Retroviral Protease Structure

Foldit เกมออนไลน์ค้นหาโครงสร้าง 3 มิติของโปรตีน สามารถเล่นได้หลายคน เกี่ยวกับการพับงอโครงสร้างของโปรตีนในแบบ 3 มิติ เพื่อหาความเป็นไปได้ของโมเลกุลโปรตีนสายหนึ่งแบบ 3 มิติ โดยเฉพาะในโปรตีนที่มีโครงสร้างที่สายยาวและซับซ้อน ผลลัพธ์ของเกมที่มีคนเล่นหลายๆคนจะเป็นประโยชน์อย่างมากในงานวิจัยโครงสร้างของโปรตีน รวมถึงการผลิตยาชนิดใหม่ ที่ลักษณะเหมือนมีคนช่วยกันคิดเป็นจำนวนมาก รายละเอียดจากข่าวเก่า

โครงสร้างของเอนไซม์ Retroviral Protease

โครงสร้างของเอนไซม์ Retroviral Protease  เริ่มต้นจากโครงสร้างของเอนไซม์ที่ได้จากการเรียงตัวของกรดอะมิโนที่ไม่ถูกต้องมากนัก ผู้เล่นเกม Foldit ช่วยกันปรับโครงสร้างใหม่ซึ่งได้โครงสร้างที่ความคลึงกับโครงสร้าง crystal มาก

เกม Foldit ยังเป็นแค่โมเดลการนำการแก้ไขปัญหาทางวิทยาศาสตร์ที่ยากและซับซ้อนมาทำเป็นเกมเพื่อให้คนทั่วไปได้มีส่วนร่วมในการช่วยกันแก้ไขปัญหานั้น ล่าสุดเกม Foldit ได้พิสูจน์ตัวมันเองแล้วว่าวิธีการแก้ไขปัญหาแบบนี้ได้ผล เมื่อมีการรายงานผลงานร่วมของนักวิจัยจากสหรัฐอเมริกา โปรแลนด์ และสาธารณรัฐเช็ก ในวารสารวิชาการ Nature Structural & Molecular Biology ถึงความสำเร็จในการไขความลับโครงสร้างผลึกของเอนไซม์ Mason-Pfizer monkey virus (M-PMV) retroviral protease 

เอนไซม์ Retroviral proteases มีความบทบาทสำคัญอย่างมากในกระบวนการแก่ตัวและแพร่พันธุ์(maturation and proliferation) ที่มีความสำคัญอย่างมากในการพัฒนายารักษาโรคที่เกิดจากไวรัส เช่น โรคเอดส์ ซึ่งนักวิจัยใช้เวลานับทศวรรษเพื่อแก้ไขปัญหาโครงสร้างของเอนไซม์นี้ด้วยหลากหลายวิธีแต่ยังไม่สำเร็จ จนเมื่อเกม Foldit ถูกเปิดให้ทุกคนสามารถเข้ามาช่วยกันเล่นพับงอโครงสร้างของโปรตีน ผู้เล่นเกม Foldit สามารถแก้ไขปัญหานี้ได้เพียงไม่กี่วัน

การไขปัญหานี้ได้เกิดจากกลุ่มผู้เล่นหลายคน ที่ทำงานอยู่คนละประเทศเข้ามาเล่นเกม พูดคุยกันผ่านทางระบบสนทนาในเกม พวกเขาใช้เวลาเพียง 10 วันในการแก้ไขปัญหาดังกล่าวร่วมกันได้สำเร็จ ถือเป็นครั้งแรกที่ระบบนี้ประสบความสำเร็จในการแก้ไขปัญหาวิทยาศาสตร์ซับซ้อนสำเร็จ และคิดว่ามันจะต้องมีเรื่องน่ายินดีแบบนี้เกิดขึ้นอีกแน่นอน

คุณอยากเป็นหนึ่งในคนที่ค้นพบโครงสร้าง 3 มิติของโปรตีนที่ไม่เคยมีการค้นพบไหม ลองไปเล่นดูสิครับ

ข้อมูล
Report: Crystal structure of a monomeric retroviral protease solved by protein folding game players 

via: popsci.com , kurzweilai.net , medgadget.com

Optical Biosensor

นักวิจัยจาก Stratophase จากประเทศอังกฤษ ได้เผยแพร่งานวิจัยในวารสารวิชาการ Biosensors and Bioelectronics เป็นงานวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีที่เรียกว่า SpectroSens chip เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดทางแสงแบบใหม่ โดย chip ตัวเดียวสามารถที่จะตรวจหาเชื้อโรคหรือสารชีวเคมีที่แตกต่างกันได้กว่า 16-20 ชนิดได้ในครั้งเดียว ซึ่งเป็นกลุ่มของสิ่งแปลกปลอมที่เป็นอันตรายต่อร่างกาย เช่น กลุ่มเชื้อโรคระบาด เชื้อแอนแทรกซ์ สารพิษ เป็นต้น

Biodetection briefcase

chip ทำงานด้วยแสงสะท้อนที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกัน และในตำแหน่งที่แตกต่างกัน ตัวสะท้อนแสงหรือที่เรียกว่า Bragg gratings จะสะท้อนแสงเพียงความยาวคลื่นเดียว ส่วนแสงความยาวคลื่นอื่นจะเดินทางผ่านไปได้เพื่อทำให้สามารถเลือกคลื่นแสงได้ตามต้องการ ความยาวคลื่นแสงที่มีความจำเพาะจะสามารถสะท้อนได้โดยสัมพันธ์กับตำแหน่งบน chip เมื่อเกิดปฎิกิริยาระหว่างแอนติเจน(เชื้อโรค,สารชีวเคมี)ในสารตัวอย่างกับแอนติบอดีที่ถูกตรึงอยู่บน chip ผลที่เกิดขึ้นคือจะทำให้การสะท้อนแสง(refractive-index)ในตำแหน่งนั้นๆเปลี่ยนแปลงไป ทำให้ความยาวคลื่นแสงเพิ่มขึ้นซึ่งระบบจะสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงนี้ได้ ในการทดลองสามารถที่จะใส่แอนติบอดีลงไปได้ถึง 16 ชนิดที่แตกต่างกัน ทำให้การตรวจหาสปอร์ ไวรัส สารพิษ สามารถตรวจวัดได้พร้อมกัน โดยสามารถใส่ตัวอย่างส่งตรวจได้ตัวเอง หรือจะใช้ระบบอัตโนมัติต่างๆช่วยได้

Biodetection Cartridges

ตัวอย่างในการทดลองครั้งแรกได้ทดลองกับกลุ่มเชื้อโรคที่ไม่เป็นอันตรายมากนัก เช่น สปอร์ของเชื้อแบคทีเรีย Bacillus atrophaeus (BG), เซลล์ของเชื้อ Escherichia coli,  ไวรัส MS2, โปรตีนอัลบลูมิน หลังจากนั้นทีมวิจัยได้ทดสอบกับกลุ่มที่เป็นอันตราย เช่น สปอร์ของ Bacillus anthracis (BA) แบคทีเรียก่อโรคแอนแทรกซ์, ไวรัส Vaccinia, สารพิษ riccin จากการทดลองพบว่าแอนติเจนพวกโปรตีนให้ค่าการตรวจวัดที่ดีและค่าที่วัดได้สูงกว่า กลุ่มแบคทีเรียที่มีขนาดใหญ่ และกลุ่มของไวรัส แต่อย่างไรก็ตามยังสามารถตัวตรวจวัดได้เช่นกัน chip เป็นแบบใช้ครั้งเดียวทิ้ง มีประสิทธิภาพและเคลื่อนย้ายได้สะดวก ซึ่งถือว่าเป็นแนวความคิดในการตรวจวัดผลชนิดรวดเร็วแบบ on-site ระบบสามารถนำไปใช้ในงานทางการป้องกันและควบคุมการระบาดของโรคได้

Abstract in Biosensors and Bioelectronics: Optical microchip array biosensor for multiplexed detection of bio-hazardous agents

ข้อมูล : http://www.stratophase.com
http://medgadget.com

ระบบอ่านผล ELISA ด้วยกล้องมือถือ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยฮาร์เวิร์ดได้เผยแพร่ผลงานวิจัยในวารสารวิชาการ Lab on a Chip ซึ่งได้อธิบายเทคโนโลยีใหม่ในการอ่านผล ELISA ด้วยกล้องในโทรศัพท์มือถือ ถือว่าเป็นระบบที่จะช่วยให้แพทย์วินิจฉัยโรคได้เร็วขึ้นโดยไม่ต้องรอผลจากการส่งตัวอย่างไปวิเคราะห์ที่ห้องปฎิบัติการ อีกทั้งยังสามารถส่งผลให้ผู้เชี่ยวชาญช่วยวินิจฉัยได้ง่ายยิ่งขึ้น โดยทำงานผ่านทางโทรศัพท์มือถือเพียงเครื่องเดียว

ในการทดลองได้ใช้การตรวจวัดสารชีวภาพบ่งชี้โรคมะเร็งรังไข่ HE4 ซึ่งเป็นตัวที่ใช้ในการติดตามการรักษาในโรคมะเร็งชนิดนี้ โดยใช้ตัวอย่างเพียงเล็กน้อยจากปัสสาวะผู้ป่วย หยดลงบน microchip ที่ถูกเคลือบด้วยแอนติบอดี้ต่อ HE4 บนผิว การตรวจวัด HE4 จะใช้หลักการ ELISA แบบ sanwich โดยมี horseradish peroxidase (HRP) เป็นตัวติดสลากอยู่กับแอนติบอดี้ตัวที่สอง เมื่อเติม Tetramethylbenzidine (TMB) ลงไปเพื่อทำปฎิกิริยา สารละลายจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน ความเข้มของสีที่เกิดขึ้นจะมีความสัมพันธ์กับความเข้มข้นของ HE4 ในปัสสาวะของผู้ป่วย

โทรศัพท์มือถือที่ถูกใช้ระบบนี้คือ Sony Ericson i790 ที่สามารถถ่ายภาพขนาดใหญ่สุดได้ 3.2 ล้านพิกเซล เพื่อเก็บภาพ microship ที่ผ่านการทำปฎิกิริยาด้วยเทคนิค ELISA แล้ว จากนั้นวิเคราะห์ความเข้มสีของภาพ จากแสงสีแดง สีเขียว สีน้ำเงิน (RGB) ผ่านทางโปรแกรมในโทรศัพท์มือถือ โดยออลกอลิทึมที่ใช้ในโปรแกรมผ่านการปรับปรุง ปรับแต่งให้เหมาะสมใน MATLAB มาแล้ว

โปรแกรมในโทรศัพท์มือถือสามารถที่จะประมวลผล และเลือกตำแหน่งในการวิเคราะห์ คำนวณกราฟมาตรฐาน และรายงานผลความเข้มข้นของ HE4 ในสิ่งส่งตรวจจากผู้ป่วย ระบบการตรวจวัดนี้ได้รับการทดสอบเปรียบเทียบกับเครื่องมือมาตรฐาน Spectrophotometer พบว่ามีค่าจำเพาะ(specificity) 90% และความไว(sensitivity) 89.5% ถือว่าสูงพอยอมรับได้

ในการงานวิจัยถือเป็นการเพิ่มความสามารถในตรวจวัดให้มีความสะดวกและรวดเร็วมากยิ่งขึ้น โดยใช้อุปกรณ์พื้นฐานที่มีหาได้ง่าย ราคาไม่แพง อีกทั้งยังเป็นอุปกรณ์ที่พกพาสะดวกนั้นคือ โทรศัพท์มือถือ มาช่วยในการทำงาน ซึ่งในปัจจุบันโทรศัพท์มือถือมีขีดความสามารถในการประมวลเพิ่มสูงขึ้นมาก งานวิจัยนี้จึงถือได้เป็นการแสดงให้เห็นถึงแนวความคิดของการประยุกต์อุปกรณ์ใกล้ตัวมาใช้งานได้จริง นอกจากนั้นการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตผ่านทางโทรศัพท์มือถือทำได้ง่ายขึ้นมาก การส่งต่อข้อมูลให้ผู้เชี่ยวชาญเพื่อช่วยวินิจฉัยจึงทำได้ง่าย และสะดวกขึ้นมาก

Abstract in Lab on a Chip: Integration of cell phone imaging with microchip ELISA to detect ovarian cancer HE4 biomarker in urine at the point-of-care

via: http://medgadget.com

“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).

ตัวอย่างบัญชีสารก่อมะเร็ง

• กลุ่มที่ 1 ก่อมะเร็งในมนุษย์ มีทั้งหมด 107 ชนิด
• กลุ่มที่ 2A เป็นไปได้ที่จะก่อมะเร็งในมนุษย์ 59 ชนิด
• กลุ่มที่ 2B อาจจะก่อมะเร็งในมนุษย์ 256 ชนิด
• กลุ่มที่ 3 ยังจำแนกไม่ได้ว่าเป็นสารก่อมะเร็งในมนุษย์ 508 ชนิด
• กลุ่มที่ 4 ไม่ก่อให้เกิดมะเร็งในมนุษย์ 1 ชนิด

แต่สิ่งที่น่าตกใจก็คือ องค์การณ์อนามัยโลก โดย IARC ให้จัดให้ สนามแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงคลื่นความถี่วิทยุ ซึ่งรวมคลื่นโทรศัพท์มือถือไว้ด้วย ว่าเป็นสารที่อาจจะก่อมะเร็งในมนุษย์ “เราพบหลักฐานหลายประการที่บ่งชี้ว่าการใช้โทรศัพท์อาจก่อให้เกิดโรคมะเร็งได้ แต่ว่าเราก็ต้องยอมรับถึงช่องว่างและความคลุมเครือ” โจนาธาน ซาเมต ประธาน IARC กล่าว โดยทีมงานได้รับอิทธิพลมาจากกลุ่มวิจัยที่ชื่อ อินเตอร์โฟน (Interphone) ซึ่งได้ทำการสำรวจว่า สนามแม่เหล็กไฟฟ้าช่วงคลื่นความถี่วิทยุ (โดยเฉพาะที่เกิดจากโทรศัพท์มือถือ) ที่ก่อให้เกิดโรคมะเร็งสมอง ปีที่แล้ว กลุ่มวิจัยอินเตอร์โฟนได้รายงานในนิตยสารระบาดวิทยานานาชาติว่า “ไม่พบความเสี่ยงที่จะก่อให้เกิดโรคมะเร็งที่เกลียเซลล์ (gliomas) หรือเยื่อหุ้มสมอง (meningioma)” โดยงานวิจัยถัดมาได้สรุปว่า “ความเสี่ยงของโรคมะเร็งที่เกลียเซลล์ (gliomas) ได้เพิ่มขึ้นในกลุ่มที่ใช้งานโทรศัพท์มือถือที่มากขึ้น แต่ว่างานวิจัยยังมีความความคลาดเคลื่อนอยู่” ซึ่งมันเป็นเรื่องยากที่จะบอกว่าโทรศัพท์มือถือเป็นต้นเหตุ ซึ่งในที่สุดกลุ่มวิวัยกลุ่มนี้ได้สรุปไว้ว่า “ผลของการใช้โทรศัพท์มือถืออย่างหนักในระยะยาวยังคงต้องศึกษากันต่อไป”

IARC ยังคงต้องการงานวิจัยชิ้นใหม่ๆ โดย ซาเมต ชี้ว่า ในขณะนี้ทั่วโลกมีการใช้โทรศัพท์มือถืออยู่ประมาณ 5 พันล้านเครื่อง และ “เราคาดว่าในอนาคตจะมีผู้ใช้มากขึ้น ระยะเวลาที่ใช้ก็มากขึ้นไปทุกๆ วัน” ซึ่งการที่จะเปลี่ยนจาก กลุ่ม “อาจจะ” ก่อให้เกิดโรงมะเร็งไปยังกลุ่มที่มีความเสี่ยงมากขึ้นคงไม่ใช่เรื่องง่าย

การที่ IARC จะประเมินความเสี่ยงของการใช้โทรศัพท์มือถือใหม่หรือไม่ มันขึ้นอยู่กับงานวิจัยชิ้นใหม่ๆ ที่จะออกมา คณะกรรมการกล่าว

ที่มา : http://news.sciencemag.org/scienceinsider/2011/05/do-cell-phones-cause-cancer.html

อ้างอิง:

http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/index.php

http://www.rfcom.ca/programs/interphone.shtml

http://www.oxfordjournals.org/our_journals/ije/press_releases/freepdf/dyq079.pdf

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

Figure 1: Number of publications in Nature research journals from various Asia-Pacific countries

ประเทศจีนในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการผลิตงานวิจัยออกมาจำนวนมาก รัฐบาลจีนให้การสนับสนุนและลงทุนอย่างสูงในงานวิจัยและพัฒนาทางด้านวิทยาศาสตร์ ปัจจุบันประเทศจีนมีการเผยแพร่งานวิจัยสูงเป็นอันดับสองของโลก เป็นรองเพียงอเมริกาเท่านั้น แต่มีคำถามตามมาว่างานวิจัยที่ผลิตออกมามากมายขนาดนั้น มีคุณภาพมากน้อยเพียงไร?

The Nature Publishing Index 2010 China ได้เผยแพร่ข้อมูลการเติบโตของงานวิจัยจากประเทศจีนที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารของ Nature ในปี 2010 เพื่อจัดอันดับของหน่วยวิจัยและเมืองต่างๆในจีน ในการจัดอันดับเป็นการเปรียบเทียบข้อมูลของปี ค.ศ. 2009 กับ 2010 นอกจากนั้นยังนำเสนอ ข้อมูลการตีพิมพ์ในวารสาร Science, Cell, NEJM และ The Lancet ซึ่งถือว่าเป็นกลุ่มของวารสารทางวิชาการชั้นแนวหน้าของโลก ที่ได้รับความเชื่อถืออย่างสูงจากนักวิทยาศาสตร์ทั่วโลก มีจำนวนงานวิจัยจากจีนที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารกลุ่มดังกล่าวเพิ่มสูงขึ้นเช่นกัน

โดยที่จำนวนของงานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature มีจำนวนเพียง 6 บทความ ในปี 2000 เพิ่มเป็น 149 บทความ ในปี 2010 แซงประเทศออสเตรเลีย ขึ้นเป็นอันดับสองในกลุ่มประเทศเเเอเชียแปซิฟิค (แสดงในรูปที่ 1) ส่วนจำนวนของงานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการในกลุ่มวารสารแนวหน้าของโลกจากจำนวน 3 บทความ ในปี 2000 เพิ่มเป็น 27 บทความ ในปี 2010 (แสดงในรูปที่ 2) ซึ่งถือว่างานวิจัยคุณภาพจากประเทศจีน มีอัตราเพิ่มขึ้นในแต่ละปีเร็วขึ้นมาก เมื่อเทียบกับประเทศอื่นๆ

Figure 2: Number of publications in other high-profile journals

หน่วยวิจัย 10 อันดับแรกที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารชั้นนำของโลกมากที่สุด ได้แก่

1. Chinese Academy of Sciences
2. Tsinghua University
3. University of Science and Technology of China (USTC)
4. BGI Shenzhen
5. Peking University
6. Nanjing University
7. the University of Hong Kong
8. Southeast University
9. Xiamen University
10. Zhejiang University

ซึ่งหน่วยงานเหล่านี้ ถือว่าเป็นหน่วยวิจัยที่เป็นผู้นำทางด้าน structural biology, physics, genetics, materials, metamaterials และ chemistry โดยเฉพาะ Chinese Academy of Sciences (CAS) ที่ได้รับการตีพิมพ์ใน Nature ในปี 2010 มากถึง 40 บทความ CAS เป็นหน่วยงานที่มีหน่วยวิจัย ประมาณ 100 หน่วย และมีนักวิจัยทำงานอยู่มากกว่า 50,000 คน เป็นที่สร้างผลงานวิจัยให้ประเทศจีนได้เป็นจำนวนมาก

นอกจากนั้นประเทศจีนยังมีมหาวิทยาลัยอีกเป็นจำนวนมาก ที่สร้างงานวิจัยออกมาอย่างต่อเนื่อง

เมื่อทำการจัดอันดับแยกเป็นเมืองต่างๆ ตามที่อยู่สังกัดของนักวิจัย สามารถเรียง 10 อันดับเมืองที่ได้รับการตีพิมพ์ใน Nature ปี 2010 มากที่สุดได้ดังนี้

1. Beijing
2. Shanghai
3. Nanjing
4. Hefei
5. Hong Kong
6. Shenzhen
7. Xiamen
8. Hangzhou
9. Guangzhou
10. Tianjin

จากข้อมูลต่างๆเหล่านี้จะเห็นได้ว่าประเทศจีน มีการพัฒนาทั้งเศรษฐกิจ วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอย่างรวดเร็ว เมื่อมองย้อนกลับมาที่ประเทศไทยของเรา ต้องตั้งคำถามว่า ประเทศเรา(ทั้งรัฐ เอกชน ประชาชน)ให้ความสำคัญกับงานวิจัย และการพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่ถือว่าเป็นรากฐานของการพัฒนาประเทศ มากน้อยเพียงไร

ที่มา-http://blogs.nature.com

Dr.Ross Mitchell โชว์ iPhone app ที่สามารถวินิจฉัย Stroke ได้

Stroke คือโรคที่เกิดจากความผิดปกติของหลอดเลือดแดงในสมอง อาจเกิดจาก มีการแตก ตีบ หรือตันของหลอดเลือดในสมองที่ทำหน้าที่ในการนำเลือดไปหล่อเลี้ยงสมองส่วนต่างๆ ทำให้สมองส่วนนั้นๆขาดเลือด ส่งผลให้เนื้อสมองบางส่วนเกิดการตาย จึงทำให้เกิดอาการอัมพาตของร่างกายส่วนที่สมองส่วนนั้นทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของร่างกาย หรือที่เรียกว่า “อัมพาฒครึ่งซึก” มักจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ในอดีตเรียกว่า อุบัติเหตุจากหลอดเลือดสมอง หรือ cerebrovascular accident (CVA)

งานวิจัยนี้เป็นผลงานของคณะแพทย์ University of Calgary ประเทศแคนาดา ได้แสดงให้เห็นว่าแพทย์สามารถที่จะวินิจฉัย stroke ได้ด้วย iPhone app ที่ทีมวิจัยได้ทำขึ้น ซึ่งให้ผลที่แม่นยำเช่นเดียวกับการวินิจฉัยในสถานพยาบาล เทคโนโลยีนี้จะมีประโยชน์อย่างมากในโรงพยาบาลชนบท ซึ่งจะทำให้ผู้เชี่ยวชาญสามารถดูข้อมูลได้แบบเรียลไทม์ และทำงานที่ไหนก็ได้ โดยที่ไม่จำเป็นต้องอยู่โรงพยาบาลตลอดเวลา

ในการทดลอง แพทย์ผู้เชียวชาญทางประสาทรังสีแพทย์(Neuro-radiologists) ได้ดูข้อมูลจาก NCCT(consecutive noncontrast computed tomography brain scans) 120 ข้อมูล และ CTA(computed tomography angiogram head scans) 70 ข้อมูล ซึ่งได้จากฐานข้อมูลของผู้ป่วย Stroke มีผู้เชียวชาญทางประสาทรังสีแพทย์ 2 คน เป็นผู้อ่านผลเพื่อวินิจฉัยโรคที่สถานพยาบาลที่มีอุปกรณ์ครบ(medical diagnostic workstation) และอ่านผลผ่านทาง app ใน iPhone ผลงานวิจัยได้รับการตีพิมพ์ใน Journal of Medical Internet Research ในเดือนพฤษภาคม ซึ่งเป็นผลงานออกแบบการทดลองของ Dr. Mayank Goyal และเทคโนโลโยที่ใช้ใน iPhone เป็นผลงานของ Dr. Ross Mitchell และทีมวิจัยจาก Hotchkiss Brain Institute (HBI)

ในการทดลองใช้ iPhone app ในการอ่านผลให้ผลถูกต้อง 94-100% ของการวินิจฉัย acute stroke ซึ่งเวลาทุกวินาทีมีความสำคัญมาก และอีกจุดแข็งสำคัญของแพลตฟอร์มนี้คือ ความสามารถในการจัดการกับชุดข้อมูลขนาดใหญ่ของการถ่ายภาพกว่า 700 ภาพ ให้แสดงผลบน iPhone ได้โดยง่าย ตอนนี้สาธารณะสุขของแคนาดาให้อนุญาติให้ใช้ iPhone app นี้ได้แล้ว ซึ่งแพทย์ในแคนาดาสามารถใช้ iPhone app ตัวนี้ในการทำงานได้อย่างถูกกฎหมายแล้ว เมื่อมีการเปิดขาย

photo credit: University of Calgary’s Faculty of Medicine & Hotchkiss Brain Institute http://www.flickr.com/photos/k-ideas/5705473837/

ความแตกต่างของแพลตฟอร์มนี้กับตัวอื่นๆคือ ภาพจำนวนมากจะถูกประมวลผลบน computer server ก่อนที่จะสตีมมิ่งภาพไปที่ iPhone ซึ่งจะต้องมีการระบุตัวตนของแพทย์ก่อนจึงจะทำการดูข้อมูลได้ เป็นการรักษาความปลอดภัยของข้อมูลของผู้ป่วย การมีการประมวลภาพก่อนที่เครื่อง server ทำให้มันทำงานได้เร็ว เมื่อเทียบกับตัวแพลตฟอร์มอื่นๆที่ต้องใช้เวลาโหลดภาพนานหลายนาที ซึ่งภาพที่ได้ยังสามารถเปิดได้ใน iPhone, iPad, Android หรือ Web browser

ระบบนี้ถือว่ามีประโยชน์มากสำหรับผู้ป่วย Stroke ทำให้ทำการรักษาได้เร็วยิ่งขึ้น ซึ่งการรักษาต้องแข่งกับเวลา แต่แพลตฟอร์มนี้อาจจะมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง และต้องการผู้เชียวชาญในจัดการระบบมากทีเดียว

ที่มา-http://www.medicine.ucalgary.ca via-http://oc1dean.blogspot.com

การตรวจสอบการปฏิเสธอวัยวะสามารถตรวจสอบได้จากการทดสอบเลือด

การปฏิเสธ เป็นอะไรที่เจ็บปวด แต่สำหรับผู้ป่วยที่ต้องผ่าตัดเปลี่ยนอวัยวะมันเป็นอะไรที่มากกว่าเรื่องทางความรู้สึก แต่มันสำคัญถึงชีวิตทั้งชีวิตเลยทีเดียว การรอคอยอวัยวะใหม่ที่ยาวนานเป็นเดือน บางครั้งก็เป็นปี จากผู้บริจาค และยังต้องมีชีวิตรอดจากการผ่าตัดครั้งใหญ่ สำหรับผู้ป่วยผ่าตัดเปลี่ยนอวัยวะยังคงต้องต่อสู้กับระบบภูมิคุ้มกันของตัวเองไม่ให้ปฏิเสธอวัยวะชิ้นใหม่ที่ได้รับมาอีกด้วย ณ ตอนนี้ การทดสอบแบบใหม่ที่ใช้การสแกน DNA จากเลือดของผู้ป่วยที่ต้องการผ่าตัดเปลี่ยนอวัยวะ ซึ่งสามารถบ่งชี้ได้ว่า กระบวนการปฏิเสธอวัยวะที่ร้ายแรงจะเริ่มต้นขึ้นหรือยัง ซึ่งทำให้แพทย์สามารถที่จะยับยั้งกระบวนการทั้งหมดได้อย่างทันท่วงที

ประมาณ 40% ของผู้ป่วยที่ผ่าตัดเปลี่ยนอวัยวะ มีประสบการณ์อย่างน้อยหนึ่งครั้งเกี่ยวกับการปฏิเสธอวัยวะแบบเฉียบพลัน ภายในหนึ่งปีหลังจากที่พวกเขาได้รับอวัยวะใหม่ ซึ่งการตรวจหาว่าระบบภูมิคุ้มกันอะไรของร่างกายที่สงผลต่อปฏิกิริต่อต้านอย่างรุนแรงนี้เป็นกุญแจสำคัญในการที่จะลดผลร้ายที่จะตามมา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อการปฏิเสธอวัยวะทุกๆ ครั้ง สามารถแก้ไขได้ด้วยยากดภูมิคุ้มกันปริมาณที่มากขึ้น แต่อย่างไรก็ตามผู้ป่วยยังคงต้องถูกดูแลสุขภาพอวัยวะชิ้นใหม่นั้นด้วยการตัดชิ้นเนื้อเพื่อไปตรวจซึ่งมันทั้งเจ็บปวดและแพง ยิ่งกว่านั้นก็คือ การตัดชิ้นเนื้อของอวัยวะไปตรวจนี้ เป็นการเพิ่มความเสี่ยงที่จะทำให้อวัยวะนั้นๆ เสียหายได้ Hannah Valantine จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด แคลิฟอร์เนีย อธิบาย โดยในปี 2009 เธอได้พัฒนาวิธีการตรวจสอบการปฏิเสธอวัยวะแบบที่ไม่ต้องเจาะเข้าไปในร่างกาย ซึ่งมีพื้นฐานจากการเฝ้าระวังระบบภูมิต้านทานของผู้ป่วย ที่ชื่อว่า AlloMap ซึ่งเป็นเครื่องมือชิ้นแรกที่ได้รับการยอมรับจากองค์การอาหารและยาของสหรัฐอเมริกา สำหรับตรวจสอบการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจ แต่ว่ามันยังมีความผิดพลาดกว่าครึ่งหนึ่งจากการตรวจจับเหตุการณ์การปฏิเสธอวัยวะ

ในการเติมเต็มส่วนที่เหลือ Valantine ได้กลับไปที่จุดเริ่มต้นอีกครั้งหนึ่ง ครั้งนี้เธอได้ขอความช่วยเหลือจากนักชีวฟิสิกส์ Stephen Quake จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด เขาทั้งสองคนได้ออกแบบการทดสอบที่มีพื้นฐานมาจากที่ว่า จีโนมของอวัยวะที่ถูกปลูกถ่ายเข้าร่างกาย มันแตกต่างจากจีโนมของร่างกาย การทดสอบนี้ ได้ตรวจดูชิ้นส่วนของ DNA ที่ถูกปล่อยออกมาจากอวัยวะชิ้นใหม่สุ่กระแสเลือด เมื่อเซลล์จากเนื้อเยื่อที่ถูกผ่าตัดเข้าไปเกิดการสลายตัว เพื่อที่จะตรวจสอบความถูกต้องของยุทธศาสตร์ใหม่นี้ นักวิจัยได้พยายามที่จะตรวจสอบจากเลือดของผู้ป่วยที่ได้รับการผ่าตัดเปลี่ยนอวัยวะที่เก็บไว้ โดยที่บางรายได้รับการยืนยันการปฏิเสธอวัยวะมาก่อนหน้านั้นแล้ว ระหว่างกระบวนการปฏิเสธอวัยวะ ปริมาณของ DNA จากอวัยวะใหม่ในเลือดเพิ่มมากขึ้น โดยทำให้ระดับของชิ้นส่วนของ DNA เฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 3% จากปกติคือ 1% ซึ่งนักวิจัยได้รายงานเร็วๆ นี้ในนิตยสาร Proceedings of National Academy of Sciences [1]

Valantine หวังว่า การตรวจสอบแบบนี้จะสามารถใช้แทนที่การตรวจสอบการปฏิเสธเนื้อเยื่อแบบเก่า คือการตัดชิ้นเนื้อไปตรวจได้ซึ่งผู้ป่วยที่ต้องผ่าตัดเปลี่ยนอวัยวะจะต้องทำทุกๆ เดือนตลอดปีแรกของการผ่าตัดเปลี่ยนอวัยวะ โดยวิธีใหม่นี้ แพทย์จะยืนยันการปฏิเสธอวัยวะจากการตรวจสอบชิ้นเนื้อสำหรับกรณีที่การตรวจสอบปริมาณ DNA เป็นบวกเท่านั้น การตรวจสอบแบบใหม่นี้สามารถตรวจหา “ปริมาณ DNA ที่มีอยู่น้อยมากๆ ได้ เพื่อทำนายการปฏิเสธอวัยวะ” Valantine กล่าว และยังคงทำให้การตรวจสอบแบบนี้ตอบสนองได้ดีกว่า AlloMap ถ้าการทดสอบแบบนี้สามารถบอกแพทย์ถึงการปฏิเสธอวัยวะได้ก่อน แพทย์ก็จะสามารถแก้ไขได้จากการเพิ่มปริมาณยากดภูมิคุ้มกัน แทนที่จะต้องไปลดภูมิคุ้มกันทั้งระบบของผู้ป่วยซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงต่อการติดเชื้อและเป็นมะเร็งได้

Bruce Rosengard หัวหน้าศัลยแพทย์ ของโครงการผ่าตัดเปลี่ยนหัวใจที่ โรงพยายาลกลางแมสสาซูเซตต์ กล่าวถึงการทดสอบใหม่ว่า “การปฏิเสธอวัยวะยังคงเป็นหนึ่งในอุปสรรค์ของการผ่าตัดเปลี่ยนอวัยวะให้สำเร็จ และอะไรก็ตามที่เราสามารถทำได้ เพื่อที่จะลดจำนวนการตัดชิ้นเนี้อหัวใจมาตรวจสอบมันเป็นการพัฒนาที่สร้างสรรค์อย่างมาก และผมคิดว่ากลยุทธ์แบบนี้จะได้รับความสนใจอย่างรวดเร็ว”

Valantine หวังจะเห็นการทดสอบแบบใหม่ของเธอสามารถใช้ประโยชน์ได้จริงต่อแพทย์ในปีนี้ และเธอยังบอกอีกว่า เธอยังไม่เห็นเหตุผลที่เป็นไปไม่ได้ในการใช้วิธีการแบบเดียวกันนี้เพื่อตรวจการปฏิเสธอวัยวะชนิดอื่น

อ้างอิง:

[1] Snyder, T. , Khush, K. K. , Valantine, H. A. & Quake, S. R. Proc. Natl Acad. Sci. USA doi:10.1073/pnas.1013924108 (2011).

ที่มา: http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/03/sensing-organ-rejection.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