줄기세포의 의미에 대한 오해
한때 불로장생의 묘약 및 마법처럼 여겨졌던 줄기세포 연구는 수많은 우여곡절에도 불구하고 현대 과학기술의 발전으로 눈부신 발전을 이루었다. 1950년대와 1960년대 골수에서 추출한 혈액줄기세포를 이용한 치료에 성공한 후, 1990년대 초 배아줄기세포 연구는 배아에서 줄기세포를 추출하면서 윤리적 문제를 제기했다.
현재 성체 줄기세포는 골수, 탯줄, 지방, 피부, 모발, 장, 뇌, 근육 세포 등 다양한 조직에서 추출되며, 재생의학을 비롯한 여러 과학 분야에서 줄기세포 연구 및 활용이 진행되고 있다. 본 논문은 이러한 큰 성공에도 불구하고 지금까지 우리가 알고 있는 줄기세포의 정의가 명확하지 않음을 설명하고, 줄기세포는 본질을 가진 존재가 아니라 원인에서 생겨난 존재이므로 본질이 없는 공(空)한 존재임을 논한다.
지금까지 줄기세포는 성체의 특정 조직에만 존재하는 극소수의 특수 세포이거나, 초기 배아 발생 시 배반포(내 세포군)에 뭉쳐 있는 세포로서 불멸의 존재로 여겨져 왔다. 줄기세포는 ‘줄기세포성(stemness)’이라는 본질을 지닌 특정 장소에 존재하는 것으로 이해되었다.
고유한 줄기세포성을 지닌 줄기세포는 주변의 환경이나 물리적 공간과 같은 조건에 따라 변하지 않는다. 다시 말해, 발생했다가 사라지지 않는다. 줄기세포성은 또한 다양한 조직에서 추출된 다양한 줄기세포를 동일한 줄기세포로 정의하고 줄기세포와 비줄기세포를 구분한다. 이처럼 우리가 이해하는 줄기세포는 줄기세포성의 본질을 지닌 존재라는 가정에 기반한다.
그럼 줄기세포의 줄기세포성이 어떻게 이해되는지 살펴보겠다. 줄기세포는 자가복제 능력을 지닌 미분화 세포이기 때문에 끊임없이 자신을 생성하며 미분화 상태의 ‘저장 창고’를 유지한다. 동시에 줄기세포는 분화 능력을 가지고 있어 다양한 특수 세포로 성숙하여 다양한 조직을 형성하고, 손상된 조직을 재생시킬 수 있다.
이처럼 자가재생 능력과 분화 능력이라는 두 가지 특성은 줄기세포만이 가진 필수적인 특성으로 정의된다. 따라서 줄기세포는 환경이나 물리적 공간 내 위치 변화에 관계없이 고정적이고 불멸적으로 본질, 즉 줄기성(stemness), 즉 자가재생 능력과 분화 능력을 가지고 있다고 이해된다.
줄기세포의 의미에 대한 우리의 이해가 잘못되었음을 논하기 위해, 먼저 줄기세포의 필수 특성에는 자가재생 능력뿐만 아니라 분화 능력도 포함된다는 정의에 주의를 기울여야 한다. 이 정의는 자가재생 능력과 분화 능력이 각각 줄기세포의 필수 특성이 아니라는 것을 의미한다.
자가재생 능력만이 줄기세포의 유일한 필수 특성이라면, 줄기세포 외에도 암세포나 간세포처럼 이 특성을 가진 세포들이 많다. 그리고 분화 능력만이 줄기세포의 유일한 필수적 특성이라면, 다양한 성체 줄기세포는 모두 분화 능력을 가져야 하지만, 현실은 그렇지 않다. 많은 성체 줄기세포는 생체 내에서 분화하지 않고 정체된 상태를 유지한다. 따라서 자가재생과 분화는 다양한 줄기세포를 하나의 줄기세포로 정의하고 비줄기세포와 구별하는 필수적 특성이 될 수 없다.
그러나 생명과학자들은 모든 줄기세포가 시험관 내 실험 조건에서 분화를 보인다는 점을 지적하며 이를 반박할 수 있다. 실험실 내 인위적으로 조작된 환경에서 배양된 줄기세포는 분화 잠재력을 가지고 있기 때문에 만능 줄기세포라고 주장할 수 있다. 그러나 만능성은 궁극적으로 특정 본질을 가지고 있지 않다는 것을 의미한다.
줄기세포에 특정 본질이 있다면 실험실에서 조작된 세포 환경과 관계없이 특정 세포로 분화되어야 한다. 반대로, 줄기세포의 분화 잠재력은 특정 방향으로 진행되어 인위적으로 조작된 환경으로 인해 특정 세포로 분화된다. 줄기세포의 분화 잠재력은 환경의 조건에 의존하기 때문에, 다시 말해 지연되기 때문에 분화 잠재력이라는 본질이나 자기 본성은 존재하지 않는다.
연기(緣起)하는, 즉 공(空)한 줄기세포
자가 재생과 분화가 줄기세포의 본질적인 특성일 수 없다는 것이 분명해지고 있다. 여기서 논의를 끝내지 않고, 처음에 배양된 줄기세포의 본질적인 특성이 자가 재생뿐만 아니라 분화까지인 경우를 살펴보면서 문제점을 더 논의해 보겠다.
다른 세포와 마찬가지로 미분화 줄기세포는 분열하여 자손 세대의 세포를 생성한다. 이 과정에서 줄기세포가 자가 재생 능력을 가지고 있다는 것은 미분화 모 줄기세포가 자손 세대에서 자신과 유사한 미분화 줄기세포를 생성하고 그 상태를 유지한다는 것을 의미한다. 이러한 세대를 아우르는 미분화 상태는 자손 세대의 줄기세포가 분화 능력을 억제해야만 가능하다는 흥미로운 사실을 담고 있다.
분화란 모 줄기세포보다 더욱 분화된 성숙한 자손 세포를 생성하는 것을 의미한다. 세포의 분화는 세포가 분화 방향으로 성숙하는 것을 의미한다고 이해할 수 있다. 따라서 분화 능력이 발현되기 위해서는 미분화된 모줄기세포가 모세포와 동일한 미분화줄기세포를 만들어서는 안 된다. 즉, 자가재생이 아니라 특화된 딸세포를 만들어내야 한다.
따라서 자가재생 능력을 발현하기 위해서는 분화 능력이 억제되어야 하고, 분화 능력을 발현하기 위해서는 자가재생 능력이 제한되어야 한다는 흥미로운 결론이 도출된다. 줄기세포의 본질적인 속성이 자가재생 능력과 분화 능력이라면, 이처럼 상충되는 작용을 하는 이 두 가지 속성이 줄기세포의 본질적인 속성이 될 수 있을까 의문이다.
어떤 이들은 자가재생 능력과 분화 능력을 잘 조절하는 능력이 줄기세포의 본질이 될 수 있다고 주장할 수 있다. 하지만 '잘 조절되거나 균형을 이루는 두 가지 상충되는 속성'이라는 표현은 너무 모호하고 불변하고 불멸적인 본질로 간주될 수 없으며, 설명력이 부족하다.
만약 어떤 것이 다른 조건에 의존하여 존재한다면, 그것은 스스로를 형성할 수 있는 어떤 것, 즉 본질을 가질 수 없다. 그러나 수많은 실험 결과에서 알 수 있듯이, 줄기세포는 이식된 조직과 발달 시기에 따라 자가 재생 능력과 분화 능력이 다르게 측정된다. 즉, 줄기세포에 본질이 있다면 이식된 조직과 발달 시기에 관계없이 동일한 유전자를 발현해야 한다.
그러나 반대로 다양한 유전자를 발현한다는 보고도 있다. 특정 유전자를 찾을 수 없다는 사실은 줄기세포를 결정하는 본질이 존재하지 않는다는 증거이다. 결국 줄기세포는 불변하는 본질을 가지고 있지 않다. 즉 줄기세포는 공(空)하다.
또한, 줄기세포를 둘러싼 주변 환경이 줄기세포가 특정 세포로 분화하는 데 결정적인 역할을 한다는 실험 결과도 보고되었다. 줄기세포를 체외에서 다양한 성장 호르몬과 다양한 화학물질과 함께 배양하면, 이 줄기세포는 심장, 신경, 혈액, 뼈 등 다양한 조직을 형성하는 세포로 분화한다.
줄기세포에는 특정 세포로 발달하거나 분화하게 하는 본질이 없다. 주어진 줄기세포의 운명을 결정하는 것은 주변 환경(조직 및 조절 신호망)과 줄기세포가 위치한 물리적 공간 사이의 관계이다.
또한, 줄기세포가 자기 재생 및 분화 능력이 영원히 존재하기 때문에 불멸이라는 생각은 위의 논의를 통해 잘못된 가정으로 쉽게 이해될 수 있다. 줄기세포는 주변 조직과 물리적, 시간적 조건에 따라 끊임없이 생성, 유지, 파괴된다. 줄기세포는 의존적이다. 불교에서 가르치듯이 만물은 오직 조건에 의해서만 생성, 유지, 파괴된다. 줄기세포도 예외는 아니다.
