차의과학대학교 강윤정 교수 연구팀, 성균관대학교 안중호 교수 연구팀이 참여한 공동 연구팀(제1저자: 이가은·이유경·구화선)은 환자 유래 세포를 활용해 자궁내막 미세환경을 실제와 유사하게 재현한 '혈관화 자궁내막-온-어-칩(Vascularised Endometrium-on-a-Chip)'을 세계 최초 구축했다.

이를 기반으로 자궁내막 수용성(endometrial receptivity)을 정량화하는 지표 ‘ERS2(Endometrial Receptivity Scoring System·자궁내막 수용성 스코어링 시스템)’를 제시했다. 이 연구는 반복적 착상 실패 환자의 배아이식 최적 시점을 기능적으로 확인할 수 있는 지표로 활용 될 수 있을 것으로 보인다.

강윤정 교수는 "보조생식 시술(IVF-ET)에서 반복되는 착상 실패의 원인은 개인마다 다르며, 시간에 따라 변화하는 자궁내막 상태를 정확히 읽어내기 어렵다는 한계에서 비롯된다"며 "기존의 초음파나 유전자 발현 중심 평가는 단백질 표지자와 혈관 역학을 동시에, 기능적으로 포착하기 어려웠다"고 말했다.

이에 연구팀은 환자에서 얻은 상피 오가노이드·기질세포와 혈관내피세포(HUVEC)로 3층 구조의 자궁내막 칩을 구축하고, 칩 내부에서 착상 관련 현상을 실제와 유사하게 관찰·정량화할 수 있는 환경을 구현했다.

이 연구의 핵심은 환자의 자궁내막 환경을 정확히 평가할 수 있는 지표인 ERS2다. ERS2는 자궁내막 수용성과 혈관 형성 상태를 점수로 표준화해, 환자 간 비교는 물론 동일 환자에서 생리 주기나 치료 경과에 따른 변화를 정량적으로 평가할 수 있도록 설계됐다. 연구팀은 동일한 조건에서 자궁내막 수용성 개선을 목표로 한 여러 약물 처치를 비교해, 환자별로 어떤 치료에 더 잘 반응하는지를 ERS2를 통해 구분했다. 환자에서 반복적으로 시행한 PRP(Platelet-Rich Plasma) 치료 과정에서 자궁내막 단백질 발현과 혈관 지표가 어떻게 회복되는지를 주기별로 추적해, 치료 효과를 연속적으로 모니터링할 수 있음을 확인했다.

이와 함께 영양막세포로 구성된 스페로이드 모델을 적용해 착상 초기 단계에서의 부착 안정성과 침윤 과정을 실시간으로 분석했다. 그 결과, ERS2 점수가 높게 나타난 치료군에서 배아 부착은 더 안정적이었고 침윤 역시 원활하게 진행됐다. 즉, ERS2 점수 변화와 실제 착상 과정의 핵심 현상이 함께 움직인다는 점이 확인된 것이다. 이는 ERS2가 단순한 측정 지표를 넘어, 배아이식에 적합한 시점과 치료 효과를 사전에 예측할 수 있는 기능적 지표로 활용될 수 있음을 보여준다.

이번 연구는 소량의 환자 샘플만으로도 실제에 가까운 자궁내막 환경과 미세혈관의 변화를 자궁내막 칩을 통해 시각화하고, ERS2로 즉시 수치화한 점에서 임상적 의미가 크다. 의료진은 이 플랫폼을 통해 ▲현재 시점이 이식에 적합한 때인지 ▲어떤 치료가 해당 환자에게 더 적합한지 ▲관찰되는 변화가 호전인지 악화인지 등을 보다 분명하게 근거에 기반하여 판단할 수 있게 된다.

강윤정 교수는 “향후 수용성 지표의 확장과 체계적인 자동화 분석, 다기관 표준화가 더해질 경우 환자 맞춤 이식 타이밍과 맞춤 약물 선택을 동시에 지원하는 중개 의학 플랫폼으로의 활용도 기대된다”고 언급했다.

이어 “자궁내막 칩과 ERS2를 실험실 수준의 연구 도구를 넘어 임상 워크플로우에 바로 적용할 수 있는 임상 평가 표준으로 만들겠다”며 “다기관 전향 연구로 예측 정확도와 재현성을 확보하고, 자동 영상과 AI 분석을 접목해 임상 현장에서 곧바로 쓰이는 플랫폼으로 완성하겠다”고 덧붙였다.

이번 연구 성과는 국제학술지 Nature Communications (IF 15.7)에 게재됐다.

사진. (왼쪽부터) 강윤정 교수(차의과학대학교), 안중호 교수(차의과학대학교·성균관대학교(현)), 이가은 박사과정학생(차의과학대학교·성균관대학교(현)), 이유경 박사과정학생(차의과학대학교)