ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

ฟื้นชีพจอประสาทตาเสื่อม

ด้วยโปรตีนจากตาสาหร่าย

 

ดวงตาเป็นหน้าต่างของหัวใจ แต่คุณรู้มั้ยว่าสาหร่ายก็มีตา!

สาหร่ายที่พูดถึง ไม่ใช่สาหร่ายอบกรอบที่เอามากินกัน แต่เป็นสาหร่ายเซลล์เดียวขนาดจิ๋วที่ส่ายน้ำได้

แต่แม้จะมีตาเห็นได้ชัดเจน เวลาส่องกล้องจะเห็นเป็นจุดตาเล็กๆ สีส้มๆ แดงๆ เรียกว่า eyespot ตาของสาหร่ายพวกนี้ยังไม่พัฒนา และไม่สามารถจะรับภาพอะไรได้จริงจัง แต่จุดตาเล็กๆ นี้ ทำให้สาหร่ายสามารถว่ายน้ำตอบสนองต่อสภาพแสงในสิ่งแวดล้อมได้

สาหร่ายจิ๋วสามารถจะว่ายไปที่ไหนๆ ได้แบบตามใจเลยทีเดียว ว่ายไปนอนอาบแดด สังเคราะห์แสงได้อย่างชิลๆ บนก้อนหิน ขอบกระถาง หรืออะไรก็ตามที่แสงส่องถึง หรือถ้าแสงแรงไปจนแผดเผา ก็ว่ายหลบไปหาร่มเงาเย็นสบายได้

เรื่องของเรื่องคือ นักวิทยาศาสตร์ ปีเตอร์ เฮจแมนน์ (Peter Hegemann) จากมหาวิทยาลัยฮุมโบลด์ต (Humboldt University in Berlin) และจอร์จ นาเกล (Georg Nagel) จากมหาวิทยาลัยวูซเบิร์ก (University of W?rzburg) ได้ศึกษากลไกการว่ายน้ำตามแสง หรือหนีแสงของสาหร่ายเซลล์เดียว และพบว่าโปรตีนกลุ่มหนึ่งที่เรียกว่า แชนแนลโรดอปซิน (Channelrhodopsin) คือกุญแจสำคัญที่ทำให้สาหร่ายรับรู้แสงได้

โปรตีนกลุ่มนี้จะฝังตัวอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ และทำหน้าที่ในการส่งผ่านประจุแคลเซียมข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ของสาหร่าย การไหลของประจุจะทำให้เกิดความต่างศักย์ที่เยื่อหุ้มเซลล์ ส่งผลในการควบคุมแบบแผนการว่ายน้ำของเซลล์สาหร่าย

และที่สำคัญ การเปิดปิดของแชนแนลโรดอปซินนั้นจะควบคุมด้วยแสง!

แสงมา แชนแนลเปิด แสงดับ แชนแนลปิด

เป็นงานวิจัยขึ้นหิ้งชิ้นงามที่เผยแพร่ออกไปในวารสาร Science เมื่อปี 2002

 

ผลงานชิ้นนี้กลายเป็นแรงบันดาลใจทำให้คาร์ล ดิสเซรอธ (Karl Deisseroth) จิตแพทย์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด (Stanford University) ผู้สนใจกลไกการทำงานของสมอง เกิดแนวคิดบ้าระห่ำที่จะเอาแชนแนลโรดอปซินจากสาหร่าย มาใช้ในการควบคุมการทำงานของเซลล์สมอง

หากมองอีกมุม การเกิดความต่างศักย์บนผิวเซลล์แบบเดียวกันนี้คือ กลไกที่เซลล์ประสาทใช้ในการส่งกระแสประสาท ทำให้เรารับรู้ได้ว่า เกิดอะไรขึ้นบ้างในโลกภายนอก และสามารถตอบสนองได้อย่างเหมาะสม

และถ้าสามารถคุมโปรตีนที่คุมการไหลของประจุไอออนได้ ก็จะคุมศักย์ไฟฟ้าบนเยื่อหุ้มเซลล์ได้ และก็จะควบคุมการส่งกระแสประสาทได้ด้วย

คาร์ลและทีมวิจัยของเขาจึงได้ไอเดียที่จะโคลนเอายีนแชนแนลโรดอปซินจากสาหร่าย ไปใส่ไว้ในเซลล์สมองของหนู และเมื่อเซลล์สมองสร้างแชนแนลโรดอปซิน เซลล์สมองก็จะตอบสนองต่อแสงได้ด้วย

และพอฉายแสงเข้าไปกระทบกับเซลล์สมองเหล่านั้น แชนแนลในเยื่อหุ้มเซลล์ก็จะเปิด เกิดการไหลประจุแคลเซียมผ่านแชนแนลที่จะทำให้เกิดความต่างศักย์ เกิดเป็นกระแสประสาท และพอแสงดับ แชนแนลก็จะปิด

นั่นหมายความว่าถ้าให้แสง กระแสประสาทอาจจะไปกระตุ้นให้หนูแสดงออกพฤติกรรมบางอย่างออกมา

ผลการทดลองในหนูดูอลังการมาก ชัดเจนว่าออพโตเจเนติกนั้นสามารถนำมาคุมพฤติกรรมได้จริง ทั้งความอยากอาหาร และพฤติกรรมก้าวร้าว

นักวิทยาศาสตร์พยายามมาเนิ่นนานที่จะทำความเข้าใจว่า เซลล์อะไรทำงานยังไงในสมองและสมองส่วนไหนคุมพฤติกรรมแบบใด

ไม่แน่ว่า นี่อาจจะเป็นอีกหนึ่งหนทางที่จะทำให้เราเข้าใจสมองอย่างถ่องแท้

 

พวกเขาเรียกเทคโนโลยีนี้ว่า ออพโตเจเนติกส์ (optogenetics) ซึ่งมาจากคำว่า optic ที่แปลว่าแสง และ genetic ที่แปลว่าพันธุกรรม ถ้าให้นิยามก็น่าจะบอกได้ว่าเป็นเทคโนโลยีปรับแต่งพันธุกรรมในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตให้สามารถควบคุมการทำงานของเซลล์นั้นได้ด้วยแสงนั่นเอง

น่าอัศจรรย์ที่สุด ถ้าโปรตีนจากสาหร่ายจะถูกนำมาใช้ควบคุมความรู้สึกนึกคิดและพฤติกรรมของสัตว์ทดลองได้ดีเลิศขนาดนี้

และที่น่าตื่นเต้นยิ่งกว่า ก็คือ งานวิจัยล่าสุดโดยบริษัทสตาร์ตอัพ เจนไซต์ ไบโอโลจิกซ์ (GenSight Biologics) ประเทศฝรั่งเศส ที่เพิ่งตีพิมพ์ออกมาในวารสาร Nature Medicine แสดงให้เห็นว่า เทคโนโลยีออพโตเจเนติกส์นั้นสามารถนำมาใช้รักษาโรคในมนุษย์ได้

โรคจอประสาทตาเสื่อมอาร์พี หรือที่ภาษาอังกฤษเรียกกันว่า เรติไนติส พิกเมนโทซา (Retinitis Pigmentosa) ที่ทำให้เซลล์รับแสง (photoreceptor cells) ที่ทำหน้าที่เปรียบเสมือนตัวรับแสงแต่ละพิกเซลบนจอซีซีดีของกล้องดิจิตอลในจอตา (retina) ของเขาค่อยๆ ดับลงไป จินตนาการเหมือนกล้องที่พิกเซลค่อยๆ ดับลงไปเรื่อยๆ จนไม่สามารถประมวลภาพอะไรได้ ท้ายที่สุดก็ดับบอดสนิท

ชายชราจากเมืองบริตานี ประเทศฝรั่งเศส ทนทรมานจากอาการของโรคนี้มากว่า 40 ปี ตัดสินใจอาสาสมัครเข้าร่วมทดลองเทคโนโลยีใหม่ ออพโตเจเนติกส์ รักษาจอประสาทตา ด้วยความหวังที่ว่าเขาจะสามารถกลับมามองเห็นได้อีกครั้ง

ความท้าทายจึงอยู่ที่ว่า จะทำยังไงให้แสงที่เข้าไปในตากระตุ้นให้เซลล์ประสาทในจอประสาทตาส่งสัญญาณไปบอกสมองอีกครั้ง ในเมื่อเซลล์รับแสงที่ทำหน้าที่เหมือนเป็นเซ็นเซอร์ตายไปหมดแล้ว

พวกเขาตัดสินใจมองข้ามแนวคิดในการฟื้นชีพเซลล์รับแสงไปเลย เพราะมันไม่มีเหลือให้ฟื้นอยู่แล้ว แต่ไปให้ความสำคัญกับการใช้ออพโตเจเนติกส์ในการปรับแต่งเซลล์ประสาทตาใต้ชั้นเซลล์รับแสงที่เรียกว่า retinal ganglion cell ที่โดยปกติแล้วรับสัญญานประสาทมาจากเซลล์รับแสงอีกที ให้มีความสามารถในการรับแสงได้เอง และส่งต่อสัญญาณไปยังสมองได้ด้วย

ไอเดียหลักๆ ก็คือ เอายีนโรดอปซินแบบเดียวกับที่เจอในสาหร่าย ใส่เข้าไปในเซลล์ประสาทตาทำให้รับแสงได้เองนั่นแหละ

ปรากฏว่า ชายชราสามารถเริ่มกลับมารับรู้ภาพต่างๆ รอบตัวได้อีกครั้ง

เขาสามารถระบุตำแหน่งสิ่งของต่างๆ อย่างโทรศัพท์ เฟอร์นิเจอร์ หรือแม้แต่ประตูในตึกได้ถูกต้อง แถมยังสามารถชี้ตำแหน่งของและยังนับจำนวนวัตถุที่อยู่ตรงหน้าได้อย่างถูกต้องอีกด้วย

 

ในเวลานี้ อาสาสมัครชรายังต้องอาศัยแว่นที่ช่วยปรับแสงให้เหมาะสมกับการรับภาพของโปรตีนรับแสงที่ใส่เข้าไป แน่นอนว่าสมองของเขาต้องค่อยๆ ปรับให้เข้าใจสัญญาณกระแสประสาทที่มาจากโปรตีนรับแสงชนิดใหม่ที่ถูกปรับแต่งเข้าไปในเซลล์ประสาทตาของเขา เขาค่อยๆ เริ่มทำความเข้าใจกับสิ่งที่เห็นรอบตัว และมันจะค่อยๆ ดีขึ้นเรื่อยๆ

ต้องบอกก่อนว่า แม้จะมีผลที่น่าสนใจ แต่ผลการมองเห็นด้วยเทคนิคนี้ ยังห่างไกลนักกับสายตาคนจริงๆ อาสาสมัครสามารถที่จะเริ่มเห็นภาพวัตถุต่างๆ และพอบอกคร่าวๆ ได้ว่าเห็นอะไร แต่ในเรื่องของรายละเอียดนั้น น่าจะยังคงต้องพัฒนาอีกนาน

นี่เป็นครั้งแรกที่ออพโตเจเนติกส์ก้าวหน้าถึงขั้นที่นำเอามาใช้ในคน แถมยังได้ผลน่าสนใจอีกด้วย ต้องบอกว่าไม่เลวเลยสำหรับก้าวแรกของเทคโนโลยีนี้ในธุรกิจการแพทย์

นักวิจัยของเจนไซต์ ไบโอโลจิกส์เปิดเผยว่า ยังคงมีอาสาสมัครอีกหลายรายรอคิวทดสอบเทคโนโลยีนี้อยู่แต่น่าจะต้องรออีกสักพัก เพราะตอนนี้โดนโรคเลื่อนไปแบบไม่มีกำหนดจากสถานการณ์โควิด-19

ต้องบอกว่า เจนไซต์ไม่ใช่ที่เดียวที่เริ่มสนใจเทคโนโลยีนี้ แต่ยังมีอีกหลายที่ที่มีความก้าวหน้าในระดับที่ใกล้เคียงกัน ซึ่งต้องบอกเลยว่า น่าลุ้นและน่ายินดี

ในอนาคตอันใกล้นี้ เราอาจจะได้เห็นความก้าวหน้าที่น่าสนใจจากเทคโนโลยีออพโตเจเนติกส์

เห็นได้ชัดว่า ในประเทศที่พัฒนาแล้ว การสร้างองค์ความรู้ที่เป็นพื้นฐานของการสร้างเทคโนโลยีมีความสำคัญไม่ยิ่งหย่อนไปกว่าการพัฒนาเทคโนโลยีเลยแม้แต่น้อย เพราะข้อมูลขึ้นหิ้งเหล่านี้ ถ้าสามารถจะนำใช้ได้มากขึ้น อาจจะเป็นคุณูปการณ์อย่างมหาศาลกับมวลมนุษยชาติ