【미국·미시간주】 미시간대학 산부인과·보조생식기술연구소장인 Gary D. Smith교수팀은 수정확률을 최대로 높이기위해 2채널로 나눈 동전크기의 칩(사진)을 이용하여 건강한 정자와 허약한 정자, 미성숙 정자의 분리에 성공했다고 Reproductive BioMedicine Online (7:75-81)에 발표했다.
정자무력증 남성 정액속에서 생존정자를 가려내는 이 기술은 불임치료에 새로운 접근방법이 될 것으로 기대되고 있다.
교수에 따르면 체외수정을 위한 정자를 선별하는 완벽한 방법은 현재로서는 없다.
정자를 선별하는 하나의 방법은 원심분리이며 여기에는 시료(試料)를 고속으로 회전시켜야 한다.
그러나 이 방법의 난점은 생존정자가 사멸정자와 함께 침전되고 사멸정자가 방출하는 산소 프리래디칼 등이 생존정자에 손상을 가한다는 것이다.
교수팀의 새로운 대체법은 손상받지 않으면서 활동성 정자를 사멸정자로부터 분리하기위한 우수한 방법이 될 가능성을 갖고 있다.
활동성 정자는 흐름을 타
Smith교수팀은 이번 결과에 상당한 기대를 걸고 있으나 이 방법이 임상적으로 안전하고 많이 사용될 수 있을 때까지는 앞으로도 수년간의 연구가 필요하다고 말한다.
이 새로운 방법에는 미량의 체액 흐름을 다루는 생물의용공학의 새 분야인 마이크로플루이딕스가 도입돼 있다. 이 기술은 현재 유전자의 배열결정이나 배양세포를 분별하는데 이용되고 있다.
이번 연구에서는 평행한 2개의 유로에서 시작되어 중간에 합쳐졌다가 다시 2개로 분리되는 2개의 채널을 가진 장치를 고안했다.
정자를 한쪽 채널에서 보내고 다른 한쪽 채널에서는 생리식염액을 보내고, 양쪽이 합류했을 때 활동성 정자, 즉 건강한 정자는 유로를 거쳐 다른 한쪽의 유로로 빠져나가지만 비활동성 정자는 원래 유로에 머물러 첫 번째 채널을 통과한다.
공동연구자인 미시간대학 생물의용공학·고분자이공학 강사는 “흐름은 중력과 표면장력 때문에 발생하므로 모두가 하류로 흘러간다. 활동성 정자는 유로를 헤엄쳐 건널 수 있기 때문에 다른 한쪽 출구에서 비활동성 정자보다도 많이 나오게 된다”고 설명한다.
장치를 통과하기 전 활동성 정자는 원래 시료의 44%에 불과했으나 플로우채널에 통과시키면 활동성 정자의 비율은 98%로 상승했다.
또 구별한 시료는 구별하지 않은 시료에 비해 정상적인 구조와 형태를 가진 정자를 2배나 많이 갖고 있었다.
칩에 이용되는 물질이 정자의 생존율이나 질에 영향을 미치지 않는다는 사실도 확인됐다.
극도 정자감소증에 적용
불임 원인의 약 40%는 정자무력증 등 남성의 문제다. 마이크로플루이딕스를 이용한 정자분리의 장점을 가장 많이 받을 수 있는 경우는 정자수가 매우 적은 남성이다.
이론적으로는 하나의 난자를 수정시키는데는 하나의 정자로도 충분하기 때문에 “전문가는 적은 수의 정자를 단리(單離)시키는 것만으로도 충분하다”는 것을 의미한다.
Smith교수는 “1회 사정액 속에 사멸정자, 미성숙정자 등에 비해 우량 정자가 10개라도 그 생존정자를 어떻게 집어내느냐가 문제다. 결국 시료를 일일이 분리하여 정자를 찾아내는 것”이라고 한다. 정자수가 매우 적은 환자의 경우는 환자 1명당 6~7시간 정도 시료에서 활동성 정자를 수집하고 있다.
이 새로운 분리법의 또다른 장점은 생존정자에 손상을 가하지 않고 반복해서 실시할 수 있다는 점이다.
현재의 분리법으로는 상당 수의 생존정자를 잃어버리게된다. 이는 시료 속의 정자수가 매우 적고, 분리 후에 충분한 수의 생존정자를 얻을 수 없게 되는 경우에는 단점이 된다. 마이크로플루이딕스법을 이용하면 남은 시료를 회수하여 다시 장치로 보내는 것도 간단하다.
체내환경 정비할 가능성도
이 새로운 방법의 혜택을 받을 수 있는 대상은 정자무력증인 남성뿐만이 아니다. 불임치료의 방법은 최초의 “시험관아기”이후 그다지 발전되지 않고 있으나 Smith교수는 “대단히 새로운 불임치료법”이라고 생각하고 있다.
교수는 “이것은 특정 문제에 대한 해결책이 될 가능성을 갖고 있지만 보다 중요한 것은 ‘마이크로플루이딕스를 이용하여 정자를 구별해내어 분리시킨 정자를 난자와 수정시키는 것’이라는 새로운 통합시스템을 의미하는 것이다. 우표만한 크기의 장치로 정자를 구별하고 난자와 수정시켜 배(胚)를 기르는 등 전체 과정을 한번에 처리할 수 있다”고 말한다.