AI로 마우스 난자 2061개 분석했더니…유형 따라 배양 반응 달랐다

이미지 특성 따라 3개 유형 분류…기본 배반포 형성률 28.2~42.4%

레스베라트롤·비타민 B12 반응도 차이…사람 난자 적용은 추가 검증 필요

마우스 난자를 이미지 특성에 따라 세 유형으로 나눠 분석한 결과, 유형별로 배반포 형성률뿐 아니라 레스베라트롤과 비타민 B12를 첨가한 배양 환경에 대한 반응도 다르게 나타났다. 난자의 특성에 따라 배양 조건을 달리하는 맞춤형 배양 연구의 가능성을 보여준 결과지만, 사람 난자를 대상으로 실제 맞춤 배양의 효과를 검증한 연구는 아니다.

난임 인공지능(AI) 기업 카이헬스는 마리아 난임연구소·마리아의료재단과 공동으로 진행한 이 같은 연구 결과가 국제학술지 ‘Reproduction & Fertility’에 게재됐다고 1일 밝혔다. 논문은 지난 9월 8일 온라인 공개된 뒤 21일 정식 게재됐다.

이번 연구는 2023년 1월부터 2024년 12월까지 수집한 마우스 난자 2061개를 대상으로 한 실험실 연구다. 1차 평가 지표는 배반포 형성 여부였다.

연구팀은 난자의 명시야 이미지에서 크기와 형태, 밝기, 세포질 질감 등의 특징을 수치화하고 비지도 학습 방식의 가우시안 혼합 모델(GMM)을 이용해 세 유형으로 분류했다. 먼저 기본 배양 조건의 난자 695개로 유형을 정의한 뒤 이를 나머지 1366개 난자에 적용해 배양 조건에 따른 배반포 형성 여부를 분석했다.

기본 배양 조건에서 배반포 형성률은 1형 28.2%(44/156), 2형 42.4%(156/368), 3형 34.9%(105/301)였다. 2형은 1형(P=0.002)과 3형(P=0.048)보다 유의하게 높았다. 연령을 나눠 분석했을 때 젊은 마우스 난자에서는 유형 간 배반포 형성률이 비슷했고, 고령 난자에서는 2형의 배반포 형성률이 1형과 3형보다 유의하게 높았다.

배양 첨가물에 대한 반응도 유형별로 달랐다. 1형은 기본 28.2%에서 비타민 B12 200pM을 첨가했을 때 48.7%, 항산화 물질인 레스베라트롤 1.0μM에서는 45.1%로 유의하게 높아졌다. 3형도 기본 34.9%에서 비타민 B12 50pM 조건에서 60.4%, 레스베라트롤 0.1μM에서는 50.0%로 유의하게 높아졌다. 반면 기본 형성률이 가장 높았던 2형은 어느 배양 조건에서도 통계적으로 유의한 차이가 나타나지 않았다.

연구진은 난자 유형과 연령을 조합한 6개 하위군별로 가장 높은 배반포 형성률을 보인 배양 조건을 사후적으로 선택하는 분석도 진행했다. 전체 배반포 형성률은 기본 배양 조건에서 36.97%(305/825), 각 하위군에서 가장 높은 결과를 보인 조건을 합산했을 때 56.00%(126/225)로 나타났다(P<0.001).

다만 이는 난자를 먼저 유형별로 분류한 뒤 각각에 적합한 배양 조건을 적용해 효과를 확인한 전향적 실험 결과는 아니다. 논문에서도 기존 데이터에서 확인된 사후 연관성으로, 유형에 따른 배양 조건 선택이 실제 배반포 형성률을 높이는지는 추가 검증이 필요하다고 밝혔다.

이번 연구는 단일 연구 기관에서 마우스 난자를 대상으로 진행됐으며 배반포 형성까지만 평가했다. 사람 난자에서 같은 결과가 재현되는지, 실제 임신이나 출산 결과 개선으로 이어지는지는 확인되지 않았다. 연구진은 외부 검증과 사람 난자를 대상으로 한 추가 연구가 필요하다고 설명했다.

카이헬스는 식품의약품안전처 허가와 신의료기술평가 유예를 거쳐 비급여로 활용되고 있는 배아 분석 AI ‘Vita Embryo’를 상용화했으며, 이번 연구를 바탕으로 난자와 배아의 특성을 배양 환경과 연결하는 연구를 확대할 계획이다.

마리아의료재단 연구지원본부 윤정 부장은 “이번 연구는 난임·배양 연구 경험에 AI 기술을 접목해 난자의 특성에 따른 배양 반응의 차이를 확인했다는 데 의미가 있다”며 “앞으로도 개별 특성에 적합한 맞춤형 배양 환경을 찾기 위한 연구를 이어가겠다”고 말했다.

이혜준 카이헬스 대표는 “난임 치료에는 환자와 난자, 배아마다 서로 다른 특성이 존재한다”며 “카이헬스는 이러한 차이를 데이터로 이해하고, 향후 보다 일관되고 개인화된 난임 치료로 연결할 수 있는 연구를 지속해 나갈 것”이라고 말했다.

이번 연구는 범부처전주기의료기기연구개발사업의 정부 지원을 받았다. 논문에 따르면 제1저자 김형민은 카이헬스 직원이며, 공동 교신저자인 이혜준 대표는 카이헬스 주주다.