인공지능(AI)을 활용해 무정자증 환자의 정액에서 희소한 정자를 찾아 임신에 성공한 사례가 세계 최초로 보고됐다.

미국 컬럼비아대 의학센터 연구팀은 초고속 영상 분석, AI, 미세유체 기술을 결합한 ‘AI 기반 정자 탐색·회수 기술(STAR, Sperm Tracking and Recovery)’을 개발해 20년간 임신에 실패한 남성의 정액에서 단 두 개의 정자를 찾아 체외수정에 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘랜싯(The Lancet)’에 10월 31일(현지시각) 게재됐다.

무정자증은 정액 속에 정자가 거의 없거나 전혀 없는 상태다. 불임 남성의 약 10~15%가 여기에 해당한다. 이 경우 보통은 고환에서 직접 정자를 수술로 채취해야 하지만 성공률이 낮고 통증이나 호르몬 저하 등 부작용이 따른다.

연구팀은 이를 대신할 방법으로 AI를 활용했다. STAR 시스템은 현미경보다 훨씬 빠른 속도로 정액 속 입자들을 촬영하면서 이미지 속에서 ‘정자처럼 움직이는 패턴’을 찾아내는 기술이다.

STAR 시스템은 정액 샘플을 1초에 수천 장의 속도로 촬영해 짧은 시간 안에 수백만 장의 이미지를 만든다. 이번 사례에서는 약 2시간 동안 250만 장의 이미지를 얻었다. 이후 AI 알고리즘이이미지들을 하나씩 분석해 실제 정자와 단백질 찌꺼기, 세포 조각 등을 구별한다. AI는 정자의 미세한 ‘꼬리 흔들림’과 이동 경로를 학습해 구분한다.

AI가 후보 정자를 찾아내면 그 부분의 시료가 자동으로 미세한 관 안으로 옮겨진다. 이 관은 머리카락보다 가느다란 통로가 여러 개 나 있는 ‘미세유체 칩(microfluidic chip)’으로 물의 흐름을 조절해 정자가 지나가는 위치를 좁혀준다.

정자가 통로를 통과하면 로봇 팔이 ms(밀리초, 1000분의 1초) 단위로 정자를 포착해 안전하게 분리한다. 연구팀은 이렇게 회수된 정자를 체외수정에 사용해 배아를 만들었고 두 개의 배아 중 하나가 착상에 성공해 임신이 이뤄졌다.

연구를 이끈 제브 윌리엄스 컬럼비아대 교수는 “이번 성과는 기존의 수술보다 훨씬 안전하면서도 정자를 손상시키지 않는 새로운 접근”이라며 “무정자증 환자에게 생물학적 자녀를 가질 수 있는 가능성을 다시 열었다”고 말했다.

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