시험관아기시술(IVF)에서 어떤 배아를 선택하느냐는 임신 성공을 좌우하는 중요한 문제다. 지금까지는 배아의 모양과 발달 속도, 염색체 검사 결과 등을 바탕으로 배아의 상태를 평가해 왔다. 그런데 배아가 주변으로 분비하는 단백질에도 정상배아와 염색체 이상배아를 구별할 수 있는 단서가 담겨 있다는 연구 결과가 나왔다.

스페인 IVI재단·IVIRMA 연구진과 미국 스탠퍼드대학교 공동연구팀은 인간 배아 69개를 분석해 염색체 상태에 따라 분비되는 단백질의 양상이 달라진다는 사실을 확인했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘인간생식(Human Reproduction)’에 발표됐다.

이번 연구는 배아의 겉모습뿐 아니라 배아가 외부로 내보내는 생물학적 물질을 통해 발달 상태를 평가할 가능성을 제시했다는 점에서 주목된다.

 

정상배아 24개·염색체 이상배아 45개 비교

 

연구팀은 인간 배아 69개를 염색체 상태에 따라 세 집단으로 나눠 비교했다. 정상적인 염색체 수를 가진 정배수체 배아 24개, 21번 염색체가 하나 더 있는 삼염색체 배아 21개, 21번 염색체가 하나 부족한 단염색체 배아 24개가 분석 대상이었다.

연구에는 자궁내막 세포를 활용한 3차원 배양기술이 사용됐다. 실제 자궁내막과 유사한 환경을 실험실에 조성해 배아가 발달하는 과정과 주변 환경으로 분비하는 단백질을 관찰하는 방식이다.

연구팀은 수정 후 14일째까지 배아를 배양하면서 임신 관련 혈장단백질 A(PAPP-A), 태반성장인자(PlGF), 인간 융모성 생식선자극호르몬(β-hCG) 등 주요 단백질의 분비 양상을 분석했다. 배아의 크기와 형태 변화도 함께 관찰해 염색체 상태에 따른 발달 차이를 살펴봤다.

 

수정 후 10일째 PAPP-A에서 뚜렷한 차이

 

가장 주목할 만한 결과는 PAPP-A 단백질에서 나타났다. 수정 후 10일째 측정한 PAPP-A 분비량이 정상배아와 두 종류의 21번 염색체 이상배아를 구분하는 지표로 확인된 것이다.

정상배아에서는 발달이 진행되면서 PAPP-A와 PlGF 분비량이 증가하는 양상이 관찰됐다. 반면 21번 삼염색체 배아에서는 정상배아와 같은 증가 양상이 나타나지 않았다. 21번 단염색체 배아에서는 수정 후 7일째부터 일부 단백질의 분비량이 감소하는 등 더 이른 시점부터 차이가 드러났다.

배아의 형태에서도 차이가 확인됐다. 정상배아와 21번 삼염색체 배아는 발달 과정에서 확장과 형태 변화를 보였지만, 21번 단염색체 배아는 둥근 형태를 유지하면서 충분히 확장하지 못하는 모습을 나타냈다.

이는 염색체 이상이 배아의 외형뿐 아니라 발달 과정에서 분비되는 생화학적 물질에도 영향을 미칠 수 있음을 보여준다.

 

배아와 자궁내막의 상호작용도 중요한 변수

 

이번 연구에서는 배양환경에 따른 차이도 확인됐다. 자궁내막 세포의 도움 없이 배양한 배아는 수정 후 10일을 넘어서면서 생존력이 떨어지고 주요 단백질의 분비량도 감소했다. 반면 자궁내막 세포가 포함된 3차원 배양환경에서는 수정 후 14일째까지 발달을 관찰할 수 있었고, 단백질 분비도 상대적으로 활발하게 나타났다.

이는 배아의 발달이 배아 자체의 특성뿐 아니라 자궁내막과의 상호작용에도 영향을 받는다는 점을 시사한다.

실제 임신에서도 배아가 자궁내막에 착상하기 위해서는 배아와 자궁내막 사이의 복잡한 생물학적 신호 교환이 필요하다. 이번 연구는 이러한 과정을 실험실에서 관찰하고 분석할 수 있는 가능성을 보여줬다.

 

배아의 모양을 넘어 분비 단백질로 평가하는 시대 열릴까

 

현재 IVF에서는 배아의 세포 배열과 발달 속도 등을 관찰하는 형태학적 평가가 널리 활용된다. 필요한 경우 착상전유전검사(PGT-A)를 통해 염색체 수적 이상 여부를 확인하기도 한다.

하지만 배아의 겉모습만으로 염색체 상태나 이후 발달 가능성을 정확하게 판단하기는 어렵다. 형태가 비슷한 배아라도 내부의 생물학적 상태에는 차이가 있을 수 있기 때문이다.

이번 연구는 배아가 분비하는 단백질을 분석하면 기존 평가법으로 파악하기 어려웠던 발달 정보를 추가로 얻을 가능성이 있음을 보여준다. 특히 배아에서 직접 세포를 채취하지 않고 배양환경에 분비된 물질을 분석한다는 점에서 향후 비침습적 배아평가 기술로 발전할 여지가 있다.

다만 이번 연구에서 주요 차이가 확인된 시점은 수정 후 10일째로, 일반적인 시험관아기 시술에서 배아를 이식하거나 냉동하는 시점보다 늦다. 따라서 현재 임상에서 곧바로 적용할 수 있는 배아선별 기술이 개발됐다는 의미는 아니다.

 

실제 임신율·출생률 개선 여부는 추가 연구 필요

 

연구의 한계도 분명하다. 분석 대상이 인간 배아 69개로 비교적 적고, 염색체 이상도 21번 염색체에 국한됐다. 다른 염색체 이상에서도 같은 단백질 분비 양상이 나타나는지는 확인되지 않았다.

또한 실험실에서 확인된 단백질 분비 차이가 실제 임신 가능성이나 출생률과 어떤 관계가 있는지도 추가 검증이 필요하다. 이번 연구는 배아의 발달과 분비 단백질을 분석한 기초연구로, 특정 단백질을 이용해 배아를 선택했을 때 시험관아기 시술의 임신율이나 생아출산율이 높아지는지를 입증한 것은 아니다.

그럼에도 이번 연구는 배아평가의 새로운 방향을 제시했다는 점에서 의미가 있다. 배아가 얼마나 잘 자라고 있는지를 눈으로 관찰하는 데서 나아가, 배아가 어떤 물질을 분비하고 주변 환경과 어떤 신호를 주고받는지까지 분석할 수 있는 가능성을 보여줬기 때문이다.

앞으로 충분한 검증이 이뤄진다면 배아의 형태와 발달 속도, 유전학적 정보에 분비 단백질 분석을 더하는 새로운 평가 방식이 등장할 수도 있다. 배아의 겉모습만이 아니라 배아가 보내는 생물학적 신호까지 읽어내는 연구가 시작된 셈이다.

 

※ 2026년 10월 국제학술지 ‘인간생식(Human Reproduction)’에 온라인 게재된 스페인 IVI재단·IVIRMA 글로벌연구연합(IVIRMA Global Research Alliance)과 미국 스탠퍼드대학교(Stanford University) 공동연구진의 연구 ‘첨단 자궁내막 모델을 이용한 정상염색체 및 비정상염색체 인간 배아의 발달과 표적 분비 단백질 특성 분석(Mapping developmental and targeted secretory signatures of euploid and aneuploid human embryos using an advanced endometrial model)’을 토대로 작성했습니다. DOI: 10.1093/humrep/deag166, PMID: 42927452입니다.