ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

สไมลีเฟซ

กับอะไหล่จอประสาทตา

ในหลอดทดลอง

 

รู้จักภาพหน้ายิ้ม สไมลีเฟซ (smiley face) กันมั้ยครับ?

ภาพของก้อนเซลล์กลมๆ สีอมเหลือง กับลูกกะตาสีดำๆ เล็กๆ ในจานเพาะเลี้ยงที่เพิ่งจะตีพิมพ์ลงในวารสาร Cell Stem Cell ทำให้ผมนึกถึงหน้ายิ้ม สไมลีเฟซ

แต่ที่จริงแล้ว มันคืออวัยวะเวอร์ชั่นจิ๋ว สามมิติ ที่เรียกว่า “ออร์แกนอยด์ (organoid)”

ในปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์สามารถเพาะเลี้ยงเซลล์และกระตุ้นให้เปลี่ยนเป็นออร์แกนอยด์ได้หลายอวัยวะแล้ว มีทั้งปอดมินิ (minilung) กระเพาะมินิ (ministomach) สมองมินิ (minibrain) ไตมินิ (minikidney) หลอดอาหารมินิ (miniesophagus) และอีกสารพัด

ที่น่าประทับใจมากที่สุดเห็นจะเป็น “หัวใจมินิ (miniheart)” ที่เต้นตุ๊บๆ ได้ในขวดเพาะเลี้ยงราวกับมีชีวิต หรือต่อมน้ำตาจิ๋วที่หลั่งน้ำตาออกมาได้ เมื่อถูกกระตุ้นด้วยฮอร์โมนอะดรีนาลีน (adrenaline)

หรือแม้แต่ต่อมพิษของงูพิษชนิดต่างๆ ที่ในตอนนี้ก็ถูกสกัดมาเพาะเลี้ยงเป็นออร์แกนอยด์ที่นอกจากจะมีโครงสร้างและมีเซลล์ชนิดต่างๆ ที่ถอดแบบมาจากต่อมพิษของงูจนแทบจะเหมือนเปี๊ยบแล้ว ยังสามารถผลิตและหลั่งน้ำพิษที่มีองค์ประกอบใกล้เคียงพิษของจริงจากงูตัวเป็นๆ ได้อีกด้วย

ในเวลานี้ในห้องปฏิบัติการของฮานส์ เคลเวอร์ (Hans Clevers) ที่มหาวิทยาลัยยูเทรซต์ ต่อมพิษงูหลากหลายชนิดจำนวนมากมายกำลังถูกเก็บรักษาไว้เป็นอย่างดีเพื่อการสร้างออร์แกนอยด์ต่อมพิษ

ซึ่งเป็นไปได้ว่าในอนาคต การพัฒนาการสร้างออร์แกนอยด์ต่อมพิษอาจจะช่วยทำให้นักพัฒนาเซรุ่มต้านพิษงูรุ่นใหม่สามารถสร้างเซรุ่มต้านพิษงูเก็บเอาไว้ได้เลยในสต๊อกจากการเพาะเลี้ยงออร์แกนอยด์ในหลอดทดลอง โดยไม่จำเป็นต้องเลี้ยงงูหรือออกไปตระเวนเสี่ยงชีวิตหางูมาเพื่อรีดพิษไว้ทำเซรุ่ม

ออร์แกนอยด์ที่เพิ่งจะตีพิมพ์เผยแพร่ออกมาในเปเปอร์นี้ คือ ออร์แกนอยด์สมองแต่ที่พิเศษคือมีตาจิ๋วที่เรียกว่าออพติกคัพ (optic cup) ถูกพัฒนาขึ้นมาด้วยโดยสมองหนึ่งก้อนจะมีออพติกคัพผุดขึ้นมาสองดวง

เนื่องจากออพติกคัพ คือต้นกำเนิดของจอประสาทตา หรือว่า เรตินา (retina) ซึ่งเป็นหนึ่งในส่วนที่สำคัญที่สุดในการมองเห็น

ที่จริงแล้ว การเพาะเลี้ยงเซลล์ตา หรือพวกออพติกคัพในหลอดทดลองนั้น ไม่ใช่เรื่องใหม่ เพราะในอดีต ก็มีการพัฒนาการเพาะเลี้ยงออพติกคัพ และจอประสาทตาแบบออร์แกนอยด์ในห้องปฏิบัติการอยู่แล้ว

แต่นี่เป็นครั้งแรกที่มีคนที่สามารถกระตุ้นให้ออพติกคัพสามารถเกิดขึ้นมาได้เองร่วมกับการเพาะเลี้ยงออร์แกนอยด์สมอง

ซึ่งเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมากเพราะการเพาะเลี้ยงแบบนี้อาจจะช่วยให้ข้อมูลเบื้องลึกที่น่าสนใจเกี่ยวกับกลไกการพัฒนาสมองและดวงตา

 

“งานวิจัยของเรานั้นสามารถไฮไลต์ศักยภาพที่น่าทึ่งของออร์แกนอยด์สมองที่จะสร้างโครงสร้างรับความรู้สึกปฐมภูมิที่ตอบสนองต่อแสงและประกอบไปด้วยเซลล์ชนิดที่ใกล้เคียงกับที่พบในร่างกาย” เจย์ โกพาลากริชนัน (Jay Gopalakrishnan) ผู้เชี่ยวชาญด้านออร์แกนอยด์จากมหาวิทยาลัยดึสเซิลดอร์ฟ (University Hospital D?sseldorf) ในประเทศเยอรมนีกล่าว

แต่การเลี้ยงสมองให้งอกตานั้นก็อาจจะไม่ใช่เรื่องปกติ เพื่อการนี้ ทีมวิจัยของเจย์จึงได้พัฒนาวิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์แบบใหม่ โดยเลือกใช้สภาวะที่เหมาะสมในการกระตุ้นสเต็มเซลล์ที่มาจากเซลล์เนื้อเยื่อที่โตเต็มวัย (adult stem cell) แล้วที่เรียกว่า iPS (induced pluripotent stem cell) ให้เปลี่ยนกลายเป็นออร์แกนอยด์สมอง

ซึ่งออร์แกนอยด์ดังกล่าวนั้นจะสามารถพัฒนาสร้างออพติกคัพขึ้นมาได้ในราวๆ สามสิบวัน และจะเริ่มเจริญจนเห็นเป็นโครงสร้างได้เด่นชัดภายใน 50 วัน ซึ่งไล่เลี่ยกับระยะเวลาที่ตัวอ่อนมนุษย์ใช้ในการพัฒนาโครงสร้างจอประสาทตา ซึ่งอาจตีความได้ว่ากระบวนการเกิดออพติกคัพที่พบในหลอดทดลองนี้น่าจะใกล้เคียงกันกับกระบวนการการสร้างจอประสาทตาที่พบได้ในตัวอ่อนมนุษย์ในครรภ์มารดา

แม้ว่าการเพาะเลี้ยงอวัยวะในหลอดทดลอง จะฟังดูเหมือนหลุดออกมาจากหนังสยองขวัญ แต่ในมุมมองของเจย์ ออร์แกนอยด์สมองและจอตานี้มีคุณค่ามหาศาล เพราะมันจะเป็นตัวแทนที่ดีในการศึกษาพัฒนาการของตามนุษย์และกลไกการเชื่อมต่อกันระหว่างตากับสมอง

นอกจากนี้ ยังน่าจะสามารถนำมาใช้เป็นแบบจำลองเพื่อศึกษาชีววิทยาของโรคที่เกิดจากความบกพร่องของจอประสาทตาที่มีมาแต่กำเนิด หรือแม้แต่ใช้ในการสร้างเซลล์เรตินาสำหรับเพื่อการทดสอบยาเฉพาะตัวบุคคล และการปลูกถ่ายอวัยวะ

 

แต่นี่ไม่ใช่ one hit wonder แบบทดลองทีเดียวได้ออร์แกนอยด์มีสมองมีลูกตามาก้อนหนึ่งแล้วจบ จริงๆ แล้ว ทีมวิจัยของเจย์ได้ทำการทดลองสร้างออร์แกนอยด์สมองออกมากว่าสามร้อยก้อน และราวๆ 72 เปอร์เซ็นต์ของออร์แกนอยด์ของเขา หรือราวๆ สองร้อยสามสิบก้อนก็เริ่มผุดลูกตาขึ้นมาในหลอดทดลอง

ซึ่งหมายความว่าการทดลองนี้สามารถทำซ้ำได้เรื่อยๆ ไม่ยาก และถ้าใช้โปรโตคอลในการทำแบบเดียวกันกับที่เจย์และทีมใช้อยู่ ผลที่ได้ก็น่าจะเป็นที่น่าพึงพอใจ เรียกว่าน่าจะมีโอกาสเจอออร์แกนอยด์สไมลีเฟซที่มีหนึ่งสมองกับสองลูกตาได้เกือบตลอด

หนทางในการพัฒนาก็ยังคงไม่จบ

เพราะการเพาะเลี้ยงแม้จะให้ผลดีให้ออร์แกนอยด์ที่ต้องการได้จำนวนมาก แต่จะให้เลี้ยงแล้ว รอห้าสิบวันทุกรอบก็คงไม่สะดวกเท่าไรในการเตรียมตัวอย่างเพื่อการศึกษาและทดสอบยา

ภารกิจจึงยังไม่จบ เฟสต่อไปในแผนคือจะต้องเฟ้นหากรรมวิธีในการเก็บรักษาสมองจิ๋วและออพติกคัพเพื่อให้สามารถเก็บเอาไว้ใช้งานได้เป็นระยะเวลายาวนาน

ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายเลยที่จะทำ เพราะโดยปกติแล้ว เซลล์หรือออร์แกนอยด์ในขวดเพาะเลี้ยงก็จะเจริญเติบโตใช้อาหารเลี้ยงเซลล์ไปเรื่อยๆ จนหมด

และถ้าไม่ดูแลใส่ใจ เปลี่ยนอาหารให้ ไม่นานเซลล์หรือออร์แกนอยด์ก็จะใช้อาหารเพาะเลี้ยงจนหมด และก็จะขาดแคลนอาหารจนค่อยๆ ตายลงไป

แต่บทบาทของนักวิทยาศาสตร์คือการแก้ปัญหา และถ้ามองในมุมนั้น อุปสรรคก็จะมีไว้เพียงเพื่อสร้างโอกาสเท่านั้น

ด้วยสมองและสติปัญญา เจย์และทีมวิจัยของเขาเชื่อมั่นว่าพวกเขาจะสามารถหาวิธีเก็บออร์แกนอยด์ทั้งสอง ทั้งสมองและออพติกคัพให้สามารถดึงกลับมาใช้ได้แบบสะดวกให้ได้ในเร็ววัน

 

ก็คงต้องติดตามดูต่อไปแล้วล่ะครับ ว่าเขาจะทำได้ดังที่หวังหรือเปล่า เพราะถ้าทำได้จริง นี่คงจะเป็นอีกหนึ่งก้าวสำคัญที่จะทำให้เราได้เข้าใกล้กับความรู้ความเข้าใจในเชิงชีววิทยาที่อยู่เบื้องหลังการหล่อหลอมปลุกปั้นเซลล์จากเพียงแค่หนึ่งเซลล์จนพัฒนาขึ้นมาจนเป็นอวัยวะที่ประกอบร่างสร้างเป็นมนุษย์ขึ้นมา

แม้ว่างานวิจัยด้านสเต็มเซลล์ และออร์แกนอยด์จะดูเหมือนเป็นงานวิจัยแนวๆ พื้นฐานหรือที่หลายคนมักจะเรียกว่างานวิจัยขึ้นหิ้ง แต่อย่าลืมว่าองค์ความรู้ที่ได้จากงานวิจัยขึ้นหิ้งกลับมีคุณูปการณ์อย่างสูงในการก้าวไปข้างหน้าของวงการวิทยาศาสตร์ อีกทั้งยังอาจช่วยสร้างกำลังคนทักษะสูงทางวิทยาศาสตร์รุ่นต่อไปที่จะช่วยเป็นแรงผลักดันในการพัฒนานวัตกรรมในประเทศให้อยู่ในระดับที่สามารถแข่งขันกับนานาอารยประเทศได้อย่างยั่งยืน

ลองคิดดูง่ายๆ ว่าถ้าวงการเซรุ่มต้านพิษงูจะถูกดิสรัปต์ได้ จากการเพาะเลี้ยงออร์แกนอยด์ต่อมพิษ ก็คงจะจินตนาการได้ไม่ยากว่าจะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราสามารถเลี้ยงจอประสาทตาได้สำเร็จสมบูรณ์

อะไหล่จอตาสำหรับผู้ป่วยโรคจอประสาทตาเสื่อมอาจจะอยู่ไม่ไกลเกินฝัน!

ใต้ภาพ

ภาพออร์แกนอยด์สมอง ที่พัฒนาจอประสาทตาขึ้นมาด้วยในขวดเพาะเลี้ยง ภาพโดย Elke Gabriel