이제 태아의 폐 건강을 확인하기 위해 산모의 배를 바늘로 찌르지 않아도 된다. 고려대학교(총장 김동원) 바이오의공학과 최연호 교수 연구팀과 분당서울대학교병원 산부인과 박지윤·김현지 교수 연구팀이 공동으로 출산 전 태아 폐 성숙도를 비침습적으로 예측하는 인공지능 기반 기술을 개발했다.
 

▲ 고려대 김승민 박사과정, 분당서울대학교병원 김현지 교수, 박지윤 교수, 고려대 최연호 교수 [사진=고려대학교]

출생 직후 일부 신생아는 폐 기능이 충분히 성숙하지 않아 호흡 보조 치료가 필요하며, 이는 신생아 집중치료실 입원으로 이어질 수 있다. 특히 후기 조산(34~36주) 및 초기 만삭(37~38주)의 경우 예기치 못한 호흡기 합병증 발생 위험이 존재한다. 

따라서 미리 안전한 분만 시기를 결정하기 위해 태아의 폐 성숙도를 예측하는 것이 중요하다.

현재 양수 검사를 통해 태아 폐 성숙도 평가가 가능하다. 하지만 이는 임신부 복부에 바늘을 넣어 양수를 채취하는 방식으로 다소 위험성이 있어 제한적으로만 시행된다. 그러다 보니 임신 주수를 기준으로 출산 시점을 결정하는 경우가 많은데, 출생 후 호흡 안정성을 정확히 예측하기에는 한계가 있었다.

연구팀은 먼저 양수 내 폐 관련 데이터를 기준으로 태아 폐 성숙도를 정량화한 새로운 ‘폐 성숙도 점수’를 정의했다. 이는 단순히 성숙·미성숙으로 구분하는 이진 분류가 아니라 폐의 성숙도를 수치로 평가하는 지표다. 이를 통해 출생 전 태아의 호흡 준비 상태를 보다 정밀하게 예측할 수 있다.

이어 연구팀은 태아 폐에서 유래된 세포외소포 중 일부가 산모의 질액에서도 검출될 수 있다는 점을 활용했다. 질액에서 얻은 세포외소포의 라만 신호(광학 신호)를 기반으로 인공지능 모델을 학습시켜, 태아 폐 성숙도 예측이 가능한 ‘질액 EV 기반 AI 모델’을 구축했다.

이 모델을 통해 기존 양수 검사보다 정확하고 반복적인 평가가 가능하다. 52명의 임산부를 대상으로 전향적 연구를 진행한 결과, 질액 EV 기반 AI 모델은 기존 양수 검사보다 높은 예측 성능을 보였다. 산모 질액을 이용한 간편한 방식이기 때문에, 출산 전 태아의 폐 상태를 꾸준히 확인할 수도 있다.

▲ 엑소좀 기반 AI 진단 플랫폼의 전체 개념과 분석 흐름 [사진=고려대학교]

고려대 최연호 교수는 “양수 검사 없이도 태아 폐 성숙도를 평가할 수 있는 새로운 진단 패러다임을 제시했다”며 “데이터 기반으로 태아의 호흡 준비 상태를 객관적으로 평가하고 분만 시점 결정 및 신생아 치료 준비에 활용할 수 있을 것으로 기대된다”고 밝혔다.

분당서울대학교병원 박지윤 교수는 “임상의사와 공학 연구진이 AI와 나노 엑소좀 기술을 활용해 신생아 합병증을 산전에 비침습적으로 예측하는 방법을 구현했다”며 “이를 바탕으로 대규모 임산부 코호트를 활용한 확장 연구를 지속할 예정”이라고 전했다.

이번 연구 성과는 소아청소년의학 분야 국제 학술지인 ‘JAMA Pediatrics(IF=24.7)’ 온라인에 4월 27일 게재됐다.

글. 우정남 기자 insight1592@gmail.com