ร่างกายมนุษย์เป็นอาณาจักรของเซลล์กว่าสามสิบล้านล้านเซลล์ที่อยู่กันอย่างสมานสามัคคี

แต่ละเซลล์ถือกำเนิดขึ้น เปลี่ยนรูปร่างเปลี่ยนคุณสมบัติตามงานที่รับมอบหมายแล้วก็ตายจากไปในเวลาเหมาะสม เรามีกลไกมากมายไว้ขจัดเซลล์ที่ทิ้งงานแบ่งตัวซ่องสุมกำลังจนเดือดร้อนเซลล์อื่นๆ

ถ้ากลไกนี้บกพร่องพวกเซลล์กบฏชนะก็จะกลายเป็นเนื้องอกหรือมะเร็งที่คร่าชีวิตเราได้ในที่สุด

ช่วงหลายปีที่ผ่านมาวงการวิจัยเริ่มจะเข้าใจกลไกเบื้องหลังการเกิดมะเร็งทั้งทางพันธุกรรมและสิ่งแวดล้อม

องค์ความรู้พวกนี้ช่วยให้ความรวดเร็วแม่นยำในการวินิจฉัยและโอกาสรักษาได้มะเร็งสูงขึ้นมาก

กระนั้นความยุ่งยากอันดับต้นๆ ของการจัดการกับมะเร็งคือ “ความหลากหลาย” ของพวกมัน

ความแตกต่างของมะเร็งในแต่ละอวัยวะ ความแตกต่างของมะเร็งในอวัยวะชนิดเดียวกันของต่างบุคคล หรือแม้แต่ความแตกต่างของมะเร็งแต่ละเซลล์ในมะเร็งหนึ่งก้อน ความหลากหลายนี้ทำให้พวกมันสามารถปรับตัวอยู่รอดเก่ง

ส่วนพวกเราก็ไม่อาจหากลยุทธ์ไม้ตายแบบเดียวที่จะจัดการมันได้ทั้งหมด

ดังนั้น หนึ่งในโจทย์ใหญ่ของวงการวิจัยมะเร็งคือคำถามว่า “ความหลากหลาย” นี้เกิดขึ้นมาได้อย่างไร?

และมีกลไกร่วมอะไรไหมที่ทำเซลล์ดีๆ เซลล์หนึ่งผันตัวไปเป็นเซลล์มะเร็ง?

คำตอบของคำถามนี้จะช่วยให้เราเข้าใจวิวัฒนาการของมะเร็งและอาจจะนำไปสู่การพัฒนาเทคโนโลยีครอบจักรวาลในการป้องกัน วินิจฉัยและรักษามันได้

ทุกเซลล์ในร่างกายเราเป็นลูกหลานของเซลล์ต้นกำเนิด (stem cell) เซลล์เดียวที่ได้จากการปฏิสนธิ

เซลล์ต้นกำเนิดนี้แบ่งตัวเพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อยๆ จากนั้นเซลล์ละส่วนก็ค่อยๆ กลายสภาพ (differentiate) เป็นเซลล์ประเภทต่างๆ

เป็นเซลล์สมอง เซลล์หัวใจ เซลล์ผิวหนัง เซลล์เม็ดเลือด ฯลฯ

เซลล์พวกนี้ยังคงมีข้อมูลพันธุกรรมเหมือนเดิมแทบทั้งหมด ต่างกันตรงที่เซลล์แต่ละแบบเลือกที่จะเอาข้อมูลคนละส่วนกันมาใช้

ถ้าเปรียบเซลล์แต่ละเซลล์เป็นพ่อครัว พ่อครัวทุกคนได้ตำราอาหาร (ข้อมูลพันธุกรรม) เล่มเดียวกันหมด

แต่เลือกเมนูในตำรามาใช้งาน (การแสดงออกของข้อมูลพันธุกรรม) ต่างกัน บางคนหุงข้าว บางคนทำแกง บางคนผัดผัก บางคนทำของหวาน ฯลฯ

หกสิบกว่าปีที่แล้ว Conrad Waddington นักชีววิทยาชาวอังกฤษเสนอแนวคิดเรื่อง epigenetics หรือการเปลี่ยนแปลงลักษณะหน้าตาคุณสมบัติต่างๆ ของเซลล์โดยไม่ได้เปลี่ยนพันธุกรรม (genetics) ในลำดับเบสดีเอ็นเอ

ความเปลี่ยนแปลงนี้อาจจะเกิดจากการเปลี่ยนหมู่เคมีที่ติดอยู่กับสายดีเอ็นเอหรือตัวโปรตีนที่พันอยู่รอบดีเอ็นเอ

ถ้าเปรียบข้อมูลพันธุกรรมเป็นเนื้อหาสูตรวิธีการปรุงอาหารต่างๆ ที่พิมพ์ไว้เรียบร้อยในตำรา

epigenetics ก็เปรียบเหมือนรอยปากกาที่ไฮไลต์ ขีดฆ่า ใส่ดอกจัน ฯลฯ บอกว่าเซลล์แต่ละแบบต้องใช้สูตรปรุงบทไหน เน้นตรงหน้าไหน บรรทัดไหนข้ามได้ บรรทัดไหนต้องทำเพิ่ม ฯลฯ

epigenetics ที่ต่างกันทำให้เซลล์แต่ละชนิดแสดงออกข้อมูลพันธุกรรมต่างกันและออกมามีลักษณะหน้าตาการทำงานไม่เหมือนกัน

epigenetics สามารถถูกคัดลอกส่งถ่ายจากรุ่นสู่รุ่นได้เช่นเดียวกับข้อมูลพันธุกรรม แต่สามารถถูกปรับเปลี่ยนตามสิ่งแวดล้อมได้ง่ายกว่า

มันจึงเป็นสะพานเชื่อมต่อระหว่างอิทธิพลของ “พันธุกรรม” กับ “สิ่งแวดล้อม” ต่อลักษณะหน้าตาการทำงานต่างๆ ของเซลล์

epigenetics ตอบคำถามว่าทำไมเซลล์ต่างๆ ที่มีข้อมูลพันธุกรรมเหมือนกันถึงออกมาหน้าตาต่างกันได้

แต่คำถามที่ตามมาคือแล้วเซลล์ต้นกำเนิด “เลือก” ได้อย่างไรว่าจะกลายเป็นเซลล์แบบไหน?

แล้วมันค่อยๆ กลายสภาพไปตามลำดับขั้นตอนที่ถูกต้องจนไปลงเอยที่เซลล์ปลายทางไม่ว่าจะเป็นเซลล์สมอง หัวใจ ผิวหนัง เม็ดเลือด ฯลฯ ได้อย่างไร?

Waddington อธิบายว่าเซลล์แต่ละเซลล์อยู่ในสถานะแบบต่างๆ แต่ละสถานะมี “ศักย์ (potential)” ต่างกัน

เซลล์ในสถานะที่ศักย์สูงกว่าจะกลายสภาพสู่เซลล์ในสถานะที่ศักย์ต่ำกว่า

แนวคิดเกี่ยวกับ “ศักย์” และการกลายสถานะนี้หยิบยืมมาจากแนวคิดเรื่องศักย์พลังงานในวงการฟิสิกส์

ระบบอะไรก็ตามที่อยู่ในสถานะที่ศักย์สูงจะไม่เสถียรจึงมีแนวโน้มเปลี่ยนไปสู่สถานะที่ศักย์ต่ำและเสถียรกว่า เมื่ออยู่ในสถานะที่ศักย์ต่ำสุดระบบก็จะคงสภาพตรงนั้นไม่เปลี่ยนไปไหนนอกจากจะมีแรงอะไรมารบกวน

เช่น เหรียญที่เราโยนลงพื้นจะเด้งไปมาซักพัก ลงกระทบพื้นในมุมต่างๆ ก่อนจะไปจบที่ด้านหัวหรือก้อย

สถานะตอนยังเด้งหรือเอาด้านข้างลงอยู่คือสถานะศักย์สูงและไม่เสถียร

สถานะจบที่ศักย์ต่ำสุดเสถียรสุดมีแค่สองสถานะคือหัวกับก้อย

เวลาเราทอยลูกเต๋าก็เช่นกัน สถานะตอนที่มันเด้งๆ เอามุมเอาเหลี่ยมลงพื้นเป็นสถานะศักย์สูงที่ไม่เสถียร ส่วนสถานะจบที่ศักย์ต่ำสุดเสถียรสุดมีแค่หกสถานะ (ออกเลข 1-6)

แนวคิดเรื่องศักย์และการกลายสถานะนี้ใช้อธิบายปรากฏการณ์ได้ครอบจักรวาลตั้งแต่ตำแหน่งการโคจรของดวงดาว การไหลของน้ำ การถล่มของอาคาร ลงไปถึงระดับจุลภาคอย่างการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโมเลกุล

นักฟิสิกส์ใช้ภูมิทัศน์พลังงาน (energy landscape) เป็นตัวแทนของสถานะทั้งหมดที่ระบบหนึ่งๆ จะเป็นได้ แต่ละสถานะมีศักย์สูงต่ำต่างกัน สถานะศักย์สูงแทนด้วยยอดเขา

ศักย์ต่ำแทนด้วยหุบเหว การเปลี่ยนสถานะก็เหมือนการกลิ้งของลูกบอลบนภูมิทัศน์นี้

ภูมิทัศน์กำหนดทิศทางการกลิ้งของลูกบอล จากที่สูงสู่ที่ต่ำลัดเลาะผ่านตรอกซอยต่างๆ ลงไปจบที่ก้นเหว

ภูมิทัศน์อาจจะมีหุบเหวหลายตำแหน่ง (มีสถานะศักย์ต่ำที่เสถียรหลายอัน) อย่างในกรณีของเหรียญและลูกเต๋าที่กล่าวไปข้างต้น

 

Waddington เอาแนวคิดเรื่องภูมิทัศน์แบบนี้มาอธิบายเส้นทางการกลายสภาพของเซลล์ จากเซลล์ต้นกำเนิดที่มีศักย์สูงไปสู่เซลล์ปลายทางที่มีศักย์ต่ำ

เซลล์ต้นกำเนิด (อยู่บนยอดศักย์ภูมิทัศน์) อาจจะกลายเป็นเซลล์ปลายทางสุดท้ายได้หลายแบบ (ภูมิทัศน์มีหุบเหวหลายตำแหน่ง)

การกลายสภาพเป็นไปแบบไม่หวนกับ (เหมือนลูกบอลกลิ้งจากที่สูงสู่ที่ต่ำในทางเดียว) ยิ่งผ่านไปนานศักย์ยิ่งต่ำความเสถียรยิ่งเพิ่ม และประเภทของเซลล์ปลายทางที่ไปถึงได้ก็จะแคบลงเรื่องๆ (ลูกบอลไหลต่ำลงจนใกล้หุบเหวล่างสุดแล้ว)

ช่วงหลายสิบปีหลังแนวคิดนี้ของ Waddington ถูกนำเสนอ เราก็เริ่มพบข้อจำกัดของมันหลายอย่าง

เรารู้ว่าเซลล์ปกติในร่างกายเราหลายชนิดสามารถเปลี่ยนสถานะกลับไปกลับมาได้ หรือแม้แต่เปลี่ยนย้อนกลับสู่เซลล์ต้นกำเนิดถ้าได้รับสารกระตุ้นที่เหมาะสม

เรารู้ว่าเซลล์ธรรมดาสามารถแหกกฎ เปลี่ยนเป็นเซลล์มะเร็งและกลายสภาพต่อไปอีกเรื่อยๆ ไม่รู้จบได้

และที่สำคัญแนวคิดของ Waddington ไม่ได้บอกเราว่าเราจะวัดหรือทำนายค่า “ศักย์” ของเซลล์ออกมาเป็นตัวเลขเป็นข้อมูลเชิงปริมาณที่เอาไปใช้ประโยชน์อย่างการพัฒนาเทคนิคตรวจ/กำจัดมะเร็ง หรือแนะสูตรการเพาะเลี้ยง/แปลงสภาพเซลล์ต้นกำเนิดอย่างไร

บางทีภูมิทัศน์ของ Wanddington อาจจะไม่ได้อยู่นิ่งๆ แต่ขยับไปมาได้เหมือนเกิดแผ่นดินไหว และบางทีลูกบอลที่ Wanddington จินตนาการไว้อาจจะไม่ได้ไหลลงมาตรงๆ แต่แกว่งไปมาแบบสุ่มด้วยแรงบางอย่าง

ปริศนาของการพัฒนาเซลล์และกำเนิดมะเร็งจะเป็นยังไงต่อ ติดตามตอนหน้าครับ

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022