ทะลุกรอบ / ป๋วย อุ่นใจ

 

ใบหูจากแอปเปิล

สันหลังเทียมจากหน่อไม้ฝรั่ง

และขนมปังใส่เซลล์

 

แดเนียล โมดูเลฟสกี้ (Daniel Modulevsky) กำลังจ้องมื้อเที่ยงที่เพื่อนของเขาเหลือทิ้งไว้บนโต๊ะตาเขม็ง เศษแอปเปิลชิ้นใหญ่ที่เหลืออยู่นั้นจุดประกายจินตนาการของแดเนียลไปไกล

ในตอนนั้นแดเนียลยังเป็นนักศึกษาปริญญาตรี ชีววิทยาอยู่ที่มหาวิทยาลัยออตตาวา (University of Ottawa) และตามหลักสูตร เขาจะต้องฝึกทำวิจัยในแล็บจริงๆ ก่อนที่จะจบการศึกษา ห้องปฏิบัติการที่เขาสนใจอยากจะเข้าไปร่วมนั้นคือห้องปฏิบัติการนาโนฟิสิกส์ของนักชีววิทยา ดร.แอนดรูว์ เพลลิ่ง (Andrew Pelling)

แดเนียลสนใจในวงการวิศวกรรมเนื้อเยื่อ เขาฝันว่าวันหนึ่งเขาจะปลูกอวัยวะอะไหล่ขึ้นมาได้ในหลอดทดลอง และเนื้อในฟูๆ ของแอปเปิลน่าจะเป็นโครงร่างที่น่าสนใจที่สามารถเอามาปรับแต่งเป็นรูปทรงต่างๆ เพื่อเลี้ยงเซลล์ของสัตว์ได้

แดเนียลเริ่มศึกษาแอปเปิลอย่างจริงจัง และพบว่าแอปเปิลแดงแมคอินทอช (McIntosh Red apple) น่าจะมีเนื้อฟูตรงใจ เหมาะจะเอามาปลูกเลี้ยงเซลล์ให้เป็นเนื้อเยื่อ

เขาเริ่มปอกเปลือกแอปเปิลออกอย่างบรรจง แล้วฝานเป็นชิ้นเล็กๆ เลือกเอาเฉพาะชิ้นที่มีแต่เนื้อแอปเปิลชั้นนอก ที่เรียกว่า ไฮแพนเทียม (hypanthium) ออกมา ชิ้นแอปเปิลทุกชิ้นถูกวัดด้วยเวอร์เนียจนขนาดเท่ากันหมด

แดเนียลล้างเซลล์แอปเปิลทั้งหมดออกจากชิ้นพืชด้วยดีเทอร์เจนต์ จนเหลือแต่โครงร่างพรุนๆ ของผนังเซลล์เท่านั้น

หลังจากที่เตรียมแอปเปิลเสร็จ แดเนียลก็วางยาสลบหนูทดลอง ก่อนที่จะฝังชิ้นโครงร่างไร้เซลล์ของแอปเปิลเข้าไปใต้ผิวเพื่อดูว่าหนูจะตอบสนองอย่างไรกับชิ้นแอปเปิลที่ฝังอยู่ใต้ผิวนี้

ถ้าโครงร่างเข้ากันได้กับร่างกายหนู ไม่มีการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันรุนแรง โปรเจ็กต์นี้มีโอกาสได้ไปต่อ แต่ถ้าหนูเกิดอาการแพ้หนัก และต่อต้านชิ้นแอปเปิลที่ใส่เข้าไป โปรเจ็กต์นี้ก็ถึงทางตัน

ผลการทดลองเป็นที่น่าประทับใจ แม้ในช่วงแรกหนูจะสร้างภูมิคุ้มกันขึ้นมาต่อต้านชิ้นแอปเปิลที่ฝังเข้าไปอยู่บ้างในช่วงสั้นๆ ซึ่งก็เป็นที่คาดเดาได้เมื่อร่างกายได้รับการปลูกถ่ายอะไรใหม่ๆ เข้าไป และภูมิที่สร้างขึ้นมานั้นกลับค่อยๆ ลดลงๆ และหายไปเอง ซึ่งถือเป็นสัญญาณที่ดี

หลังจากสองเดือนผ่านไป แดเนียลพบว่าเซลล์ผิวหนังหรือที่เรียกว่า ไฟโบรบลาสต์ (fibroblast) ของหนูเริ่มที่จะย้ายนิวาสสถานเข้าไปสิงสถิตอยู่ภายในโครงร่างแอปเปิล พร้อมทั้งยังหลั่งคอลลาเจนและสารเคลือบเซลล์จำนวนมากออกมาเคลือบโครงร่างพืช ให้มีลักษณะภายในคล้ายกับโครงสร้างที่พบในเนื้อเยื่อสัตว์

แต่ที่น่าสนใจที่สุดก็คือ มีเส้นเลือดใหม่ถูกกระตุ้นให้งอกเข้าไปหล่อเลี้ยงภายในโครงร่างแอปเปิลอย่างมากมาย

ไอเดียสุดประหลาดจากของเหลือมื้อเที่ยงดูจะประสบผลเป็นที่น่าพึงพอใจ แดเนียลและแอนดรูว์เผยแพร่งานวิจัยนี้ในวารสาร PLoS ONE ในปี 2016 แม้จะมีผู้ต่อต้านอยู่บ้างในช่วงแรกๆ แต่ผลงานชิ้นนี้ของพวกเขาก็ถือว่าได้รับเสียงตอบรับค่อนข้างดีในวงการวิศวกรรมเนื้อเยื่อ และได้รับการอ้างถึงแล้วเกือบร้อยครั้ง

งานของเขาถูกนำไปต่อยอดในหลายด้าน ตั้งแต่พัฒนาการเลี้ยงเนื้อเยื่อกระดูกไปจนถึงใช้เพาะเลี้ยงหนอนตัวกลมเพื่อการศึกษา

“มันเจ๋งมากเลยที่ได้เห็นว่า โปรเจ็กต์เล็กๆ ได้เปิดตัวไปได้ไกลทั่วโลก” แดเนียลกล่าว

เขาเริ่มที่จะปรับปรุงกระบวนการทำงาน และเริ่มหาทางแต่งทรงโครงร่างแอปเปิลให้มีรูปร่างเหมือนอวัยวะ ล่าสุด แดเนียลพยายามแต่งทรงโครงร่างแอปเปิลของเขาเป็นรูปทรงใบหู

ด้วยความคาดหวังที่ว่าจะสร้างใบหูเทียมอะไหล่ขึ้นมาได้จากเทคนิคนี้

ในปี 2020 แดเนียลได้เผยแพร่ผลงานต่อยอดงานวิจัยแอปเปิลออกมาในฐานข้อมูล bioRxiv แต่คราวนี้ไม่ใช่แค่ฝังใต้ผิว แต่ใช้ในการรักษาจริงๆ และไม่ได้ใช้แอปเปิล

“พวกเราตั้งสมมุติฐานไว้ว่าโครงสร้างไร้เซลล์ของระบบท่อลำเลียงพืช น่าจะสามารถนำมาใช้สนับสนุนการฟื้นตัวของระบบประสาทและการขยับตัวได้”

แดเนียลเริ่มมองหาพืชผักใหม่ๆ ในซูเปอร์มาร์เก็ตมาลองใช้ เขาพบว่าหน่อไม้ฝรั่งมีโครงสร้างที่เหมาะสมมากๆ กับการเป็นที่อยู่ของเซลล์ประสาท

และผลที่ได้ก็ยังน่าตื่นเต้น การปลูกถ่ายโครงร่างไร้เซลล์ของหน่อไม้ฝรั่งลงไปในหนูบาดเจ็บไขสันหลัง ช่วยให้หนูสามารถสร้างเซลล์ประสาทเข้าไปได้มากขึ้นและฟื้นตัวได้เร็วขึ้นกว่าหนูในกลุ่มควบคุมที่ไม่ได้รับการปลูกถ่ายอย่างเห็นได้ชัด

เขาเริ่มมองภาพต่อไป อนาคตดูจะสดใสในวงการวิศวกรรมเนื้อเยื่อ สำหรับโครงร่างไร้เซลล์จากพืช

แดเนียลโชคดีที่เขาได้พบกับแอนดรูว์ เพราะไอเดียแนวเกือบๆ บ้า ถ้าหัวหน้าแล็บไม่เอาด้วย งานวิจัยแนวแหกคอกแบบนี้คงไม่มีโอกาสได้เกิดขึ้น

แอนดรูว์คือนักวิทยาศาสตร์ที่ชอบสนุกกับไอเดียทะลุกรอบ เขาคือคนที่มองเห็นความเป็นไปได้จากการเอาสิ่งรอบๆ ตัวมาเลี้ยงเซลล์

แอนดรูว์เล่าว่าตอนที่เขายังเรียนปริญญาเอกอยู่นั้น เขาได้มีโอกาสขึ้นบรรยายบนเวทีในงานประชุมวิชาการนานาชาติ ก่อนที่การบรรยายจะจบลง (อย่างเกือบสวยงาม) ก็มีนักวิทยาศาสตร์อาวุโสคนหนึ่งลุกขึ้นแล้วถามคำถามสั้นๆ “คุณรู้ได้ยังไงว่าการทดลองของคุณที่ทำกับเซลล์ในจานเพาะเชื้อ จะบ่งบอกอะไรได้ถึงสิ่งที่เกิดขึ้นจริงๆ ในร่างกายมนุษย์”

คำถามนี้น่าสนใจ ถ้านักวิจัยเอาแต่เพาะเลี้ยงเซลล์ในจานเพาะเชื้อ ไม่ได้มีสภาวะแวดล้อมอะไรที่เหมือนกับเนื้อเยื่อจริงๆ เลยแม้แต่น้อย แล้วจะไปบอกกระบวนการที่เกิดขึ้นจริงๆ ในเซลล์ที่อยู่ในเนื้อเยื่อสามมิติที่มีโครงสร้างซับซ้อนในร่างกายมนุษย์ได้ยังไง

“พวกเรามักจะยึดโยงอยู่กับขนบวิธีโบราณและแนวปฏิบัติที่ทำกันมานานแล้ว แต่สิ่งที่เราอาจจะไม่ได้คิดว่า ทำไมเราถึงทำเช่นนั้น บางทีอาจจะแค่เพราะเป็นสิ่งที่ทำสืบต่อกันมาเนิ่นนานก็แค่นั้น” แอนดรูว์รำพึง

“ผมจำไม่ได้หรอกว่าผมตอบไปว่ายังไง แต่ผมจำเหงื่อเม็ดเป้งที่ค่อยๆ หยาดไหลลงมา ตอนที่โดนคำถามนั้นได้”

คำถามนั้นทำให้แอนดรูว์เริ่มมองโลกแห่งงานวิจัยเปลี่ยนไป แนวคิดหัวขบถเริ่มผุดเข้ามาในสมองของเขา เขาเริ่มมองต่างมุมและคิดว่าแนวคิดเดิมๆ ที่ทำกันอยู่จนเป็นกิจวัตรนั้นคงจะไม่สามารถนำพาวงการวิจัยไปสู่การสร้างนวัตกรรมใหม่ๆ ที่พลิกโลกได้

“สิบเอ็ดปีก่อน ผมและทีมของผมได้พัฒนาวิธีการเลี้ยงเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบนตัวต่อเลโก้ จุดมุ่งหมายตอนนั้นคืออยากจะกระทุ้งจารีตทางวิทยาศาสตร์คร่ำครึแบบแรงๆ สักที ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์มากมายยังซีเรียสเรื่องต้องเลี้ยงเซลล์บนจานเพาะเลี้ยงพลาสติกที่ได้รับการยอมรับทางวิทยาศาสตร์ เราได้แสดงให้เห็นว่าเราสามารถเลี้ยงเซลล์ได้บนพลาสติกรูปร่างไร้สาระยังไงก็ได้ อย่างเช่นบนของเล่นเด็ก”

“ผมเชื่อว่าเซลล์มันโตได้บนแทบทุกสิ่งอย่างนั่นแหละ” แอนดรูว์กล่าว

เขาและทีมวิจัยยังคงสนุกกับไอเดียพิเรนทร์

 

เจสซิกา ฮอล์มส์ (Jessica Holmes) นักศึกษาคนใหม่ของแอนดรูว์กำลังเปิดตำรับทำเส้นพาสต้า ราเมง และบะหมี่ และทดลองดูว่าจะมีสูตรแป้งหมักแบบไหนที่พอจะเอามาใช้เพาะเลี้ยงเซลล์ได้บ้าง

แต่พอช่วงปิดล็อกดาวน์โควิด-19 งานวิจัยเส้นของเจสซิกาก็เลยจำต้องชะงัก เธอหันเหมาสนใจการอบขนมปัง และพบว่าสูตรขนมปังอบแบบใส่เบกกิ้งโซดาธรรมดาๆ นี่แหละที่อาจจะเอามาใช้สร้างโครงร่างที่เธอสนใจได้

เจสซิกาและทีมเริ่มทดลองเอาเศษขนมปังไปฆ่าเชื้อ แล้วแช่ในอาหารเพาะเลี้ยงเซลล์ ก่อนที่เขาจะนำเซลล์หนูมาใส่เข้าไป ผลออกมาเป็นที่น่าประทับใจ สูตรอบขนมปังแบบเบสิค ไม่ได้มีอะไรซับซ้อนสามารถใช้เพาะเลี้ยงเซลล์ตั้งต้นของเซลล์หนูที่จะเปลี่ยนไปเป็นเซลล์กล้ามเนื้อ และเนื้อเยื่อเกี่ยวพันต่างๆ ในร่างกายหนูได้อย่างยาวนานถึงหนึ่งเดือนเต็ม

“โปรเจ็กต์ดูจะเหมาะสมกับช่วงเวลา” แอนดรูว์กล่าว และยังเผยต่ออีกว่า นี่น่าจะเป็นงานวิจัยแรกที่พิสูจน์ให้เห็นว่าการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อและกระดูกบนเศษขนมปังสามารถทำได้จริง แอนดรูว์และทีมเผยแพร่งานวิจัยนี้ออกมาในวารสาร Biomaterial ในเดือนพฤศจิกายน 2564

ถึงแม้ว่าไอเดียจะน่าสนใจ แต่กว่าที่เทคโนโลยีการพัฒนาอวัยวะอะไหล่จากแบบขนมปังจะเกิดขึ้นมาได้จริงนั้น คงต้องใช้เวลาอีกนาน และคงต้องใช้งบประมาณอีกเยอะ

แต่งานนี้ไม่ได้เอาไปประยุกต์ใช้ได้แค่ในทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อเพียงอย่างเดียว แต่ยังเอาไปใช้ในอุตสาหกรรมเนื้อสัตว์ทดแทนได้อีกด้วย ทั้ง cell-based meat และ plant based meat ที่ตอนนี้กำลังบูมสุดๆ แม้ราคาจะยังแพงหูฉี่

หลายคนบอกว่าการทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์ก็คล้ายการทำครัว คงต้องรอดูกันต่อไปแล้วละครับ ไม่แน่ว่าอนาคต เราอาจจะได้เห็นก้อนสเต๊กจากเซลล์เพาะเลี้ยงที่มีโครงมาจากขนมปังอบก็ได้นะ