 숙련 인력의 한계를 극복하고, 시술 성공률을 높이는 동시에 환자의 신체적 부담을 최소화한다. 무엇보다 이 기술은 비침습적 접근을 가능하게 해, 정자 추출 수술 없이도 생존 정자 탐색이 가능하다는 점에서 큰 의미가 있다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr