실시간 포착한 ‘인간 배아 착상’ 순간

카탈루냐 생체공학연구소(IBEC) 연구팀이 인간 배아가 자궁내막에 착상하는 순간을 세계에서 처음으로 실시간 촬영에 성공했다. 착상 전체 모습을 움직이는 기록으로 포착해 불임 치료 개선과 체외수정에서의 성공률 향상으로 이어질 가능성이 있다.

이 연구는 자궁 외부층을 모방한 3D 시스템을 이용해 수행됐다. 연구에서는 피부나 힘줄에도 많은 섬유상 단백질 젤을 사용해 자궁 바깥층을 재현하고 배아가 자궁 밖에서도 착상할 수 있도록 한 실험용 인공자궁 플랫폼을 개발했다. 이 장치는 배아가 주변 환경을 얼마나 잡아당기거나 밀어내는지를 형광 마커와 현미경으로 추적 가능하며 평평한 젤 위에 배아를 놓는 것(2D)과 콜라겐 방울 안에 배아를 넣는 것(3D) 2종류가 있어 두 방식 모두 자궁에서의 초기 환경을 재현한다.

관찰 결과 인간 배아는 주변 콜라겐을 자신 쪽으로 끌어당기며 깊숙이 파고드는 상당히 힘찬 움직임을 보인다.

쥐 배아와 인간 배아 착상 과정을 촬영한 영상을 나란히 비교해보면 인간 배아는 쥐 배아와 크게 다른 착상 패턴을 보인다는 것이 밝혀졌다. 쥐 배아는 자궁내막 표면에 부착하는 반면 인간 배아는 자궁 조직 깊숙한 곳까지 완전히 파고드는 듯이 침입해 들어가는 모습이 확인된 것. 이 침입 과정에서 배아는 주변 조직을 분해하는 효소를 방출할 뿐 아니라 착상과 침입을 위해 큰 기계적 힘을 가해 주변 기질을 재구성한다는 걸 알 수 있었다.

착상 과정에서 인간 배아가 자궁에 침잠하는 과정에서 연구팀은 힘의 중요성을 지적하며 착상에 성공한 배아가 주변 기질을 적절히 변위시키고 이런 기계적 상호작용이 착상 성패를 좌우할 가능성이 있다고 했다. 또 배아는 외부 물리적 힘에도 반응하며 자궁 수축이 착상에 영향을 줄 가능성도 시사됐다.

실험에서는 더 나아가 배아 바깥쪽을 만드는 세포가 임신 반응 지표가 되는 호르몬을 만들기 시작하는 등 착상 후 분화가 진행되고 있다는 것도 확인됐다. 배양액을 조사하면 배양 2일 후 호르몬이 평균 약 109.5ng/ml 검출되어 인간 임신 초기에 보이는 변화가 실험 환경에서도 재현할 수 있다는 걸 보여주고 있다.

착상 부전은 유산 주요 원인 중 하나로 전체 유산 중 60%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 이번 연구에서 개발된 자궁 모델은 착상을 개선할 가능성이 있는 다양한 환경이나 화합물을 시험하기 위한 플랫폼으로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 또 이 연구 성과는 불임 치료에서 착상률 향상과 더 질 좋은 배아 선별, 체외수정 과정의 최적화에 기여할 가능성이 있다고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.