시험관아기시술(IVF)에서 임신 가능성이 큰 배아를 선택하는 것은 시술 성공을 좌우하는 중요한 과정이다. 지금까지 배아의 발달 능력을 평가하는 대표적인 방법은 현미경으로 배아의 모양과 세포 구조를 관찰하는 것이었다.

그런데 최근 배아가 소비하는 산소의 양을 측정해 발달 능력을 평가하는 새로운 기술이 개발되면서 배아 선별 방식에 변화가 나타날 가능성이 제기됐다.

2026년 10월 15일 국제학술지 ‘센서스 앤드 액추에이터스 비: 케미컬(Sensors and Actuators B: Chemical)’에 발표된 연구에 따르면, 연구진은 배반포가 소비하는 산소량을 정밀하게 측정할 수 있는 미세전극 칩을 개발하고 이를 이용해 배아의 발달 상태와 부화 가능성을 분석했다.

특히 쥐 배아 실험에서는 배아의 크기를 고려해 산소 소비량을 보정한 지표가 기존 형태학적 등급보다 배반포의 부화 가능성을 구분하는 데 유용한 결과를 보였다.

 

배아의 모양만으로는 알 수 없는 발달 능력

 

현재 IVF에서 배아를 평가할 때 가장 널리 활용되는 방법은 형태학적 평가다. 배반포가 얼마나 팽창했는지, 내부세포괴와 영양외배엽이 얼마나 잘 발달했는지 등을 관찰해 배아의 등급을 결정한다.

그러나 외형이 비슷한 배아라도 실제 발달 능력에는 차이가 있을 수 있다. 형태학적 평가만으로는 배아 내부에서 일어나는 대사 활동이나 에너지 생산 상태를 충분히 파악하기 어렵기 때문이다.

연구진이 주목한 것은 배아의 산소 소비량이다. 배아는 발달 과정에서 에너지를 필요로 하며, 세포 속 미토콘드리아는 산소를 이용해 에너지를 생산한다. 따라서 배아가 소비하는 산소량은 미토콘드리아 활동과 대사 상태를 간접적으로 보여주는 지표가 될 수 있다.

문제는 배아가 매우 작고 외부 환경 변화에 민감하다는 점이다. 산소 소비량을 측정하는 과정에서 배아의 위치가 달라지거나 배양액의 조건이 변하면 측정 결과에도 영향을 줄 수 있다.

연구진은 이러한 문제를 해결하기 위해 배반포를 일정한 위치에 안정적으로 유지하면서 주변 산소 농도의 변화를 측정할 수 있는 미세전극 칩을 개발했다.

 

미세전극 칩으로 배아의 산소 소비량 정밀 측정

 

이번에 개발된 장치는 동심원 형태의 계단형 미세구조와 산소 감지 전극, 염다리 통로를 하나의 칩에 결합한 것이 특징이다. 배반포를 칩의 정해진 위치에 놓으면 주변 전극이 용존산소 농도의 변화를 감지하고, 이를 토대로 배아가 소비하는 산소량을 계산한다.

측정은 실제 배아 배양 환경을 고려해 섭씨 37도에서 진행됐다. 배양액 위에 오일을 덮어 증발을 억제했으며, 40초 동안 산소 농도를 측정한 뒤 260초의 회복 시간을 두는 간헐적 측정 방식을 적용했다.

전극의 안정성도 확인됐다. 연구진이 개발한 기준전극은 30분 동안 전위 변화가 약 1밀리볼트에 그쳐 안정적인 측정 가능성을 보여줬다.

특히 배아를 측정 장치에 안정적으로 위치시키면서도 필요할 때 다시 회수할 수 있도록 설계했다는 점에서 향후 배아 배양실에 적용할 가능성을 높였다는 평가다.

다만 이번 연구에서 확인된 것은 실험 조건에서의 측정 가능성이며, 반복적인 측정이 인간 배아의 발달에 미치는 영향까지 충분히 검증된 것은 아니다.

 

산소 소비량 높은 쥐 배반포, 부화율 75%…낮은 그룹은 11%

 

연구진은 개발한 장치를 이용해 쥐 배반포 17개의 산소 소비량을 측정하고 발달 상태와의 관계를 분석했다.

여기서 중요한 것은 단순히 배아가 소비한 산소의 총량이 아니라 배아의 크기를 고려한 산소 소비량이었다. 배아의 크기가 다르면 산소 소비량도 달라질 수 있기 때문에 연구진은 산소 소비 속도를 배아의 반지름으로 나눈 보정 지표를 활용했다.

그 결과 이 지표는 양호한 등급의 배반포와 그렇지 않은 배반포를 구분하는 데 단순 산소 소비량보다 효과적인 것으로 나타났다.

더욱 눈길을 끈 것은 배반포 부화율과의 관계다. 연구진이 제시한 보정 산소 소비량 기준인 0.43 fmol/s·μm 이상인 배반포에서는 부화율이 75%였지만, 기준 미만에서는 11%에 그쳤다.

배반포 부화는 배아가 자신을 둘러싼 투명대를 벗어나는 과정으로, 자궁내막 착상에 앞서 필요한 발달 단계다.

이번 결과는 산소 소비량이 배반포의 발달 능력을 평가하는 데 활용될 가능성을 보여준다. 다만 쥐 배아 17개를 대상으로 한 소규모 실험에서 얻어진 결과이므로 해당 수치를 인간 배아의 임신 성공률로 해석해서는 안 된다.

 

인간 배반포 42개에서도 차이 확인…임신율 예측은 추가 연구 필요

 

연구진은 인간 배반포 42개를 대상으로도 산소 소비량을 측정했다. 분석 결과, 크기를 보정한 산소 소비량 지표는 형태학적으로 양호한 등급과 보통 등급의 배반포를 구분하는 데 활용될 가능성을 보여줬다.

이는 산소 소비량 측정 기술이 쥐 배아뿐 아니라 인간 배아의 대사 상태를 정량적으로 평가하는 데도 적용될 수 있음을 시사한다.

그러나 이번 연구는 인간 배아를 실제 자궁에 이식한 뒤 임상적 임신율이나 출생률을 비교한 연구가 아니다. 따라서 산소 소비량이 높은 인간 배아를 선택하면 임신율이 높아진다거나 건강한 출생으로 이어질 가능성이 커진다고 단정할 수 없다.

또한 산소 소비량은 배아의 대사 활동을 반영하는 지표 중 하나일 뿐, 염색체 정상 여부나 착상 능력 전체를 설명하는 지표는 아니다. 향후 더 많은 인간 배아를 대상으로 측정 결과의 재현성을 확인하고, 실제 이식 결과와 연결해 임상적 유용성을 검증할 필요가 있다.

 

배아 평가의 새로운 방향…외형에서 대사 기능으로

 

이번 연구가 갖는 의미는 배아 평가의 기준을 외형적 관찰에서 생리적 기능 측정으로 확장했다는 데 있다.

현재 시험관아기 시술에서는 형태학적 평가와 타임랩스 영상 분석, 인공지능 기반 배아 평가 기술 등이 활용되거나 연구되고 있다. 이들 기술이 주로 배아의 형태와 발달 과정을 분석한다면, 산소 소비량 측정은 배아의 대사 활동을 수치로 확인하려는 접근이다.

장기적으로 이러한 지표를 기존 평가 방식과 결합한다면 배아의 상태를 여러 측면에서 판단하는 데 도움이 될 가능성이 있다. 특히 형태학적 등급이 비슷한 배아들 사이에서 대사 상태의 차이를 확인할 수 있다면 배아 연구와 평가에 새로운 정보를 제공할 수 있다.

다만 현재 단계에서 산소 소비량 측정 기술이 기존 배아 등급 평가를 대체하거나 임신 성공률을 높이는 것으로 입증된 것은 아니다.

이번 연구는 배아가 어떻게 보이는지를 넘어 실제로 어떤 대사 활동을 하고 있는지까지 살펴보려는 시도라는 점에서 의미가 있다. 향후 인간 배아 이식과 출생 결과를 포함한 임상 연구가 축적된다면 배아 선별 기술의 발전에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

※ 2026년 10월 15일 국제학술지 ‘센서스 앤드 액추에이터스 비: 케미컬(Sensors and Actuators B: Chemical)’에 발표된 논문 ‘A dissolved oxygen electrode chip with concentric stepped microstructure and integrated salt-bridge channel for blastocyst positioning and oxygen consumption rate measurement(배반포 위치 제어 및 산소 소비량 측정을 위한 동심원 계단형 미세구조와 염다리 통로가 통합된 용존산소 전극 칩)’를 토대로 작성했습니다. 연구진은 핑펑 양(Ping-Feng Yang), 엔후이 청(En-Hui Cheng), 핀치 탕(Pin-Chi Tang), 히토시 시쿠(Hitoshi Shiku), 마우셩 리(Maw-Sheng Lee), 칭처우 우(Ching-Chou Wu) 등이며, 쥐 배반포 17개와 인간 배반포 42개를 대상으로 산소 소비량 측정 기술의 활용 가능성을 분석했습니다. DOI: 10.1016/j.snb.2026.140135.