18년간의 난임 극복: 콜롬비아대, AI로 숨은 정자 찾아 임신 성공

18년 동안 수차례의 시험관 아기(IVF) 시술을 받으며 전 세계 불임 클리닉을 전전하던 한 부부가 인공지능(AI)의 도움으로 첫 아이를 임신했다.

원인은 남성 불임의 주요 요인 중 하나인 무정자증이었다. 일반적인 정액 샘플에는 수억 개의 정자가 들어 있지만, 무정자증 환자는 현미경으로 수 시간을 꼼꼼히 뒤져도 정자 세포를 전혀 찾아볼 수 없다.

미국 컬럼비아대 불임센터 의료진은 이 부부의 정액 샘플을 자체 개발한 AI 시스템으로 분석했다. 그 결과 숨어 있던 3개의 정자를 발견해 회수하는 데 성공했고, 이를 통해 수정한 배아로 임신에 성공해 오는 12월 출산을 앞두고 있다.

1시간에 800만 장 촬영, 정자를 미세 액적에 분리

이 시스템의 이름은 'STAR(Sperm Tracking and Recovery)'로, 센터 디렉터인 제브 윌리엄스 박사 연구팀이 5년에 걸쳐 개발했다.

정액 샘플을 전용 칩에 올려 현미경 아래에 두면, 고속 카메라와 고배율 이미징 기술이 결합된 AI가 1시간도 채 되지 않는 시간에 800만 장 이상의 사진을 촬영하며 정자 세포를 탐색한다.

정자가 감지되는 즉시 세포를 미세한 배양액 방울로 부드럽게 분리해 낸다. 정자를 손상시킬 수 있는 레이저나 화학 염색을 전혀 쓰지 않기 때문에 세포 활성이 그대로 유지된다.

숙련된 연구원이 이틀 내내 찾아도 단 하나도 발견하지 못했던 환자의 샘플에서 STAR 시스템이 단 1시간 만에 44개의 정자를 찾아낸 사례도 있었다.

고통스러운 고환 절제 수술 대신 3천 달러로 해결

미국 내 전체 불임 사례의 최대 40%는 남성 요인에서 비롯되며, 불임 남성의 최대 10%가 무정자증을 앓는다. 성 기능이나 일상 건강에는 아무런 이상이 없어 진단을 받았을 때 환자들이 겪는 충격이 크다.

기존에는 고환 조직 일부를 외과적으로 떼어내 으깬 뒤 정자를 찾는 침습적 수술이 주로 쓰였다. 통증이 극심한 데다 고환에 영구적인 흉터와 손상을 남길 수 있어 평생 몇 번밖에 시도할 수 없었다.

컬럼비아대 연구팀에 따르면 STAR 방식을 통해 정자를 찾고 분리해 냉동 보관하는 데 드는 비용은 약 3,000달러 미만이다. 고통스러운 수술을 피하면서도 경제적 부담을 크게 덜 수 있는 대안이다.

다만 의학계 일각에서는 신중론도 제기된다. 웨일 코넬 의대의 잔피에로 팔레르모 교수는 체내에서 정자 자체가 전혀 생성되지 않는 환자에게는 아무리 뛰어난 AI라도 답을 줄 수 없다며, 기술의 한계를 명확히 인식하고 과도한 헛된 희망을 경계해야 한다고 지적했다.

왜 중요한가

우리는 STAR의 진정한 혁신이 복잡한 알고리즘 자체보다 '인간의 눈이 물리적으로 불가능했던 피로도 높은 탐색 작업'을 기계가 완벽히 대체했다는 데 있다고 본다. 현미경을 며칠씩 들여다보는 일은 아무리 숙련된 배아 전문가라도 오탐이나 누락을 피하기 어렵지만, 초당 수천 장을 판독하는 AI에게는 가장 적합한 작업이다.

환자 입장에서는 기증 정자를 고려하거나 임신을 완전히 포기하기 전, 수술의 고통 없이 시도해 볼 수 있는 강력한 마지막 보루가 생긴 셈이다. 비용 역시 3,000달러 선으로 전체 시험관 시술 비용에 비하면 충분히 시도해 볼 만한 수준이다.

하지만 아직 임신 성공 사례가 1건에 불과한 초기 단계라는 점은 감안해야 한다. AI는 '바늘을 찾는 속도'를 극적으로 끌어올렸을 뿐, 세포 자체의 유전적 건강성까지 보장해 주지는 못한다. 그럼에도 불구하고 극소수의 희망을 현실로 끌어올렸다는 점에서 향후 생식의학 분야의 표준 검사 체계를 뒤흔들 잠재력은 충분하다.