“อนุภาคส่งสัญญาณ” เข้าสู่เซลล์เนื้อร้ายแล้วกระตุ้นให้เลือดมาจับตัวกันซึ่งดึงดูด “อนุภาครับสัญญาณ” ที่เป็นอนุภาคที่ใช้เพื่อขนส่งยา ภาพโดย G. Carlson

ด้วยการใช้ประโยชน์จากระบบจากจับตัวของเลือดในร่างกาย นักวิจัยได้ออกแบบอนุภาคนาโนที่สามารถค้นหาเซลล์เนื้อร้าย และหลังจากนั้นก็ส่งสัญญาณเรียกอนุภาคนาโนอีกชนิดหนึ่งเพื่อขนส่งยามาฆ่าเซลล์มะเร็งได้ถูกที่

Sangeeta Bhatia นักชีววิศวกรรม แห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี่แมสซาซูเสตต์ และเพื่อนร่วมงานของเธอพบว่า เธอสามารถเพิ่มปริมาณยาที่ส่งไปยังเซลล์มะเร็งในหนูได้ถึง 40 เท่าเทียบกับกลุ่มควบคุม เมื่อใช้อนุภาคนาโนสองชนิดร่วมกัน ซึ่งเซลล์เนื้องอกในกลุ่มที่ใช้อนุภาคนาโนสองชนิดหยุดการเจริญเติบโตทันที ในขณะที่หนูกลุ่มที่ได้รับอนุภาคนาโนเพียงแค่หนึ่งชนิด เซลล์เนื้องอกก็ยังสามารถเจริญเติบโตได้ต่อไปได้

ทีมของ Bhatia ได้รับแรงบันดาลใจมาจากความสามารถของระบบการจับตัวเป็นลิ่มของเลือดเพื่อเพิ่มการตอบสนองที่มากขึ้นที่บริเวณที่ได้รับบาดเจ็บ การจับตัวเป็นลิ่มของเลือดเกิดจากปฏิกิริยาต่อเนื่องที่นำไปสู่โครงสร้างที่ประสานกันของโปรตีนที่ชื่อว่า ไฟบริน

ทีมนักวิจัยได้ออกแบบอนุภาคนาโนที่ได้อาศัยปฏิกิริยาต่อเนื่องของการจับตัวเป็นลิ่มของเลือด “เราใช้กระบวนการขยายสัญญาณโดยธรรมชาติของร่างกายเพื่อที่จะให้ยาตรงไปสู่เป้าหมายได้มากขึ้น” Bhahia กล่าว ซึ่งงานวิจัยชี้นนี้ได้ตีพิมพ์ในนิตยสาร Nature material [1]

แบ่งหน้าที่กันทำ

ณ ขณะนี้ มีการใช้อนุภาคนาโนเพื่อขนส่งยาและจำเพาะต่อเป้าหมายหลายประเภท ซึ่งอยู่ในการทดลองทางคลีนิคอยู่อีกหลายชนิด โดยที่อนุภาคเหล่านี้บางชนิด มีการใช้โมเลกุลหลายชนิดที่จำเพาะเจาะจงต่อตัวรับสัญญาณที่เซลล์เป้าหมายได้

แต่ว่าทีมของ Bhatia ได้ตัดสินใจที่จะแบ่งหน้าที่ของอนุภาคนาโนแต่ละชนิด โดยแบ่งเป็นอนุภาคนาโนที่ทำหน้าที่ไปค้นหาเซลล์เนื้อร้าย และอนุภาคนาโนที่ทำหน้าที่ขนส่งยา

อนุภาคนาโนที่ใช้เพื่อค้นหาเซลล์เนื้อร้าย เป็นแท่งทองคำนาโน ที่ถูกออกแบบมาเพื่อที่จะไปอุดรูที่ใหญ่ผิดปกติของเส้นเลือดที่ไปหล่อเลี้ยงเนื้อร้ายได้พอดี เมื่อมีแสงความถี่ใกล้อินฟาเรดส่องมาที่แท่งทองคำนาโนนี้ มันก็จะร้อนมากขึ้นจนเพียงพอที่จะทำลายเซลล์บริเวณนั้นได้ ซึ่งเมื่อเซลล์ถูกทำลาย จะเกิดกระตุ้นปฏิกิริยาการเกิดลิ่มเลือดเพื่อมาปิดที่บริเวณที่เสียหายนั้นๆ

หลังจากหมดปฏิกิริยาต่อเนื่องของการเกิดลิ่มเลือด เอ็มไซม์ชนิดหนึ่งที่ชื่อว่า Factor XIII cross-links fibrin ก็เริ่มที่จะเกิดปฏิกิริยาสร้างลิ่มเลือด ขณะเดียวกัน อนุภาคนาโนที่บรรจุยา ที่เรียกว่า อนุภาครับสัญญาณ ที่มีส่วนของโปรตีน Factor XIII บนผิวของมัน จะถูกดึงดูดจากกระบวนการเกิดลิ่มเลือดที่เกิดขึ้นบริเวณเซลล์เนื้อร้าย ซึ่งในที่สุดแล้ว ยา ที่บรรจุอยู่ในอนุภาครับสัญญาณ จะถูกนำส่งไปส่งให้บริเวณเนื้อร้าย โดยจากการทดลองพบว่าปริมาณยาที่ถูกนำไปส่งบริเวณเนื้อร้ายเพิ่มขึ้นมากกว่าวิธีเดิมได้ถึง 40 เท่า

วิธีนี้ดีขึ้นมากกว่าการใช้อนุภาคนาโนแบบอื่นๆ ที่เคยถูกนำเสนอมา ซึ่งโดยปกติแล้ว วิธีใช้อนุภาคนาโนชนิดอื่นๆ จะสามารถเพิ่มปริมาณยาที่นำส่งได้ประมาณ 2-7 เท่า Omid Farokhzad กล่าว “สิ่งที่ค้นพบใหม่ในที่นี้ก็คือ ระบบที่กระตุ้นให้ร่างกายสร้างสิ่งแวดล้อมที่ช่วยให้เกิดการสะสมของอนุภาคนาโน”

ความซับซ้อนของการเกิดลิ่มเลือด

“นี่เป็นการเดินที่มาถูกทางแล้ว” Farokhzad กล่าว “สำหรับเรื่องการคิดค้น แต่ว่ายังคงเหลืองานอีกมากมายสำหรับใช้ประโยชน์ของการค้นพบนี้ในระดับคลีนิค”

ความท้าทายแรกก็คือเราจะต้องมั่นใจว่าอนุภาคนาโน ได้ไปกระตุ้น และทำให้เกิดลิ่มเลือดเฉพาะบริเวณของเซลล์เนื้อร้ายที่เราต้องการเท่านั้น เพราะว่าโดยปกติแล้วผู้ป่วยที่เป็นโรงมะเร็งจะมีโอกาสที่จะเกิดลิ่มเลือดได้ในทุกๆ ส่วนในร่างกาย Anil Sood นักมะเร็งวิทยากล่าวว่า “ถ้าคุณต้องการที่จะกระตุ้นให้เลือดจับตัวเป็นก้อน คุณจะต้องจำเพาะจงเฉพาะบริเวณที่ต้องการเท่านั้น เพื่อที่จะไม่ก่อให้เกิดความเสียหายที่บริเวณอื่นๆ ของร่างกาย”

Bhatia สารภาพว่าระบบที่เธอเสนอนั้นเป็นระบบที่ค่อนข้างซับซ้อน โดยที่ทีมงานของเธอกำลังพัฒนางานนี้เพื่อให้ระบบมันง่ายขึ้น แต่ทว่า โรคมะเร็ง เป็นโรคที่ซับซ้อน Dan Peer นักเทคโนโลยีระดับนาโน กล่าวว่า “บางที่ผลลัพท์อาจจะไม่ง่ายอย่างที่คิดก็ได้”

ที่มา: http://www.nature.com/news/2011/110619/full/news.2011.374.html
อ้างอิง
[1] von Maltzahn, G. et al. Nature Materials advance online publication doi:10.1038/nmat3049 (2011).

แสงแห่งชีวิต ภาพถ่ายจากกล้องจุลทรรศ์แสดงให้เห็นแสงเลเซอร์สีเขียวที่เปล่งออกมาจากเซลล์สิ่งมีชีวิต Credit: Malte Gather

เลเซอร์ กุญแจสำคัญของการติดต่อสือสาร เก็บข้อมูล และยังคงเป็นตัวแปรสำคัญของเทคโนโลยีสมัยใหม่อีกด้วย ซึ่งโดยปกติแล้วถูกผลิตออกมาจากสิ่งไม่มีชวิต เช่น ของแข็ง ของเหลว หรือ แก๊ส แต่ว่าปัจจุบันนี้ เทคโนโลยีการผลิตเลเซอร์ได้ก้าวไกลออกไปอีกขั้น คือ เลเซอร์ทางชีวภาพ โดยการสร้างมีพื้นฐานมาจากเซลล์เพียงเซลล์เดียว ซึ่งในอนาคตข้างหน้า เราอาจจะได้ใช้เลเซอร์ชนิดนี้ เพื่อการตรวจและรักษาโรค บางทีอาจจะถึงขั้นฆ่าเซลล์มะเร็งจากภายในร่างกายเลยก็เป็นไปได้

จากการค้นพบเมื่อประมาณ 50 ปีที่แล้ว เลเซอร์คือเครื่องขยายแสง มันทำงานโดยการกระตุ้นอะตอม หรือโมเลกุลของแก๊ส ของเหลว หรือของแข็ง ให้ไปอยู่ในสภาวะที่มีพลังงานมากขึ้น โดยปกติแล้วจะมีการกระตุ้นโดยไฟฟ้า เคมี หรือแม้กระทั่งแสงเลเซอร์ด้วยกันเอง เมื่อเกิดการกระตุ้นอะตอมขึ้น หนึ่งในอะตอมที่ถูกกระตุ้น จะมีการปลดปล่อยพลังงานออกมาและปล่อยโฟตอน (แสง) ซึ่งโฟตอนนี้จะไปกระตุ้นอะตอมอื่นๆ ที่อยู่ในสภาวะถูกกระตุ้นให้ปล่อยโฟตอนออกมาอีกจำนวนมาก โฟตอนเหล่านี้จะมีการเพิ่มจำนวนขึ้น โดยการเคลื่อนที่กลับไปกลับมาระหว่างกระจกสองบาน ซึ่งบานหนึ่งจะสามารถปล่อยให้แสงสะท้อนได้แค่บางส่วน ซึ่งปล่อยให้แสงส่วนหนึ่งออกมาเป็นแสงเลเซอร์นั่นเอง

นักฟิสิกส์ที่ชื่อ Malte Gather และ Seok-Hyun Yun จากโรงเรียนการแพทย์ฮาร์วาร์ด ได้พบวิธีที่จะเลียนแบบกระบวนการนี้ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต “ในช่วงเริ่มต้นของงานของเรา แรงบันดานใจในเรื่อง เลเซอร์ทางชีวภาพ เป็นสิ่งที่น่าสนใจจากวงการวิทยาศาสตร์มากๆ” Gather กล่าว “ปีที่แล้ว ที่มีการฉลองครบ 50 ปีการค้นพบเลเซอร์ เราตระหนักว่า แม้ว่าหลายๆ คนจะพยายามหาสารหลายๆ ชนิดเพื่อสร้างเลเซอร์ แต่สารทางชีวภาพยังไม่มีบทบาทสำคัญเลย”

ตัวแปรสำคัญเลเซอร์ทางชีวภาพของ Gather และ Yun คือ โปรตีนเรืองแสงสีเขียว (Green fluorescent protein: GFP) โมเลกุลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับนักชีววิทยา หลังจากที่ค้นพบในแมงกระพรุน Aequorea victoria ในช่วนปี 1960 เหตุผลส่วนหนึ่งก็เป็นเพราะว่าสิ่งมีชีวิตสามารถสั่งให้ผลิตมันได้ ซึ่ง Gather และ Yun ได้ใส่ลำดับของ DNA ที่เป็นรหัสของโปรตีนเรืองแสงสีเขียว ลงไปในเซลล์ไตของมนุษย์ แล้วได้นำเซลล์ที่สามารถผลิตโปรตีนเรืองแสงสีเขียวได้นี้ไปวางไว้ระหว่างกระจกสองแผ่นที่มีความกว้างเท่ากับความกว้างของเซลล์

เพื่อที่จะทำให้โปรตีนเรืองแสงสีเขียวผลิตแสงเลเซอร์ได้ แสงสีน้ำเงินพลังงานต่ำถูกส่องเข้าไปในเซลล์ ซึ่งโดยปกติแสงสีน้ำเงินนี้จะสามารถกระตุ้นโปรตีนเรืองแสงสีเขียวให้เรืองแสงได้อยู่แล้ว แต่ว่าแสงที่ได้ออกมานั้นจะออกมาในทุกทิศทาง แต่ว่าภายในช่องขนาดเล็กระหว่างกระจก แสงจะสะท้อนกลับไปกลับมา ทำให้กระตุ้นการเปล่งแสงจนกระทั้งได้ลำแสงอาพันธ์สีเขียวได้ ซึ่งนักวิจัยได้รายงานไว้ที่นิตยสาร Nature Phototonics

Qingdong Zheng นักวิทยาศาสตร์วัสดุ ของมหาวิทยาลัยจอห์น ฮอปคินส์ เสนอว่า เลเซอร์ชีวภาพนี้ สามารถใช้เพื่อเป็นการรักษาโดยแสงได้ อาทิ เพื่อที่จะฆ่าเซลล์มะเร็ง “มันเป็นงานที่ดีมากๆ” เขากล่าว

Gather และ Yun ยังคงให้ความสนใจในความเป็นไปได้ที่จะใช้เลเซอร์ทางชีวภาพนี้ในการรักษาโรค และถึงแม้ว่าเลเซอร์ทางชีวภาพนี้ ยังอยู่ในระยะเบื้องต้นของการพัฒนา แต่ในอนาคต มันอาจจะเปลี่ยนการติดต่อสือสารผ่านแสงจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคไร้ชีวิตมาเป็นเทคโนโลยีชีวภาพก็ได้ Gather ยังคงกล่าวอีกว่า มันจะทำให้การพัฒนาการติดต่อระหว่างมนุษย์กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคง่ายขึ้นไปอีก โดยให้เซลล์ประสาทในสมองส่งสัญญาณออกมาโดยใช้แสงเลเซอร์ ซึ่งสามารถตรวจจับได้จากอุปกรณ์ภายนอกร่างกาย ซึ่งอย่างน้อยก็ทำให้เราสามารถเล่นคอมพิวเตอร์ได้โดยไม่ต้องใช้อะไรเลย

แต่ว่ามุมมองที่น่าสนใจที่สุดของเลเซอร์ทางชีวภาพที่ผลิตมาจากเซลล์สิ่งมีชีวิตก็คือ ในขณะที่เลเซอร์แบบทั่วไป ตัวกลางในการผลิตเลเซอร์จะเสื่อมลงไปอยู่ตลอดเวลาจนกระทั่งไม่สามารถทำงานได้ แต่สำหรับเลเซอร์ทางชีวภาพ เซลล์จะสามารถผลิตโปรตีนเรืองแสงสีเขียวออกมาได้ตลอดเวลา “มันทำให้เราสามารถที่จะสร้างเลเซอร์ที่รักษาตัวเองได้” Gather กล่าว

ที่มา: http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/06/a-cell-becomes-a-laser.html?ref=hp

ส่วนประกอบที่สามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผ่าตัดหัวใจ รูปจาก Kevin Dowling

นักวิจัยได้พัฒนาหลอดสอดหัวใจ (catheter) ที่มีคุณสมบัติมากมาย โดยการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคที่ยืดหยุ่นได้ ซึ่งได้รวมเอาอุปกรณ์จำเป็นหลายๆ อย่างสำหรับการผ่าตัดหัวใจ อุปกรณ์กึ่งตัวนำชนิดนี้ สามารถช่วยย่นระยะเวลาการผ่าตัดหัวใจ เพิ่มความคมชัด และยังคงสร้างแผนภาพสมองได้ทันทีอีกด้วย

หลอดสอดหัวใจแบบปลายโป่งนี้ถูกใช้กันอย่าแพร่หลายในการผ่าตัดหัวใจเพื่อเปิดหลอดเลือดที่อุดตันอยู่ และสามารถสอดท่อต่างๆ เข้าไปได้ “แต่หลอดสอดหัวใจแบบปลายโป่งเหล่านี้ไม่ได้ช่วยอะไรในการผ่าตัดเลย”  John Rogers นักวิทยาศาสตร์เครื่องมือ กล่าว “มันเพียงแค่ช่วยขนอุปกรณ์เชิงกลอื่นๆ เข้าไป”
ระหว่างการผ่าตัดเปิดหัวใจ หลอดสวนหัวใจที่มีหลายๆ หน้าที่ต่างก็ถูกสอดเข้าไปในหัวใจตามลำดับ ซึ่งทำให้การผ่าตัดหัวใจเป็นการผ่าตัดที่ยาวนานและทรมานมาก เพื่อที่จะพัฒนาประสิทธิภาพของมัน Rogers และผู้ร่วมงานของเขา ได้เลือกเอาส่วนประกอบต่างๆ จากสารกึ่งตัวนำที่ยืดหยุ่นได้ มาประกอบกันบนปลายโป่งของของหลอดสอดหัวใจ โดยรายละเอียดก็คือ มันสามารถที่จะสังเกตลักษณะต่างๆ ได้ อาทิ อุณหภูมิ ความดัน การไหลของเลือดและคุณสมบัติทางไฟฟ้า และยังคงสามารถใช้กำจัดเนื้อเยื่อที่ถูกทำลายได้อีกด้วย ซึ่งรายงานของเขาได้ปรากฏในนิตยสาร Nature materials ในสัปดาห์นี้ [1]

นักวิจัยได้เผชิญหน้ากับความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในการพัฒนา “อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคที่ยืดหยุ่นได้” โดยสร้างจาก ซิลิคอน ที่โดยปกติแล้วมันทั้งแข็งและเปราะ โดยเอามารวมไว้บนผิวของหลอดสอดหัวใจปลายโป่งแบบปกติ Rogers กล่าว กุญแจสำคัญในการพัฒนานี้ก็คือ การที่ต้องทำให้ส่วนประกอบที่เป็น ซิลิคอน มีความหนาเพียงแค่ หนึ่งร้อยส่วนพันล้านส่วนของเมตร กล่าวคือ บางกว่าปกติถึงพันเท่า อีกอย่างหนึ่งก็คือ มันจะต้องเชื่อมต่อกันด้วยสายไฟที่รูปร่างคล้ายงู และมันตะต้องสามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่างเมื่อปลายของท่อถูกทำให้โป่งขึ้นโดยไม่มีการแตกหัก เมื่อบอลลูนที่ปลายท่อถูกทำให้โป่ง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิคก็จะถูกผลักให้ชิดกับหัวใจ

“จากคุณสมบัติสองอย่างนี้ คุณก็สามารถรวมเอาอุปกรณ์ต่างๆ เข้าด้วยกัน และสามารถยืดออกได้ถึง 300% จากตอนที่มันแบนจนมันมีรูปร่างกลม และสามารถเปลี่ยนแปลงกลับเป็นแบบเดิมได้อย่างสมบูรณ์” Rogers กล่าว

หลอดสอดหัวใจปลายโป่งที่มีหลายหน้าที่นี้ เป็นอุปกรณ์ในอุดมคติสำหรับการวินิจฉัยและรักษาสาเหตุของการเต้นของหัวใจที่ผิดปกติ Rogers กล่าว ณ ขณะนี้ ศัลยแพทย์หัวใจใช้หลอดสอดหัวใจหัวลูกศรที่มีอิเล็กโทรดเคลื่อนที่ไปรอบๆ หัวใจอย่างช้าๆ เพื่อที่จะสร้างแผนภาพเนื้อเยื่อของหัวใจ เมื่อเขาพบเนื่อเยื่อที่ก่อให้เกิดการเต้นของหัวใจแบบผิดปกติ เขาก็จะสอดหลอดสอดหัวใจอีกอันหนึ่งเพื่อที่จะไปตัดเนื้อเยื่อไม่ดีเหล่านั้นออก “คนไข้จำนวนมากต้องจบชีวิตลงระหว่างกระบวนการที่ใช้เวลานานแบบนี้” Rogers กล่าว

แผนภาพชีพจร

หลอดสอดหัวใจทรงบอลลูน

ในทางตรงกันข้าม หลอดสอดหัวใจปลายโป่งที่ได้รับการพัฒนามานี้ สามารถนำเอาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคที่สัมผัสกับพื้นผิวของหัวใจที่มากขึ้น จากบริเวณที่โป่งของมัน ทำให้ เร็วขึ้น และสามารถสร้างแผนที่หัวใจได้อย่างชัดเจนมากยิ่งขึ้น Rogers กล่าว กลุ่มของเขาได้ใช้อุปกรณนี้ในการทำแผนที่การเต้นของหัวใจในกระต่าย และกำจัดเนื้อเยื่อที่ผิดปกติด้วยการปล่อยสัญญาณวิทยุสู่หัวใจและฆ่าเซลล์นั้นๆ “สำหรับการทดลองในคนโดยอุปกรณ์นี้ในเบื้องต้น (ไม่มีอุปกรณ์ทำลายเนื้อเยื่อโดยใช้ความร้อน) น่าจะได้เริ่มต้นศึกษาในต้นปีนี้” Rogers กล่าว
Christopher Ober นักวิทยาศาสตร์เครื่องมือ จากมหาวิทยาลัยคอร์แนลล์ อธิบายงานนี้ว่า “นี่เป็นเทคโนโลยีที่สุดยอด” “ในการพัฒนาอุปกรณ์ที่รวมเอาอุปกรณ์หลายๆ อย่างเข้าไว้ด้วยกันโดยที่มันยังยืดหยุ่นได้อย่างสมบูรณ์ในอัตราส่วนที่เล็กมากๆ มันช่างเป็นอะไรที่น่าประทับใจมาก” เขากล่าว เขายังเสริมอีกว่า อุปกรณ์ชิ้นนี้ สามารถที่จะปรับให้สามารถติดตั้งใว้ในร่างกายผู้ป่วยเพื่อที่จะเป็นการติดตามสุขภาพของอวัยวะนั้นๆ เป็นระยะเวลานานๆ อีกด้วย “แต่ก่อนอื่น กลุ่มนักวิจัยจะต้องทดสอบว่ามันสามารถเข้ากันได้กับร่างกายหรือไม่ สำหรับการติดตั้งเป็นระยะเวลานานๆ ก่อน”

ตอนนี้กลุ่มนักวิจัย ได้ติดตั้งส่วนประกอบที่ซับซ้อนมากยิ่งขึ้นไปอีก บนหลอดสอดหัวใจนี้ โดยสามารถที่จะปรับให้ใช้กับอวัยวะอื่นๆ ได้ “มันสามารถที่จะใช้กับกระเพาะปัสสาวะ เพื่อที่จะตรวจดูการไหล และความยืดหยุ่น หรือใช้กับปอด เพื่อตรวจดูความเสี่ยงที่จะเกิดโรคหอบหืด” Brian Litt นักประสาทวิทยา มหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนีย กล่าว นักวิจัยยังได้เริ่มโครงการการสร้างแผนภาพทางไฟฟ้าของสมองระหว่างมีอาการลมบ้าหมู “หลอดสอดทรงบอลลูนเป็นเครื่องที่สามารถเป็นต้นแบบให้กับพื้นผิวของสมองที่ซับซ้อนและนำอิเล็กโทรนิคที่ผลิตจากซิลิคอนให้ไปสัมผัสโดยตรงกับเนื้อเยื่อนั้นๆ ได้โดยตรง” Litt กล่าว
อ้างอิง

[1] 1.  Kim D.-H. et al. Nature Materials advance online publication doi:10.1038/NMAT2971 (2011).

ที่มา: http://www.nature.com/news/2011/110307/full/news.2011.141.html

หลอดเลือดสำเร็จรูป

หลอดเลือดสำเร็จรูปที่ศัลยแพทย์สามารถยกออกมาจากหิ้งและนำไปปลูกถ่ายให้คนใข้อาจจะไม่ใช่เรื่องที่ไกลเกิดจริง นักวิจัยมีรายงานเมื่อเร็วๆ นี้ที่ นิตยสาร Science Translational Medicine เกี่ยวกับวิธีใหม่ที่จะใช้เซลล์ของมนุษย์ในการสร้างหลอดเลือดที่สามารถทำงานได้ในคนโดยไม่มีการต่อต้านจากระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย ไม่เหมือนกับหลอดเลือดชนิดอื่นๆ ที่ถูกสร้างขึ้น หลอดเลือดชนิดนี้สามารถเก็บไว้ได้ถึง 12 เดือน ซึ่งมันทำให้ โรงพยาบาลสามารถเก็บสำรองมันไว้ได้ และใช้ได้ทันทีเมื่อผู้ป่วยต้องการที่จะใช้มัน

โดยปกติ หมอจะรักษาโดยการปลูกถ่ายหลอดเลือดในผู้ป่วยที่ต้องผ่าตัดหลอดเลือดเลี่ยงหัวใจ (heart bypass) และในผู้ป่วยโรคไต บ่อยครั้งที่จำเป็นต้องใช้หลอดเลือดดำจากโคนขาหรือบริเวณอื่นของผู้ป่วยเองมาใช้ แต่ในบางครั้งหมอก็ไม่สามารถหาหลอดเลือดที่เหมาะสมได้ และการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อจากผู้บริจาก หรือจากสัตว์ ก็ยังไม่ได้รับการรับรองถึงประสิทธิภาพและความปลอดภัย เพื่อบำบัดความต้องการของคนไข้ นักวิจัยได้เลี้ยงแผ่นเซลล์จากผู้ป่วยเองในห้องทดลองและก็ม้วนมันให้เป็นหลอดเลือด แต่ว่ากระบวนการนี้มีราคาสูงและต้องใช้เวลาถึง 9 เดือนหรือมากกว่านั้น ซึ่งมันนานเกินกว่าที่ผู้ป่วยจะรอได้

Shannon Dahl นักวิศกรเนื้อเยื่อจากบริษัท Humacyte เมือง North Carolina, และผู้ร่วมงาน ซึ่งได้รวมหลายๆ เทคนิคเข้าด้วยกัน เพื่อหาวิธีอื่น ในการสร้างหลอดเลือดทดแทน ยุทธศาสตร์ คือ นำเซลล์ตั้งต้นมาจากกล้ามเนื้อเรียบ ซึ่งเอามาจากศพที่ได้รับการบริจาค มาปลูกบนวัสดุโครสร้าง (scaffold) ที่สร้างมาจาก โพลิเมอร์ที่สามารถย่อยสลายได้ ซึ่งเรียกว่า กรดโพลิไกลโคลิค (polyglycolic acid) เมื่อเซลล์เจริญเติบโตไปทั่ววัสดุโครงสร้างแล้ว มันจะสร้าง คอลลาเจน และ เมทริกซ์ภายนอกเซลล์ (extracellular matrix: ECM) ที่มันสามารถไปแทนที่วัสดุโครงสร้างได้ สุดท้ายแล้วก็จะได้ หลอดเลือดที่นักวิจัยคิดว่ามันสามารถที่จะเก็บได้เป็นเดือน และไม่ก่อให้เกิดการต่อต้านจากผู้รับได้

นักวิจัยยังคงเปรียบเทียบหลอดเลือดที่สร้างมาจาก เซลล์ตั้งต้นของผู้บริจากเพียงคนเดียว กับเซลล์ตั้งต้นที่รวมมาจากผู้บริจาคหลายๆ คนมาใช้ร่วมกัน เซลล์ตั้งต้นที่รวมมาจากผู้บริจาคหลายๆ คนนั้น ได้สร้างหลอดเลือดที่มีความแข็งแรงเทียบเท่าได้กับการใช้เซลล์ตั้งต้นที่นำมาจากผู้บริจาคเพียงคนเดียว ซึ่งมันเป็นข่าวที่ดี Dahl กล่าว เพราะว่าการใช้เซลล์ตั้งต้นที่รวมมาจากผู้บริจาคหลายๆ คนนี้ สามารถทำให้เราสามารถที่จะเลี้ยงหลอดเลือดได้มากกว่าจากการเลียงเพียงครั้งเดียว และยังลดต้นทุนของการเลี้ยงอีกด้วย

นักวิจัยได้ปลูกถ่ายหลอดเลือดที่พัฒนามานี้ ไปบนแขนของลิงบาบูน 8 ตัว ซึ่งหลอดเลือดที่ปลูกถ่ายเหล่านี้ยังคงทำงานได้ และเลือดยังไม่มีการจับเป็นลิ่ม ถึง 6 เดือน และยังคงไม่เห็นสัญญาณของการต่อต้านจากรับบภูมิคุ้มกัน ถึงแม้ว่า หลอดเลือดที่ปลูกถ่ายนั้นจะประกอบไปด้วย คอลลาเจน และ ECM ของมนุษย์ ก็ตาม Dahl และผู้ร่วมงาน ยังคงสร้างหลอดเลือดขนาดเล็ก ซึ่งเหมาะสมกับการผ่าตัดเลี่ยงหลอดเลือดขนาดเล็กที่หัวใจ จากเซลล์สุนัข และปลูกถ่ายไปให้สุนัขอีก 5 ตัว ซึ่งหลอดเลือดที่ปลูกถ่ายไปนี้ สามารถทำงานได้อย่างปกติ และไม่อุดตันได้เป็นปี จากทั้งสองการทดลอง หลอดเลือดชนิดใหม่นี้ กำลังจะถูกนำเซลล์อีกหลายๆ ชนิดที่มีอยู่ในหลอดเลือดปกติเข้าไปประกอบเพิ่ม และคาดว่า ร่างกายของสัตว์ทดลองก็สามารถทนทานต่อการปลูกถ่ายหลอดเลือดเหล่านี้ได้

ถึงแม้ว่าจำนวนสัตว์ทดลองของ Dahl จะน้อย Robert Nerem นักชีววิศวกรรม ที่ Georgia Institute of Technology กล่าว แต่ว่าผลการทดลองมันทำให้มีกำลังใจ จากความจริงที่ว่า หลอดเลือดที่สร้างขึ้นมานี้สามารถเก็บง่าย ซึ่งมันบ่งชี้ว่า ศัลยแพทย์สามารถเก็บมันไว้ได้ “ถ้าคุณจะต้องไปผ่าตัดหลอดเลือดเลี่ยงหัวใจ มันไม่เหมือนกับกระบวนการที่ทำโดยสมัครใจ ที่ต้องนั่งคอยอยู่เป็นสัปดาห์ คุณต้องการงานวิจัยชี้นนนี้ให้ออกมาจากหิ้งอย่างมาก” เขากล่าว

Dahl กล่าวว่า เธอและผู้ร่วมงานของเธอกำลัง “กลับไปสู่พื้นฐาน” สำหรับการคิดถึงความปลอดภัยในการทดลองปลูกถ่ายหลอดเลือดไปสู่ผู้ป่วย ถึงแม้ว่าผลการทดลองจากสัตว์เป็นเพียงแค่การเริ่มต้น แต่ว่ามันเพียงพอที่จะกระตุ้นเราว่า “มันคุ้มค่ากับพลังงานที่เราเสียไปในการยกระดับเทคโนโลยีนี้ไปสู่การทดลองระดับคลีนิค”

ที่มา: http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/02/off-the-shelf-blood-vessels.html?ref=hp

Timothy Merkel และ Joseph DeSimone มหาวิทยาลัยแคโรลินาเหนือ

flexible microparticles modelled on red blood cells

จากการศึกษาเร็วๆ นี้ ได้แสดงถึง อนุภาคที่จำลองมาจากเซลล์เม็ดเลือดแดง ที่สามารถพับ ยืดหยุ่น หรือบิดงอได้ อาจเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนา ยาที่ส่งผลยาวนานขึ้น และเฉพาะเจาะจงต่อเป้าหมายมากขึ้น หรือแม้กระทั้งได้เพิ่มความน่าจะเป็นที่จะสร้างเลือดสังเคราะห์ขึ้นมาได้

นักวิจัยทราบว่าโครงสร้างของอนุภาคมีผลต่อ ความสามารถของยาที่จะกระจายออกไปทั่วร่างกาย และระยะเวลาที่ยานั้นๆ จะหมุนเวียนอยู่ในระบบเลือดของเรา โดยที่อนุภาคขนาดเล็กจะหมุนเวียนอยู่ในร่างกายของเรานานกว่า เพราะว่ามันสามารถที่จะเคลื่อนที่ผ่านเส้นเลือดขนาดเล็กๆ ไปได้ง่าย จากงานวิจัยที่ผ่านมา นักวิจัยได้โฟกัสไปที่ขนาด และรูปร่างของอนุภาค โดยในขณะนี้ ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคโรลินาเหนือ ได้เน้นถึงความแตกต่างของความยืดหยุ่น จากการสร้างอนุภาคขนาดเล็ก (microparticles) ที่จำลองลักษณะของเซลล์เม็ดเลือดแดง [1]

นักเรียนระดับบัณฑิตศึกษาด้านเคมี Timothy Merkel ที่ทำงานกับนักเคมี Joseph DeSimone และคณะนักวิจัย ได้สร้าง อนุภาคขนาดเล็ก ที่เรียกว่าไฮโดรเจล ที่มีจำลองลักษณะของเซลล์เม็ดเลือดแดงของหนู จากการเทคนิคที่ได้ถูกพัฒนาในแลบของ DeSimone ที่รู้จักกันในชื่อของ การสร้างอนุภาคซ้ำในแม่แบบที่ไม่เปียก (particle replication in nonwetting template: PRINT) โดยที่ ไฮโดรเจล ถูกผลักเข้าไปในแม่พิมพ์โดยลูกกลิ้ง เพื่อสร้างเป็นแผ่นดิสต์กลมๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 6 ไมโครเมตร

จากการปรับสัดส่วนของสารเคมีในอนุภาค นักวิจัยก็สามารถที่จะสร้างสิ่งที่คล้ายกับเซลล์เม็ดเลือดแดง ที่มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ถึง 4 ระดับที่แตกต่างกัน

ซึ่งการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของอนุภาคนั้น ได้ถูกพิจารณาว่ามีอิทธิพลต่อระยะเวลาที่มันจะอยู่ในร่างกาย และบริเวณที่มันจะกระจายตัวไปอยู่ ปกติแล้วเซลล์เม็ดเลือดแดงจะทำงานตลอดช่วงชีวิตของมัน ซึ่งประมาณ 120 วัน  เมื่อมันมีอายุครบกำหนด มันจะเริ่มแข็งตัว ซึ่งทำให้ความสามารถในการเคลื่อนที่ผ่านเส้นเลือดในม้ามต่ำลง และจะถูกม้ามกำจัดต่อไป

ถึงแม้ว่าจะมีการศึกษามาก่อนหน้านี้แล้ว [2, 3] เกี่ยวกับความสามารถของอนุภาคในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่จำลองมาจากเซลล์เม็ดเลือดแดง แต่ทว่า การศึกษาในครั้งนี้ได้ใช้ การจำลองจากสัตว์ที่มีชีวิต เพื่อวิเคราะห์ ไฮโดรเจลที่จำลองเซลล์เม็ดเลือดแดงที่สังเคราะห์มาได้ ความยืดหยุ่น และความเข้ากันได้ทางชีวภาพของ โพลิเมอร์ของไฮโดรเจล ได้เพิ่มความน่าสนใจของมันในงานวิจัยทางด้านเคมีชีวภาพ “เราเป็นการทดสอบครั้งแรกในระบบของสิ่งมีชีวิต” Mekel กล่าว

เพื่อนที่ยืดหยุ่น

ในสองการวิเคราะห์  Merkel และคณะวิจัยได้พบว่า อนุภาคที่มีความยืดหยุ่นมากที่สุด จะไหลเวียนได้นานกว่าเสมอ ในการทดลองแรก อนุภาคที่เคลื่อนที่ผ่านแบบจำลองที่ต้องการแผ่นดิสต์ขนาด 6 ไมโครเมตร เพื่อที่จะรีดให้ผ่านครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศุนย์กลางของมัน (ดูวีดีโอ)

ในการทดลองถัดมา นักวิจัยฉีดอนุภาคเข้าไปในในกระแสเลือดของหนูที่ยังมีชีวิตอยู่ และเฝ้าสังเกตการกระจายตัวในทุกๆ สองวินาที จนครบสองชั่วโมง จากการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบเลเซอร์ โดยจากทั้งสองการทดลอง เขาพบว่า อนุภาคที่มีความยืดหยุ่นน้อยกว่า จะถูกกำจัดออกมาจากระบบไหลเวียนโลหิตได้เร็วกว่า ในทางกลับกัน อนุภาคที่ยืดหยุ่นมากกว่าจะอยู่ได้นานกว่า (ในหนู พบว่าอยู่ได้นานกว่าถึง 30 เท่าของอนุภาคที่แข็ง)

The more flexible particles

“มันคือสิ่งที่เราคาดหวังไว้ตั้งแต่แรกแล้ว” Merkel กล่าว สำหรับการอยู่ในระบบไหลเวียนโลหิตที่ยาวนานขึ้น แต่สิ่งที่คาดหวังที่น้อยกว่าก็คือ การอธิบายว่า อนุภาคที่มีความยืดหยุ่นต่างๆ กัน จะไปรวมตัวกันที่อวัยวะต่างๆ กันได้อย่างไร หลังจากการทดลองในหนูที่ยังมีชีวิตอยู่ หนูได้ถูกฆ่าเพื่อที่จะตรวจตัวสอบอวัยวะภายใน

คณะนักวิจัยพบว่า อนุภาคที่ยืดหยุ่นน้อยที่สุด จะติดอยู่ที่ตำแหน่งแรกของเส้นเลือดที่มีขนาดเล็กที่สุด นั่นคือที่ปอด “เราไม่ได้คิดว่าเราจะพบอะไรที่ไม่คาดคิดมากกว่านี่” DeSimone กล่าว

เลี่ยงอวัยวะ

ในทางตรงกันข้ามกัน คณะนักวิจัยได้พบว่า ส่วนมากของอนุภาคที่ยืดหยุ่นที่สุด จะมาสิ้นสุดที่ที่ม้าม กล่าวคือ ส่วนมากจะเลี่ยงการผ่านตับได้ การค้นพบนี้มีประโยชน์โดยนัย DeSimone กล่าวว่า “มันมียามากมายที่เราไม่เห็นในตลาด เพราะว่ามันถูกคัดออกเนื่องจากมีพิษต่อตับ” เช่นเดียวกับที่ Merkel กว่าวว่า “การเลี่ยงการผ่านตับสามารถที่จะเปิดช่วงการรักษาได้อย่างมาก”

นักวิจัยเกียวกับไฮโดรเจลกลุ่มอื่นได้ชื่นชมกับการค้นพบนี้ “มันค่อนข้างน่าตื่นเต้นเลยที่เดียวที่เห็นระดับการสะสมในตับค่อนข้างต่ำ” Patrick Doyle, วิศวกรเคมีที่สถาบันเทคโนโลยีเมสซาซูเซ็ตส์ ผู้ที่กำลังวิจัยเรื่องรูปร่าง และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของไฮโดรเจล กล่าว

Doyle ยังคงแสดงความกระตือรือร้นสำหรับก้าวต่อไปของงานวิจัยเกียวกับวิศวกรรมเคมี “ผมคิดว่าการค้นพบนี้กำลังปลุกเร้าถึงงานวิจัยในด้านที่เดียวข้องกับ อนุภาคขนาดเล็กตามต้องการ สำหรับการนำส่งยา”

DeSimone เสนอว่า ถ้าการศึกษาในอนาคตเผยถึงสิ่งที่คณะวิจัยของเขาได้พบ ผลงานจิจัยควรจะถูกประยุกต์ใช้ในหลายๆ ด้าน อาทิ การผลิตเลือดสังเคราะห์ การพัฒนายาที่ทำงานได้นานขึ้น หรือนำส่งไปยังเป้าหมายได้แม่นยำมากยิ่งขึ้น (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ยารักษาโรคมะเร็ง) หรือแม้กระทั่ง ศักยภาพสำหรับการใช้ในการกำจัด หรือทำลายสารอันตรายในร่างกาย “ลองนึกถาพว่าถ้าคุณสามารถกำจัดคลอเรสเทอรอลได้สิ” DeSimone เสนอ ยาที่สามารถจะถูกประดิษฐ์ได้ อาจสามารถทำตัวเหมือนกับ “รถบรรทุกที่ว่างเปล่า ที่สามารถขับไปรอบๆ เพื่อที่จะเติมอะไรเข้ามาก็ได้ และสามารถที่จะเหนี่ยวไกให้ถูกกำจัดออกไปได้ทุกเมื่อ”

ถึงแม้ว่าการค้นพบเบื้องต้นเหล่านี้เป็นคำสัญญาในเบื้องหน้า แต่เลือดสังเคราะห์ก็ไม่ได้ไกลเกินกว่าที่เราจะคาดถึง DeSimone กล่าวอย่างมีหวังว่า การประยุกต์ใช้สำหรับการนำส่งยารักษาโรคมะเร็งน่าที่จะอยู่ในช่วงการศึกษาทางคลีนิคในอีกสี่ปีข้างหน้า

อ้างอิง

[1] Merkel, T. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA advance online publication doi:10.1073/pnas.1010013108 (2011).

[2] Haghgooie, R., Toner, M. & Doyle, P. S. Macromol. Rapid Comm. 31, 128-134 (2010).

[3] Doshi, N., Zahr, A. S., Bhaskar, S., Lahann, J. & Mitragotri, S. Proc. Natl Acad. Sci. USA 106, 21495-21499 (2009).

ที่มา: http://www.nature.com/news/2011/110110/full/news.2011.6.html

Red Blood Cell

ส่วนผสมที่ลงตัวของสารเคมี สามารถเปลี่ยนแปลงเซลล์ผิวหนังของมนุษย์ เพื่อเปลี่ยนไปเป็นเซลล์เม็ดเลือดโดยตรง

เซลล์ผิวหนังของมนุษย์ สามารถเปลี่ยนแปลงไปสู่เซลล์เม็ดเลือดได้โดยตรง โดยไม่ต้องเปลี่ยนกลับไปสู่เซลล์เสมือนสเต็มเซลล์เริ่มต้น (primordial-stem-cell-like) ก่อน

การค้นพบที่ยิ่งใหญ่นี้ ได้รับการตีพิมพ์จากนิตยสารเนเจอร์ [1] ตามงานก่อนหน้านี้ที่แสดงให้เห็นว่า เซลล์ ไฟโบรบลาสต์เซลล์จากผิวหนังของหนู เมื่อได้ผสมกับสารเคมีอย่างได้สัดส่วนแล้ว สามารถเปลี่ยนสภาพไปเป็นเซลล์ของระบบประสาท [2] และ เซลลกล้ามเนื้อหัวใจ [3] ได้ แต่อย่างไรก็ตาม การศึกษานี้ เป็นการศึกษาครั้งแรกโดยใช้เซลล์ของมนุษย์ และยังคงเป็นการสร้างเซลล์ต้นกำเนิด ซึ่งในการศึกษานี้คือ เลือด

“มันนำพวกเราไปสู่ขอบเขตที่เหนือความเชื่อที่ว่า คุณสามารถที่จะสร้างทุกสิ่งทุกอย่างอย่างที่ต้องการได้ จากอะไรก็ได้” เอียน วิลมุต นักวิทยาศาสตร์เพาะเลี้ยงตัวอ่อน กล่าว เพียงแค่การ “เปลี่ยนมันไปตรงๆ” แถมวิธีนี้ ยังคงเป็นวิธีการที่ปลอดภัย และสะดวกสบายในการสร้างเซลล์ที่จำเพาะต่อการรักษาคนไข้แต่ละคนมากกว่า วิธีการแบบเก่าคือ การใช้เซลล์ผู้ใหญ่เปลี่ยนกลับไปเป็นสเต็มเซลล์ (อย่างที่เราเรียกว่า สเต็มเซลล์เหนี่ยวนำสรรพคุณ หรือ induced pluripotent stem cells, หรือ iPS cells)

มิคกี้ บาเทีย นักวิจัยด้านสเต็มเซลล์ ที่มหาวิทยาลัยแมคมาสเตอร์, รัฐฮามิลตัน ประเทศแคนนาดา และคณะ ได้เลือกที่จะสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดจากเซลล์ผิวหนัง เพราะว่า เซลล์เม็ดเลือดแดงที่ถูกสร้างมาจากสเต็มเซลล์ ไม่สามารถผลิตฮีโมโกลบินที่มีโครงสร้างแบบที่พบผู้ใหญ่ได้ “เซลล์เหล่านั้น เพราะว่ามันคิดว่ามันเป็นเซลล์ของตัวอ่อน ซึ่งสร้างเป็นเลือดและฮีโมโกลบินของตัวอ่อน” เขากล่าว

ในการสร้างเซลล์ตั้งต้น บาเตียและคณะ ได้รวบรวมไฟโบรบลาสต์ของเซลล์ผิวหนังจากอาสาสมัคร และใช้ไวรัสแทรกยีน OCT4 ลงไป แล้วนำไปเลี้ยงต่อในแหล่งของโปรตีนกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกัน ที่เรียกว่า ไซโตไคน์

OCT4 เป็นหนึ่งในหลายๆ ยีน ที่ใช้สำหรับการเปลี่ยนเปลง ไฟโบรบลาสต์ ไปสู่ สเต็มเซลล์เหนี่ยวนำ (iPS cells) แต่ นักวิจัยของบาเตียไม่พบหลักฐานที่แสดงให้เห็นว่า เซลล์เริ่มต้นของเลือดที่ได้มานี้ มีการเปลี่ยนแปลงสถานะกลับไปเป็นเซลล์ตัวอ่อนก่อน ดังนั้น การแสดงออกของยีนของเซลล์ที่ได้นี้ จึงไม่มีการแสดงออกแบบเซลล์ในสถานะเซลล์ตัวอ่อน และเซลล์เริ่มต้นเม็ดเลือดที่สร้างได้ ยังไม่พบการพัฒนาไปสู่ระยะ เทระโทมาส (หรือเนื้องอกที่เกิดจากสเต็มเซลล์แบบเหนี่ยวนำ)

“ทุกๆ คน มีชนิดของเซลล์ที่ชื่นชอบ นี่คือการเล่นแร่แปรเซลล์อย่างมหาศาลที่กำลังจะเกิดขึ้น”

จอร์จ ดีเลย์ โรงพยาบาลเด็กบอสตัน

การทดสอบขั้นสุดท้ายก็คือ การปลูกถ่ายเซลล์เข้าสู่ร่างกายของมนุษย์ บาเตียกล่าว ถึงแม้ว่า ตอนนี้ยังไม่สำเร็จก็ตาม “ยังเหลืองานอีกมหาศาล สำหรับการศึกษาด้านคลีนิค” เขากล่าวเสริม “อย่างน้อยจากการประมาณของพวกเรา ผลลัพธ์สุดท้ายที่เราอยากจะเห็นก็คือ การใช้เซลล์เม็ดเลือดที่ได้นี้เพื่อใช้ประกอบการรักษาแบบปลูกถ่ายเซลล์”

ศักยภาพของการรักษาที่มหาศาลจากแนวคิดของบาเตีย และ นักวิทยาศาตร์คนอื่นๆ ที่กำลังพยายามแปรสภาพของเซลล์โดยตรง เพราะว่า เซลล์ต้นกำเนิด ได้ข้ามผ่านระยะเหนี่ยวนำสรรพคุณ ซึ่งมันมีความเสียงเพียงน้อยนิดที่จะก่อให้เกิดเนื้องอกเมื่อมีการปลูกถ่ายสู่คนไข้ วิลมุต ผู้ที่กำลังสร้างเซลล์เริ่มต้นชนิดอื่น กล่าว

ดีปาค ศรีวาสตาวา นักชีววิทยาด้านพัฒนาการ และผู้อำนวยการสถาบันโรคเส้นเลือดหัวใจแกลดสโตน ซาน ฟรานซิสโก แคลิฟอเนีย นำทีมนักวิจัยที่รับผิดชอบในการสร้างเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจจากเซลล์ ไฟโบรบลาสต์ของหนู [3] เขาได้กล่าวว่า การเปลี่ยนแปลงเซลล์โดยตรง สามารถนำไปสู่การรักษาที่ง่ายกว่า สเต็มเซลล์แบบเหนียวนำ (iPS cells)

อย่างไรก็ดี การเปลี่ยนชนิดของเซลล์ก็ยังมีข้อด้อย ไม่เหมือนกับสเต็มเซลล์แบบเหนี่ยวนำ หรือสเต็มเซลล์จากตัวอ่อน คือมันไม่สามารถเพิ่มจำนวนได้ในห้องทดลอง ดังนั้นสำหรับการสร้างให้มีปริมาณมากๆ เพื่อการศึกษายาจำเป็นจะต้องทดสอบต่ออีก วิลมุตกล่าว

ทั้งๆ ที่การทดลองให้ห้องปฏิบัติการแสดงให้เห็นว่า เซลล์เม็ดเลือดที่ถูกเปลี่ยนมาจากเซลล์ผิวหนังนั้น จะไม่สามารถจำแนกออกจากเซลล์เม็ดเลือดของจริงในคนไข้ได้ แต่มันก็ยังเร็วเกินไปที่จะบอกว่า เซลล์ที่สร้างได้นี้ จะเทียบเท่าได้กับเซลล์เม็ดเลือดจริงๆ ของคนไข้ จอร์จ ดาเลย์ นักชีววิทยาสเต็มเซลล์ โรงพยาบาลเด็กบอสตัน กล่าว

จากการเปลี่ยนแปลงทางอีพิเจเนติก (epigenetic modification คือ การเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีน โดยที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงใดๆ บนลำดับ ดีเอ็นเอ) สามารถอธิบายถึงความแตกต่างกันระหว่างเซลล์เม็ดเลือดที่สร้างขึ้น กับเซลล์เม็ดเลือดที่สร้างขึ้นเองตามธรรมชาติได้ “การเดินทางจากไซโกต ไปสู่เซลล์เม็ดเลือดเป็นการเดินทางที่ยาวนาน แต่ทว่า การเดินทางจากไฟโบรบลาสต์ไปสู่เซลลเม็ดเลือดในจานเพาะเชื้อนั้นเป็นเส้นทางที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง” ดาเลย์กล่าว

แม้ว่าจะพบกับคำเตือนเหล่านี้เล้ว การเปลี่ยนชนิดของเซลล์ก็ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ “แต่ละคนก็มีชนิดเซลล์ที่ชื่นชอบ” ดาเลย์กล่าว “การเล่นแร่แปรเซลล์ จึงเป็นสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นอยู่ในขณะนี้”

อ้างอิง

[1] Szabo, E. et al. Nature doi:10.1038/nature09591 (2010).
[2] Vierbuchen, T. et al. Nature 463, 1035-1041 (2010).
[3] Ieda, M. et al. Cell 142, 375-386 (2010).

ที่มา: http://www.nature.com/news/2010/101107/full/news.2010.588.html

โปสเตอร์ประชาสัมพันธ์

เรียนเชิญ เข้าฟังการบรรยายพิเศษ
เรื่อง Application of Cultured Muscle Cells to Medical Engineering
โดย Prof.Shigehiro Hashimoto, Ph.D. & M.D.
Department of Biomedical Engineering, Osaka Institute of Technology, Japan

วันพฤหัสบดี ที่ 7 ตุลาคม 2553 เวลา 13.30 น. เป็นต้นไป
ณ ห้อง 408 ตึก 3 คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาฯ

ดาวน์โหลดโปสเตอร์ประชาสัมพันธ์

Application of Cultured Muscle Cells to Medical Engineering

Abstract:

1) Cultivation of Muscle Cells (myoblasts)

Adhesion of C2C12 (mouse myoblast cell line originated with cross-striated muscle of C3H mouse) to the culture plate is accelerated with alternating magnetic field of 13 mT.  The cells tend to tilt to the direction of the static magnetic field of < 270 mT.  Proliferation of C2C12 and of L6 (rat skeletal muscle cell) decelerates with the amplitude of electric pulses lower than 0.1 V.

2) Development of Scaffold

A novel culture methodology with the vortex flow of the medium has been developed to make myotubes array in vitro.  A7r5 (rat aortic smooth muscle cell) and CS-2P2-C75 (primary normal porcine aortic endothelial cell) line along the streamline of the flow.  C2C12 and L6 (rat skeletal muscle cell) adhere along the direction of the flow in the first stage, and tilt to the perpendicular direction to the flow differentiating to myotubes with fusion in the second stage.  Cells tend to tilt, deform and migrate to the direction of downstream and downward before exfoliation.  Several scaffolds were fabricated with the aid of the stereo-lithography system.

3) Analysis and Measurement of Muscle Movement

Fluctuating intensity of the transmitted laser beam through the contracting myotubes (C2C12) was measured, and its spectrum was analyzed. The results show that the contraction is synchronized with stimulation of the periodical electric pulses between 0.2 s and 2 s.

4) Actuator Made of Cultured Muscle Cells

The experimental results show that the amplitude of contraction is maximized when the direction of the electric field is parallel to the longitudinal direction of myotubes (C2C12), and that the rate increases when the myotubes are oriented parallel each other.  The contraction of myotube converted to movement of the micro-machined lever.  The micro actuator was made of myotubes cultured on the collagen gel.

5) Functional Maintenance of Remodeled Muscle Tissue

The designed optical system was effective to measure local medium pH and movement of contracting myotubes (C2C12) simultaneously in vitro.

The Material Resembling Cilia

นักวิจัยจาก University of Southern Mississippi ประเทศอเมริกา ได้พัฒนาวัสดุชนิดใหม่ ที่มีพฤติกรรมคล้ายกับ Cilia ที่เป็นส่วนที่ยื่นออกมาจากเซลล์ที่พบได้เกือบทุกส่วนของร่างกายมนุษย์ Cilia มีบทบาทที่ความสำคัญในการรับกลิ่น การมองเห็น การได้ยินเสียง การไหลของของเหลว

Cilia มีโครงสร้างคล้ายเส้นผม เป็นส่วนที่ยื่นออกมาจากพื้นผิวของสิ่งมีชีวิตต่างๆ โดยทั่วไปแล้ว Cilia แบ่งออกเป็นสองกลุ่ม คือ กลุ่มที่ทำหน้าที่หลักเป็น ตัวตรวจจับสารต่างๆ และอีกกลุ่ม ทำหน้าเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของเซลล์  โพลิเมอร์ชนิดใหม่ที่ถูกสังเคราะห์ขึ้น คือ poly(2-(N,N-dimethylamino)ethyl methacrylate-co-n-butyl acrylate-co-N,N-(dimethylamino) azobenzene acrylamide)  หรือ p(DMAEMA/nBA/DMAAZOAm)

ภาพโครงสร้างของโมเลกุล และการเปลี่ยนแปลงเมื่อถูกกระตุ้น

โพลิเมอร์ดังกล่าวได้ถูกสังเคราะห์ขึ้นด้วย กระบวนการสังเคราะห์คอลลอยด์(colloidal synthesis) ซึ่งเมื่อมีเชื่อมต่อกันของโมเลกุล เกิดเป็นฟิล์ม พื้นผิวของฟิล์มจะมีคุณสมบัติ และโครงสร้างคล้าย Cilia สามารถตอบสนองต่อ สารเคมี ความร้อน และไฟฟ้า ด้วยการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง และเปลี่ยนสี

การศึกษานี้ได้แสดงให้เห็นถึงการพัฒนาตัวเซนเซอร์ที่สามารถตอบสนองต่อสิ่งเร้าได้หลายชนิด ทั้งอุณหภูมิ เคมี และไฟฟ้า ในอนาคตอาจจะนำไปสู่การสร้างเครื่องตรวจวัดที่ประสิทธิมากยิ่งขึ้นได้

Full Paper: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201000379/full
Press Release : http://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=117670

ไตเทียมชนิดฝั่งตัวในร่างกาย

นักวิจัยสร้างต้นแบบไตเทียมชนิดฝั่งตัวในร่างกายได้เป็นครั้งแรก
ไตเทียมดังกล่าวนี้ ภายในประกอบด้วยฟิวเตอร์อยู่นับพันตัว ที่มีลักษณะคล้ายกับ Bioreactor และใช้หลักการของ water-balance เหมือนกับการทำงานของไตจริง ซึ่งได้รับการพัฒนาร่วมกันจาก วิศวกร นักชีววิทยา และทีมแพทย์ โดยหัวหน้าทีมวิจัยคือ Dr. Shuvo Roy จาก  UCSF (University of California, San Francisco) Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences.

ทีมวิจัยประสบความสำเร็จในการสร้างไตเทียมด้วยซิลิคอน โดยมีช่องให้เซล์ท่อไตมีชีวิตอยู่ภายในได้ และลดขนาดของอุปกรณ์ให้มีขนาดเล็กลงเท่าถ้วยกาแฟ (ใกล้เคียงกับขนาดของไตจริง) เครื่องมือที่ผลิตขึ้นจะถูกนำเข้าไปฝั่งตัวในร่างกายของผู้ป่วยในอนคต เครื่องมือเข้ากับร่างกายของมนุษย์ได้ดี โดยไม่ต้องทำการกินยากดภูมิคุ้มกัน ทำให้ไม่รบกวนการใช้ชีวิตปกติของผู้ป่วย

ไตเทียมถูกออกแบบเพื่อผู้ป่วยที่รอการปลูกถ่ายไตใหม่ ซึ่งในแต่ละปีมีผู้บริจาคน้อยมาก ไตเทียมที่ผลิตขึ้นนี้ จะลดอัตราการเกิดภาวะไตวายของผู้ป่วย ที่เป็นเป็นโรคไตนับล้านทั่วโลก ซึ่งจะช่วยลดปัญหาค่าใช้จ่ายที่ต้องเสียไปได้เป็นจำนวนมาก ทีมวิจัยได้เตรียมการฝั่งไตเทียมในสัตว์ทดลอง และวางแผนที่จะทดสอบในร่างกายมนุษย์ในอีก 5-7 ปีข้างหน้า

ผู้ป่วยโรคไตระยะสุดท้าย หรือผู้ป่วยไตวาย เฉพาะในอเมริกา มีมากถึง 5 แสนคนต่อปี (ของไทยราว 2 แสนคน อ้างอิง) ปัจจุบันการรักษาให้หาย คือการเปลี่ยนถ่ายไตใหม่ ซึ่งตัวเลขของผู้ต้องการเปลี่ยนถ่ายไตเพิ่มขึ้น 5-7 เปอร์เซ็นทุกปี สาเหตุส่วนใหญ่มาจากโรคเบาหวาน และโรคความดันโลหิตสูง

การฟอกเลือด คือการขจัดของเสียที่สะสมภายในร่างกาย เนื่องจากไตไม่สามารถทำงานเพื่อกำจัดของเสียเหล่านั้นได้ การฟอกเลือดเป็นเพียงการทำงานทดแทนการทำงานของไตที่เสียไป ต้องทำการรักษาตลอดไป การฟอกเลือดของผู้ป่วยโรคไตในปัจจุบัน จะต้องทำสัปดาห์ละ 2-3 ครั้ง และครั้งละ 3-5 ชั่วโมงต่อครั้ง การฟอกเลือดจะต้องมีการปั๊มเลือดจากร่างกายของผู้ป่วยเข้าสู่เครื่องฟอกเลือดภายนอกร่างกายที่มีการกรองส่วนของเสียออกจากเลือด ซึ่งวิธีนี้ทดแทนการทำงานของไตได้เพียง 13 เปอร์เซ็นของการทำงานจริงของไต ผลของการรักษาด้วยการฟอกเลือดนี้มีผู้ป่วยเพียง 35 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่มีอายุมากกว่า 5 ปี

จำนวนของผู้บริจาคไตมีอย่างจำกัดไม่เพียงพอกับผู้ป่วยที่ต้องการเปลี่ยนถ่ายไตใหม่ ทำให้ผู้ป่วยต้องรอเป็นเวลานาน โอกาสที่จะเสียชีวิตก่อนมีสูงและมีค่าใช้จ่ายสูงระหว่างการทำการรักษาตัว ไตเทียมชนิดฝั่งในร่างกายจะช่วยแก้ปัญหานี้ได้ ช่วยให้ผู้ป่วยไม่ต้องเดินทางเข้ามาทำการฟอกไตทุกๆสัปดาห์ และไตเทียมชนิดฝั่งในร่างกายยังสามารถทำการฟอกเลือดได้ตลอดเวลา เป็นผลดีต่อสุขภาพของผู้ป่วยอย่างมาก

ไตเทียมชนิดฝั่งในร่างกายใช้ระบบ Hemofilter เพื่อกรองสารพิษในเลือดออก ซึ่งเป็นการพัฒนาด้วยวิศวกรรมเนื้อเยื่อ สร้างเซลล์ท่อไตเพื่อให้มาทำหน้าที่เหมือนเซลล์ไตที่ปกติ โดยอาศัยแรงดันเลือดในร่างกายเป็นปั๊มขับดันให้เลือดไหลผ่านท่อกรอง โดยไม่จำเป็นต้องมีปั๊มที่ใช้พลังงานไฟฟ้าภายใน

โครงการนี้เป็นอีกหนึ่งตัวอย่างของความพยายามของ UCSF ที่นำองค์ความรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์ที่อยู่ในห้องทดลองให้นำมาใช้จริงในทางคลินิก

ในเฟสแรกของโครงการได้สำเร็จลงไปแล้ว ตอนนี้ได้เร่งพัฒนาให้เครื่องมีขนาดเล็กลงเพื่อให้พอเหมาะกับร่างกาย และจะเริ่มนำไปทดสอบในสัตว์ทดลองในเฟสที่สองซึ่งอยู่ในระหว่างการดำเนินงาน ทีมวิจัยมีความพยายามทำงานอย่างหนักเพื่อให้อุปกรณ์นี้พร้อมใช้จริงในมนุษย์ ซึ่งโครงการได้รับการสนับสนุนเป็นอย่างดีจากทั้งเอกชนและรัฐบาล

นับว่าเป็นอีกหนึ่งความพยายามของนักวิทยาศาตร์เพื่อคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้นของผู้ป่วยโรคไต

รายละเอียดเพิ่มเติม: http://www.sciencedaily.com/releases/2010/09/100902161253.htm

Microneedles

ทีมวิจัยจาก North Carolina State University ได้สร้างเข็มขนาดจิ๋วระดับไมโครเมตร(microneedles) เพื่อใช้ในการรักษาที่ต้องการส่งผ่านสารต่างๆผ่านผิวหนัง หรือการให้สารสีในระดับนาโมเมตรผ่านผิวหนัง ที่เรียกว่า ควอนตัมดอท(quantum dots)เพื่อใช้ในการวินัจฉัยโรค วิธีการใหม่นี้จะช่วยให้แพทย์สามารถวินัจฉัยและรักษาโรคต่างๆได้หลากหลาย และรวมทั้งโรคมะเร็งผิวหนังด้วย

เข็มขนาดจิ๋วมีขนาดเล็กมากจะเรียงตัวอยู่ในพื้นที่หนึ่ง ที่มีความกว้างหรือยาวของแผ่นเล็กกว่า 1 มิลลิเมตร(0.04 นิ้ว) ดูรูปด้านบนประกอบ Dr. Roger Narayan หัวหน้าทีมวิจัย อธิบายว่า “แรงจูงใจในการศึกษาคือ เราจะสามารถใช้เข็มขนาดจิ๋วนี้ ในการส่งควอนตัมดอทเข้าสู่ใต้ผิวหนังได้ ซึ่งเราสามารถผลิตเข็มขนาดจิ๋วจากพลาสติกโดยอาศัยหลักการของแสงเลเซอร์ในการผลิต ซึ่งสามารถผลิตได้อย่างรวดเร็ว และพบว่าเราสามารถส่งผ่านสารละลายผ่านเข็มขนาดจิ๋วนี้ได้”

ทีมวิจัยได้ทำการทดลองใช้เข็มขนาดจิ๋ว กับผิวหนังของสุกร ซึ่งถือได้ว่ามีลักษณะใกล้เคียงกับผิวหนังมนุษย์ ใช้เข็มขนาดจิ๋ว ที่ทำจากพลาสติก และให้สารละลายผ่านเข็มขนาดจิ๋วเข้าสู่ใต้ผิวหนังสุกร และบันทึกผลการทดลองโดยใช้กล้อง multiphoton microscope เพื่อดูความสามารถในการส่งควอนตัมดอทผ่านผิวหนัง

ในงานวิจัยยังได้แสดงวิธีการสร้างต้นแบบโดยใช้แสงเลเซอร์ในการผลิตได้อย่างรวดเร็ว และสามารถทำการเปลี่ยนแปลงความยาว และรูปร่างของเข็มหลายแบบ ตามความต้องการของแพทยให้เหมาะสมกับการวินิจฉัยหรือการรักษาโรคใดโรคหนึ่งได้ โดยการสร้างเข็มขนาดจิ๋วนี้จะใช้หลักการ 2-Photon Polymerization ที่ผลิตโดย NC State และ Laser Zentrum Hannover

ผลงานวิจัยนี้จะได้รับการตีพิมพ์ในเดือนตุลาคม ภายใต้ชื่อ “Multiphoton microscopy of transdermal quantum dot delivery using two photon polymerization-fabricated polymer microneedles” ใน RSC Publishing Faraday Discussions

ที่มา : http://www.gizmag.com