ทะลุกรอบ

ป๋วย อุ่นใจ

 

แมลงเซ็นเซอร์

มิติใหม่แห่งการตรวจมะเร็ง

 

บาร์ต นอลส์ (Bart Knols) คือหนึ่งในนักวิทยาศาสตร์ที่บ้าที่สุดคนหนึ่งที่ผมเคยเจอ

เขาทำงานวิจัยทางกีฏวิทยาทางการแพทย์และมีความชื่นชอบจนถึงขั้นคลั่งไคล้ในการศึกษายุงก้นปล่อง

ที่น่าประทับใจที่สุดคือบาร์ตได้เฟ้นหาวิธีสารพัดรูปแบบ เพื่อเอาศึกษาชีววิทยาการรับกลิ่นของยุงแต่ละวิธีก็เพี้ยนได้ใจตลอด

บาร์ตเชื่อว่าแต่ละอวัยวะในร่างกายของคนจะมีกลิ่นที่เฉพาะ และยุงแต่ละชนิดจะชื่นชอบกลิ่นของอวัยวะที่แตกต่างกัน เขาก็เลยเอาคนไปใส่ในมุ้ง แล้วปล่อยยุงเข้าไปกัดแล้วดูว่ายุงตัวเมียวัยเจริญพันธุ์ที่ปล่อยเข้าไปนั้นจะนิยมชมชอบอวัยวะไหนมากที่สุด

บทสรุปก็คือยุงก้นปล่องสายพันธุ์เนเธอร์แลนด์ (Dutch malaria mosquito) จะชอบจุมพิตลงบนหน้า แต่ยุงก้นปล่องแอฟริกาจะพิศวาสกลิ่นบาทามนุษย์!

พอรู้ว่ากลิ่นหอมตุ๊ยตุ่ยอันเย้ายวนแห่งบาทาจะติดตราตรึงจมูก (หรือหนวด) ของเหล่ายุงสาว บาร์ตจึงเริ่มค้นหาว่าจะมีอะไรที่กลิ่นตุ่ยพอจะยั่วยุงให้สนใจได้เทียบเท่ากับกลิ่นเท้ามนุษย์

“และผมก็ไปสะดุดเข้ากับประโยคเด็ดอยู่ประโยคหนึ่ง ที่ว่า ชีสนั้นกลิ่นเหมือนเท้า” บาร์ตเล่าอย่างออกรส “และนั่นกระตุ้นให้เราทดลองอะไรที่เด็ดมากๆ เราลองใช้ชีสลิมเบิร์ก (Limburger cheese) ชิ้นเล็กๆ ที่มีกลิ่นฉุนโฉ่โชยฉุยมิต่างบาทา มาลองยั่วเย้ายุงก้นปล่องแอฟริกา แล้วคุณรู้อะไรมั้ย มันเวิร์ก!!!”

 

บาร์ตเริ่มรู้สึกว่าประสาทรับกลิ่นของสัตว์ช่างน่าอัศจรรย์ เขาเริ่มทำการทดลองใหม่เพื่อหาสารดึงดูดยุงเพื่อการดักยุงไปกำจัด และยังเริ่มโครงการฝึกหน่วยน้องหมามาล่ายุง

โครงการของบาร์ตประสบความสำเร็จอย่างน่าสนใจ เขาได้รับเชิญขึ้นไปบรรยายบนเวที TED แถมยังกวาดรางวัลเชิดชูเกียรติมาได้มากมาย รวมทั้งรางวัลเฮฮาอย่างอิ๊กโนเบล (Ig Nobel Prize) สาขาชีววิทยาด้วย ในปี 2006

รางวัลอิ๊กโนเบลเป็นที่รู้จักกันในนามรางวัลงานวิจัยสุดฮาที่แนวคิดนอกจากจะต้องบ้า ผลงานยังต้องดีและช่วยกระตุ้นให้คนคิดต่อได้ รางวัลนี้ตั้งขึ้นมาล้อเลียนรางวัลโนเบล โดยจะมีการมอบรางวัลที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด และผู้ได้รับรางวัลจะต้องบรรยายงานวิจัยของพวกเขาสั้นๆ ที่เอ็มไอที

ต้องบอกว่าหลังการบรรยาย มีคนให้ความสนใจกับงานของบาร์ตมากมาย ถ้าตำรวจตรวจคนเข้าเมืองก็ใช้หน่วย K-9 หูตูบช่วยตรวจหายาเสพติดและของผิดกฎหมายได้จนเป็นนิจสิน

แล้วถ้าแมลงอย่างยุงสามารถรับกลิ่น (เท้า) ได้ดีเลิศไม่ต่างกัน จะเป็นไปได้มั้ยที่จะฝึกทีมแมลงเพื่อตรวจจับสิ่งแปลกปลอมต่างๆ

ตอบสั้นๆ คำเดียวว่า “ได้”

เพราะเจอร์รี่ โบรเมนเชง (Jerry Bromenshenk) นักกีฏวิทยาจากมหาวิทยาลัยมอนทานา (University of Montana) คือหนึ่งในผู้เชี่ยวชาญการใช้แมลงในการตรวจหาสิ่งแปลกปลอมต่างๆ

เขาสามารถฝึกผึ้งทั้งฝูงให้สามารถบินหาซากผู้สูญหาย โรงงานยาบ้าเถื่อน ไปจนถึงกับระเบิดใต้ดิน

เจอร์รี่สามารถปล่อยผึ้งนับพันนับหมื่นให้บินลาดตระเวนครอบคลุมบริเวณกว้างและถ้ามีสิ่งที่ต้องการหาอยู่ตรงไหน ฝูงผึ้งที่เขาฝึกจะไปกระจุกรวมตัวกันในพื้นที่ตรงนั้น และจากการติดตามแบบแผนการกระจายตัวผึ้ง ทีมวิจัยของเจอร์รี่สามาถสำรวจพื้นที่ต้องสงสัยได้ไกลเป็นตารางกิโลเมตร ในระยะเวลาเพียงแค่แป๊บเดียว

แต่วิธีนี้ก็อาจจะไม่เหมาะจะนำมาประยุกต์ใช้ในบางพื้นที่ อาทิ ในเขตสนามบิน เพราะฝูงผึ้งอาจจะไปบินปั่นป่วนก่อกวนทัศนวิสัยของเครื่องบินได้

“ที่จริง การฝึกผึ้งไม่ได้ยากอะไร ถ้าจะฝึกผึ้งสักห้าสิบตัวให้หาอะไรซักอย่าง อาจจะใช้เวลาเพียงแค่สองสามชั่วโมงเท่านั้นเอง”

ทิมโมธี ฮาร์แมนน์ (Timmothy Haarmann) หัวหน้าโครงการเซ็นเซอร์แมลงล่องหน (the Stealthy Insect Sensor Project) และทีมวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสแอละมอส (Los Alamos National Laboratory) เผย หลักการก็เหมือนกับการทดลองฝึกทักษะการเชื่อมโยงของไอแวน พาฟลอฟ (Ivan Pavlov) ที่ฝึกให้น้องหมาน้ำลายยืดทุกครั้งที่สั่นกระดิ่ง ที่เรียกว่า Pavlov’s dog experiment นั่นแหละ

วิธีการของไอแวนก็คือแค่สั่นกระดิ่งไปด้วยทุกครั้งตอนให้ขนมที่น้องหมาชอบ ให้น้องอยากกินจนน้ำลายหก จนท้ายที่สุดน้องหมาก็จะเชื่อมโยงเสียงกระดิ่งกับการได้กินขนมอันโอชะ และหลังจากนั้น ถ้าได้ยินเสียงกระดิ่ง ไม่ว่าจะมีขนมมาให้หรือไม่ น้องก็จะน้ำลายหกอยู่ดีด้วยความตะกละ

“ถ้าคุณยื่นหยดน้ำหวานให้ผึ้ง ผึ้งจะยืดงวง (proboscis) (ที่หลายคนเรียกว่าปากดูด) ของมันออกมา” ทิมโมธีเล่า “และถ้าคุณผสมสิ่งที่ต้องการหานิดหน่อยลงไปในน้ำหวาน และเอาให้ผึ้งบ่อยๆ ไม่นานผึ้งก็จะเชื่อมโยงน้ำหวานกับสารที่ต้องการหา และในไม่กี่ชั่วโมง ผึ้งที่ถูกฝึกก็จะยืดงวงของมันออกมาตลอดเมื่อเจอสารต้องสงสัย จะมีน้ำหวานล่อตาล่อใจหรือไม่ก็ไม่สำคัญ (ไอเดียแบบเดียวกันเลยกับการทดลองน้องหมาน้ำลายยืดของพาฟลอฟ)

แม้กระบวนการฝึกผึ้งจะเหมือนกัน แต่การเอาผึ้งมาใช้กลับต่างไปอย่างสิ้นเชิง คือแทนที่จะปล่อยผึ้งให้กระจายกำลังสำรวจพื้นที่เหมือนกับที่เจอร์รี่ทำ ทิมโมธีกลับเอาผึ้งที่ฝึกแล้วไปใส่ไว้ในหลอด เอาให้ดมในที่ต่างๆ แล้วสังเกตดูว่ามันจะยืดงวงออกมาหรือเปล่า

ทิมโมธีเล่นง่ายๆ ดื้อๆ แบบนั้นเลย จนเจอร์รี่ค่อนขอดวิธีของทิมโมธีว่าเป็นเทคนิคผึ้งในกล่อง แต่ก็ต้องยอมรับว่าใช้งานได้ดีไม่แพ้วิธีไหนหมือนกัน เพราะผึ้งฝึกของทิมโมธีสามารถตรวจหาสารต้องห้าม วัตถุระเบิดเเละสารอื่นๆ ได้ด้วยความไวสูงกว่าของเซ็นเซอร์ใดๆ ที่มีอยู่ในเวลานั้น

“ที่น่าประหลาดใจที่สุด ก็คือผึ้งสามารถแยกแยะกลิ่นระเบิดทีเอ็นทีได้จากน้ำมันหล่อลื่น สารไล่แมลงยาสูบ ต้องบอกว่าขนาดทาด้วยโคโลญ โลชั่นยังหาเจอ” โรเบิร์ต วิงโก (Robert Wingo) หนึ่งในทีมวิจัยของทิมโมทีที่ลอสแอละมอสกล่าวยอมรับว่าทึ่งมากกับความสามารถผึ้งตัวน้อย

แต่เวลาเอาไปใช้จริง อาจจะมีมึนๆ หน่อยถ้าในตัวอย่างส่งตรวจดันมีดอกไม้ น้ำหวาน หรืออาหารที่ผึ้งชอบ จะอย่างไรก็ตาม งานวิจัยนี้บอกได้คำเดียวว่าไม่อาจมองข้ามได้

ทว่า การจะมานั่งส่องงวงผึ้งทั้งวัน ก็อาจจะไม่ใช่สิ่งที่ทำได้ง่ายในภาคสนาม อีกทั้งการเอาผึ้งไปกักขังเอาไว้ในหลอดเพื่อการนี้ ก็อาจจะถือได้ว่าเป็นการทารุณกรรมสัตว์ เพราะพอเอาพวกมันมากักไว้ในขวด พวกผึ้งฝึกพวกนี้จะอยู่รอดให้ใช้งานได้เพียงแค่สองสามวันเท่านั้น ก่อนที่จะอำลาโลกไป

 

แต่นอกจากตรวจระเบิด อีกเทรนด์หนึ่งที่กำลังมาแรงก็คือตรวจโรค

“สัตว์สามารถรับกลิ่นที่เปลี่ยนไปของร่างกายคนผ่านทางสารเคมีที่เราหลั่งออกมาในร่างกาย และเมื่อเราป่วย สารเคมีมากมายที่เราหลั่งออกมาก็จะแปรเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงการเผาผลาญของร่างกายที่เรียกว่าเมตาโบลิซึม” เทพจิต สห (Debajit Saha) นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแห่งรัฐมิชิแกน (Michigan state university) กล่าว

“การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่เกิดขึ้นในร่างกายนั้นมันน้อยมาก แค่หลักหนึ่งในพันล้านส่วนเท่านั้น แต่แม้การเปลี่ยนแปลงจะน้อยนิด สุนัขก็ยังสามารถแยกแยะได้อย่างแม่นยำว่าเจ้าของกำลังไม่ค่อยสบาย อาจจะป่วยด้วยเบาหวาน มะเร็ง เอดส์ หรือแม้แต่โควิด”

แต่การฝึกสุนัขดมโรคนั้นไม่ใช่เรื่องง่าย และการจะสร้างเครื่องมือที่จะทำงานได้ไวเทียบเท่าจมูกอันทรงประสิทธิภาพของน้องหมานั้นก็ยิ่งยากขึ้นไปอีก

 

ได้แรงบันดาลใจมาจากงานวิจัยผึ้ง เทพจิตและทีม เปิดตัวแมลงเซ็นเซอร์เวอร์ชั่นใหม่ไฉไลกว่าเดิมในฐานข้อมูล bioRxiv คราวนี้ ไม่ใช่ยุง แล้วก็ไม่ใช่ผึ้ง แต่เป็น “ตั๊กแตน”

ในงานวิจัยของเขา เทพจิตและทีมได้สร้างหัวตั๊กแตนไซบอร์กขึ้นมาโดยการผ่าสมองของตั๊กแตนตัวเป็นๆ แล้วสอดแท่งอิเล็กโทรด (electrode) เข้าไปสมองส่วนที่ใช้รับกลิ่นของพวกมันเพื่อติดตามรูปแบบของการสื่อกระแสประสาทในสมอง

เขาเชื่อว่าสมองของตั๊กแตนก็ตอบสนองต่อกลิ่นด้วยแบบแผนของการสื่อประสาทที่เฉพาะ ซึ่งหากให้พวกมันได้ดมกลิ่นที่แตกต่างกันไป ความต่างของแบบแผนของการสื่อกระแสประสาทในสมองของมันก็น่าจะเพียงพอที่จะช่วยทำให้เราบอกได้ว่ากลิ่นที่พวกมันกำลังดมอยู่นั้นคือกลิ่นอะไร

เทพจิตตื่นเต้นกับไอเดียนี้มาก เขาคิดว่าหัวตั๊กแตนไซบอร์กของเขาสามารถจะเอามาประยุกต์ใช้ได้ในทางการแพทย์ ซึ่งถ้าสำเร็จจะกลายเป็นวิธีวินิจฉัยโรคมะเร็งแบบใหม่ที่รวดเร็วกว่าที่ใช้กันอยู่อย่างมหาศาล

เพื่อพิสูจน์ความเป็นไปได้ของไอเดีย เทพจิตและทีมทดลองเลี้ยงเซลล์มะเร็งช่องปากสามชนิด แล้วเก็บเอาก๊าซที่เซลล์มะเร็งแต่ละชนิดจากขวดเพาะเลี้ยงส่งไปให้ตั๊กแตนดมเทียบกับก๊าซที่ได้จากขวดเพาะเลี้ยงเซลล์ช่องปากปกติ

“นี่เป็นครั้งแรกที่สมองของแมลงเป็นๆ ถูกเอามาใช้เป็นเครื่องมือในการทดสอบมะเร็ง” เทพจิตกล่าว และผลที่ได้ก็น่าตื่นเต้นสุดๆ ปรากฏว่าสมองของตั๊กแตนตอบสนองกับกลิ่นของเซลล์มะเร็ง แตกต่างไปจากกลิ่นจากเซลล์ปกติอย่างชัดเจน แทบไม่ต้องวิเคราะห์แค่ดูจากคลื่นสมองก็แทบจะบอกได้แล้วว่ากลิ่นไหนมาจากเซลล์มะเร็งและกลิ่นไหนมาจากเซลล์ปกติ

งานนี้ทำให้นักวิจัยชีวการแพทย์มากมายตื่นเต้น เพราะนี่อาจจะเป็นวิธีใหม่ที่อาจจะนำมาใช้เพื่อช่วยตรวจหาโรคมะเร็งจากลมหายใจได้ตั้งแต่ระยะแรกๆ ก็เป็นได้ ซึ่งอาจจะช่วยชีวิตคนได้มากมาย หากทำได้สำเร็จขึ้นมาจริงๆ

 

แต่ถ้ามองย้อนกลับมาที่ความเป็นจริง การทดลองของเทพจิตนั้นยังเป็นแค่งานเบบี๊ที่ออกแบบมาเพื่อพิสูจน์ไอเดียเท่านั้น ตอนนี้ เขายังต้องใช้สมองตั๊กแตนอาจจะมากถึงสิบสมองต่อการตรวจวัดหนึ่งครั้ง ซึ่งเทอะทะมาก เป็นไปไม่ได้เลยที่จะนำไปใช้จริงในขั้นคลินิก

แต่เทพจิตคงไม่หยุดแค่นี้แน่ เขาวางแผนต่อไปอีกว่าในอนาคต ตั๊กแตนตรวจมะเร็งเวอร์ชั่นต่อไปของเขานั้นจะแม่นยำและจะบูชายัญตั๊กแตนให้น้อยลงกว่านี้ ถ้าเป็นไปได้อยากให้เหลือแค่ตัวเดียว

และที่สำคัญจะผลักดันให้เอาไปใช้ทดสอบในทางคลินิกให้ได้

“ในทางวิทยาศาสตร์เรื่องนี้น่าสนใจ แต่ยังมีอีกหลายด่านที่ต้องผ่านให้ได้ถ้าจะเอามาประยุกต์ใช้เป็นชุดตรวจมะเร็ง” เจมส์ โควิงตัน (James Covington) วิศวกรเซ็นเซอร์จากมหาวิทยาลัยวอร์ริก (Warwick University) ให้ความเห็น “อีกอย่าง ต้องลุ้นดูต่อไปว่าจะมีปฏิกิริยาจากภาคประชาสังคมแค่ไหน กับการบูชายัญตั๊กแตนเพื่อเอามาใช้ในการตรวจมะเร็ง”

ส่วนตัวคิดว่าคงไม่ได้เห็นออกมาใช้ในคลินิกในเวลาอันใกล้ แต่ต้องบอกว่าเป็นอีกไอเดียทะลุกรอบที่น่าสนใจและน่าติดตาม

เพราะไม่แน่เวอร์ชั่นต่อไปอาจจะมีอะไรที่เด็ดและเพี้ยนกว่านี้ก็เป็นได้