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MIT Tech Review 24일 전

체외수정(IVF)의 미래: AI와 로봇이 여는 새로운 시대

IMP
7/10
핵심 요약

본 기사는 체외수정(IVF) 기술의 현재 한계와 이를 극복하기 위한 최신 기술 동향을 다룹니다. 특히 착상 실패율을 낮추기 위해 개발 중인 자동화된 배아 주입 장치와, 향후 도입될 AI 및 로봇 기술이 시술의 성공률과 접근성을 어떻게 높일 수 있는지 설명합니다. 수정 및 착상의 복잡한 과정을 극복하려는 의료계의 혁신 시도를 통해 난임 치료의 패러다임이 바뀔 수 있음을 시사합니다.

번역된 본문

경영 요약 48년 전인 7월, 루이스 조이 브라운(Louise Joy Brown)은 체외수정(IVF)의 도움으로 태어난 세계 최초의 아기가 되었습니다. 그 이후로 수백만 명의 IVF 아기들이 세상에 태어났습니다. 이는 부분적으로 IVF를 더 안전하고 효과적으로 만든 기술의 발전 덕분입니다. 하지만 여전히 완벽하지는 않습니다. 이 과정은 느리고, 고통스럽고, 비쌀 수 있습니다. 게다가 이는 애초에 시술을 받을 수 있었던 운이 좋은 사람들에게나 해당하는 이야기입니다. 그리고 적어도 한 가지 지표에 따르면, IVF 성공률은 최근 몇 년간 감소하는 추세입니다.

생식은 복잡한 과정입니다. 배아학자들과 산부인과 의사들이 여전히 알지 못하고 통제할 수 없는 부분이 많습니다. 예를 들어, 겉보기에 건강해 보이는 수많은 배아가 왜 자궁에 '착상'하지 못하는지 알 수 없습니다. 환자가 임신을 하지 못하는 이유를 항상 설명할 수 있는 것도 아닙니다. 개인 간, 그리고 난임 클리닉 간에 IVF 성공률의 큰 차이가 발생하는 이유 역시 항상 설명할 수 없습니다.

과학자들은 이러한 문제를 비롯한 여러 질문들을 해결하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 새로운 유전공학 도구들이 배아를 분석하거나 변형하는 데 어떻게 사용될 것인지에 대한 복잡한 윤리적 질문과 씨름하고 있습니다. 그와 동시에, 치료를 표준화하고 인간의 오류를 줄이며 성공률을 높이고 IVF에 대한 접근성을 개선하도록 설계된 기술들은 이미 보조 생식의 새로운 시대를 열고 있습니다. 즉, AI와 로봇이 이를 돕는 시대로 접어들고 있습니다.

  1. 배아가 착상하도록 돕는 기술 이러한 기술 중 일부는 스페인 발렌시아에 위치한 카를로스 시몬 재단(Carlos Simon Foundation)에서 개발되고 있습니다. 필자가 3월에 방문했을 때, 연구원들은 연구소를 둘러보게 해주었고 인간의 자궁을 생체 외에서 처음으로存活(살아있는 상태)시키는 데 사용되었던 장치를 보여주었습니다. 팀의 일부 구성원들은 언젠가 태아를 임신 기간 동안 키울 수 있는 인공 자궁을 만드는 꿈을 꾸고 있지만, 우선 그들은 이러한 장치를 착상(수정된 난자가 자궁 내막에 닿아 안쪽으로 파고들어 본질적으로 '부화'하여 임신의 시작을 알리는 순간) 과정에 대해 더 많이 알아내는 데 사용하고자 합니다.

수십 년간의 IVF 발전에도 불구하고 이 과정은 여전히 제대로 이해되지 않고 있습니다. 겉보기에 건강한 배아조차도 착상에 성공할 확률은 40~60%를 넘지 않습니다. 오늘날 사용되는 IVF 기술에서 클리닉은 초기 단계의 배아를 생성하고 자궁이 가장 받아들일 준비가 되었다고 판단될 때까지 기다릴 수 있지만, 일단 배아를 자궁에 삽입하고 나면 그 이후는 배아 스스로 감당해야 합니다.

카를로스 시몬 재단의 수석 임상 과학자인 자비에르 산타마리아(Xavier Santamaria)와 그의 동료들은 다른 접근 방식을 시험하고 있습니다. 그들은 버튼 하나만 누르면 배아를 자궁 내막에 직접 주입할 수 있는 장치를 개발했습니다. 필자가 프로토타입으로 시연을 지켜본 자리에서 산타마리아는 질경을 집어 들고 '환자'의 질 개구부 쪽으로 몸을 돌렸습니다. 이 경우 실제 환자가 아니라 플라스틱 엉덩이에 음순, 질, 자궁, 난소가 달려 있고 산파의자에 고정된 두 다리를 대신하는 두 개의 짧은 기둥이 있는 모형이었습니다. 그는 허리를 굽히고 안을 들여다보았습니다.

"배아(Embryo)요." 그가 말했습니다. 배아학자인 그의 동료 마리아 파르도(Maria Pardo)는 최근 페트리 접시에서 꺼낸 생쥐 배아가 들어있는 얇은 바늘을 건넸습니다. 산타마리아의 장치는 배아가 든 바늘을 전달 튜브에 연결할 수 있게 합니다. 이 튜브에는 카메라, 조명, 그리고 바늘이 자궁 내막에 닿았을 때 의사에게 알려주는 센서도 장착되어 있습니다. 튜브가 자궁으로 들어가면 산부인과 의사는 자궁 내부를 직접 보면서 내막 쪽으로 튜브를 유도할 수 있습니다.

"모든 준비가 끝나면 버튼만 누르면 됩니다." 산타마리아는 페달을 밟아 장치를 작동시키며 배아가 주입되도록 했습니다. "자, 들어갑니다."

연구팀은 방금 이 장치에 대한 임상 시험을 시작했습니다. 현재까지 10명 미만의 여성이 이 시술을 받았으며 아직 임신에 성공한 사람은 없습니다. 하지만 재단 이사인 카를로스 시몬(Carlos Simon)은 희망적입니다. 그는 IVF의 발명가들이 루이스 브라운이 태어나기 전에 160회 이상의 주기를 거쳐야 했다는 점을 상기시킵니다 (1969년부터 1978년 사이에 해당 팀은 250명의 환자에게 457회의 주기를 시도하여 단 두 번의 성공만 얻었습니다).

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EXECUTIVE SUMMARY Forty-eight years ago this July, Louise Joy Brown became the world’s first person born with the help of in vitro fertilization. Millions more IVF babies have entered the world since then. And that’s partly thanks to advances in technology that have made IVF safer and more effective. But it’s still not perfect. The process can be slow, painful, and expensive—and that’s for the lucky people who are able to access it in the first place. And by at least one measure, IVF success rates have been declining in recent years. Reproduction is complex, and there’s a lot that embryologists and gynecologists still don’t know and can’t control. They don’t know why many healthy-looking embryos don’t “stick” in the uterus, for example. They don’t always have an explanation for why their patients can’t get pregnant. And they can’t always account for vast differences in IVF success rates between individuals and between fertility clinics. Scientists are working on all those questions and more. They’re wrestling with complex ethical questions about how new genetic tools will be used to analyze or even alter embryos. Meanwhile, technologies designed to standardize treatment, eliminate human error, boost success rates, and make IVF more accessible are already beginning to usher in a new era for assisted reproduction—one aided by AI and robots. 1. Helping embryos stick Some of those technologies are being developed at the Carlos Simon Foundation in Valencia, Spain. When I visited in March, researchers gave me a tour of the labs and showed me a device that had been used to keep a human uterus alive outside the body for the first time. While some members of the team dream of building artificial uteruses that might one day be able to carry a fetus to term, they first want to use such devices to learn more about implantation—the moment at which a fertilized egg makes contact with the lining of the uterus, burrows inside, and essentially “hatches,” triggering the start of a pregnancy. Despite decades of advances in IVF, that process is still poorly understood. Even healthy-looking embryos stick no more than 40% to 60% of the time. In IVF techniques used today, clinics can create early-stage embryos and wait until the uterus is deemed most receptive, but once they insert the embryo into the uterus, it’s on its own. Xavier Santamaria, senior clinical scientist at the Carlos Simon Foundation, and his colleagues are trialing a different approach. They’ve developed a device that, at the press of a button, injects the embryo into the uterine lining. In a demonstration I watched with a prototype, Santamaria picked up his speculum and turned to face the vaginal opening of his “patient,” which in this case was just a model of the real thing—a plastic bottom with labia, a vagina, a uterus, and ovaries, two short stumps representing what would normally be a pair of legs held in stirrups. He hunched over and peered inside. “Embryo,” he called. His colleague Maria Pardo, an embryologist, passed him a thin needle containing a mouse embryo she had recently collected from a petri dish. Santamaria’s device allows for the embryo-containing needle to be connected to a delivery tube. This tube also has a camera, a light, and a sensor that lets the doctor know when the needle reaches the uterine lining. Once it has been fed into the uterus, the gynecologist can see the inside of the organ and direct the tube to the lining. “When everything is ready, you just press the button,” Santamaria said as he activated it using a foot pedal, allowing the embryo to be injected. “There it goes.” The team has just started a trial of the device; so far, fewer than 10 women have undergone the procedure, and none of those have become pregnant. But foundation director Carlos Simon is hopeful, noting that the inventors of IVF had to perform over 160 cycles before Louise Brown was born (between 1969 and 1978, that team performed 457 cycles in 250 people , resulting in only two live births). “The trial is ongoing,” he says. 2. Picking the "best" eggs, sperm, and embryos One long-running challenge of IVF has been selection. Say you manage to collect 10 eggs from one partner and a decent-looking semen sample from the other. How do you choose which cells to use? The same question comes up once the resulting embryos have been cultured in a dish for a few days: Which should you transfer to the uterus? Traditionally, these judgments have been made by eye. Embryologists literally pick the ones that look the best in terms of their shape or, in the case of sperm, how they move. But scientists have been working on alternatives. And over the last decade or so, many have turned to genetic testing to hint at which embryos have the best chances of creating a healthy baby. The most commonly used test is called PGT-A, which stands for preimplantation genetic testing for aneuploidy. Aneuploidy essentially means having an “incorrect” number of chromosomes, and it is thought that embryos with such characteristics are more likely to be lost through miscarriage or potentially develop into babies with genetic conditions. Once embryologists have created embryos in the lab, they can pinch off a few cells and test them for aneuploidies. The tests are especially beneficial for women over the age of 38, says Alan Penzias, a reproductive endocrinologist at Boston IVF. “You start to see an improvement: more babies and fewer miscarriages,” he says. The tests can shorten the time to pregnancy. This type of genetic testing is possible thanks to multiple advances in technology—not just in genomics, but also in the ability to keep embryos alive in a dish for five to six days and the technique of freezing embryos while the cells undergo testing and thawing them once the results are in. And it has become hugely popular—some clinics do PGT-A tests on all their embryos . But PGT-A won’t give you a perfect readout of a future baby’s genetics, says Sonia Gayete-Lafuente, a reproductive endocrinologist at the Center for Human Reproduction in New York City. And some of the abnormalities might be able to self-correct with time. Gayete-Lafuente and her colleagues have transferred some of those “abnormal” embryos into patients’ uteruses and seen them develop into perfectly healthy children, she says. Other forms of PGT are even more controversial. PGT-P tests are designed to predict an embryo’s chances of developing complex traits that rely on multiple genes, including medical disorders but also physical characteristics like height or cognitive factors like IQ. These tests are new, and they are illegal in some countries, including the UK. But they are gaining ground in the US. Nucleus Genomics—a company that invites customers to “have [their] best baby” —promises to predict traits running the gamut from eye color and intelligence to left-handedness and risk of Alzheimer’s. When I asked IVF practitioners how they might respond if a patient asked for this service, most dodged the question and told me there’s not enough evidence that any of these tests actually work. They also cautioned that selecting for one trait might inadvertently introduce new risks. None seemed especially keen on the idea of using genetic testing for anything other than preventing serious disease. 3. Speeding things up with AI Some seemed more excited about the potential for AI. After all, AI tools are generally good at recognizing patterns. Many researchers have attempted to train tools to spot healthy sperm, eggs, and embryos. And they’ve had some success. A team at Columbia University Medical Center in New York has developed a device that uses AI to examine semen samples from men who have only tiny numbers of healthy sperm. An embryologist might struggle to find a single healthy sperm in such a sample. But the Sperm Tracking and Recovery (STAR) system can analyze over a million microscope images in an hour. It has already been used to create healthy embryos. The team behi