สิริชนก จันทร์ใบ
ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

ถ้าพูดถึงฉากสงครามอวกาศในหนังเรื่องสตาร์วอร์สแล้วละก็ คงต้องคิดถึงภาพของฮีโร่ในเรื่องกับยานลำเล็กของเขาสู้กับยานแม่ลำใหญ่ของศัตรู แต่ถ้าเราจะลองจินตนาการย่อส่วนของทุกอย่างในเรื่องลงให้เหลือเศษหนึ่งส่วนพันล้านแล้วแทนยาน Luke Skywalker's X-wing ด้วยกลุ่มโมเลกุลของยา และแทน Death Star ด้วยก้อนเนื้อร้าย (มะเร็ง) คงจะเป็นฉากที่แสดงภาพของการใช้นาโนเทคโนโลยีต่อสู้กับก้อนเนื้อร้าย โดยอาศัยโมเลกุลระดับเล็กเท่าอะตอมในการสู้กับโรคร้ายที่คร่าชีวิตชาวโลก และชาวอเมริกันไปกว่าปีละครึ่งล้านคน

“โมเลกุลดังกล่าวคือยาในยุคศตววษที่ 21 เพราะมันรวมเอาวิทยาศาสตร์สมัยใหม่หลาย ๆ ศาสตร์เข้าไว้ด้วยกัน ไม่ว่าจะเป็น ด้านวัสดุศาสตร์ ด้านชีวเซลล์ ด้านฟิสิกส์ และเทคโนโลยีที่ล้ำยุคด้านการถ่ายภาพ” กล่าวโดย Vicki Colvin จากศูนย์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระดับนาโนแห่งมหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University's Center for Nanoscale Science and Technology) 

ทั้งนี้ทางสถาบันมะเร็งแห่งชาติของสหรัฐอเมริกาจึงได้เล็งเห็นความสำคัญของนาโนเทคโนโลยีที่จะใช้ต่อสู้กับมะเร็ง และได้ประกาศให้การสนับสนุนเป็นทุนการฝึกอบรมรวมทั้งการทำวิจัยด้านนาโนเทค โดยที่ตั้งเป้าไว้ว่าจะกำจัดความทรมานและความตายจากการคร่าชีวิตของโรคมะเร็งร้ายให้หมดสิ้นภายในปี ค.ศ. 2015

แต่สำหรับหลาย ๆ คนที่ยังคงคุ้นเคยกับภาพการรักษาโรคมะเร็งที่กินระยะเวลายาวนานและบ่อยครั้งมักจะประสบกับความล้มเหลวในการรักษารวมทั้งนาโนเทคโนโลยีที่ยังไม่รู้ว่าเมื่อไรจะมาถึง ก็คงไม่แปลกที่จะรู้สึกว่ามันช่างเป็นความหวังที่ริบหรี่มาก แต่เมื่อไม่นานมานี้ สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ได้เรียนรู้เพิ่มขึ้นคือภาวะการเกิดเซลล์มะเร็งในระดับโมเลกุล และ

นอกจากนี้พวกเขายังได้เรียนรู้วิธีการสร้างโมเลกุลที่สามารถตรวจจับและทำลายเซลล์มะเร็งได้ ซึ่งแน่นอนว่าจะทำให้การรักษามะเร็งในปัจจุบันที่ไร้ประสิทธิภาพและสร้างความเจ็บปวดกลายเป็นอดีตไปในที่สุด  แต่ในความเป็นจริงผลจากการทดลองในห้องทดลองสู่การรักษาผู้ป่วยจริงคงกินเวลาอีกยาวนาน อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์ยังเชื่อมั่นว่าวิธีการดังกล่าวมีความเป็นไปได้สูงมาก

ทั้งนี้ Greg Downing ผู้บริหารระดับสูงของสำนักงานเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมสัมพันธ์สถาบันมะเร็งแห่งชาติ (Technology and Industrial Relations at the National Cancer Institute) ยังได้กล่าวเสริมว่า “การผลิตยาหรือการคิดค้นวิธีการวินิจฉัยโรคเป็นกระบวนการที่ต้องอาศัยเวลาที่ยาวนาน แต่ด้วยศักยภาพของนาโนเทคโนโลยีแล้วเราเชื่อว่าจะช่วยให้เราสามารถเอาชนะอุปสรรคซึ่งในขณะนี้เราไม่สามารถก้าวข้ามได้เป็นผลสำเร็จ”

เครื่องมือขนาดเล็กจิ๋วที่มีหลายรูปร่างไม่ว่าจะเป็นแบบ ก้อนอนุภาค หลอด ทรงกลม หรือเป็นรูปลูกอเมริกันฟุตบอล โดยทั้งหมดถูกนำหน้าชื่อว่า นาโน ซึ่งบ่งบอกขนาดในระดับเศษหนึ่งส่วนพันล้านของหนึ่งเมตร หรือประมาณเศษหนึ่งส่วน 25 ล้านส่วนของหนึ่งนิ้ว โดยในขณะนี้นักวิจัยด้านมะเร็งค้นพบว่าอนุภาคระดับนาโนมีศักยภาพในการตรวจจับเซลล์มะเร็งได้โดยไม่ส่งผลกระทบต่อเซลล์ปกติรอบ ๆ รวมทั้งยังสามารถจับภาพการก่อตัวของก้อนเนื้อร้ายได้ก่อนที่มันจะส่งผลร้ายต่อร่างกาย

ถึงแม้ว่าการตรวจรับรองการรักษาด้วยเครื่องมือระดับนาโนสเกลต้องอาศัยระยะเวลาอีกหลายปี แต่ก็มีการศึกษาบางส่วนที่อยู่ในขั้นการศึกษาเพื่อใช้รักษาจริง แต่ทั้งนี้ยังมีอีกส่วนที่ได้ทำการทดลองรักษากับคนไข้จริงถึงแม้จะเป็นส่วนน้อยก็ตาม ดังนั้นในงานสัมมนาระดับนานาชาติด้าน “ความก้าวหน้าของนาโนเทคโนโลยีกับการวินิจฉัยและการรักษาโรคมะเร็ง” จึงได้เจาะรายละเอียดลงไปในหัวเรื่อง “การตรวจจับเซลล์มะเร็งในระดับโมเลกุลและการรักษา"

Nanotube กับแอนติบอดี้เซลล์เดียว ใช้ในการตรวจหาเซลล์มะเร็ง ซึ่งจะเป็นวิธีการที่มีต้นทุนไม่สูงนักแถมยังใช้เวลาในการตรวจสอบไม่กี่นาที ซึ่งเร็วกว่าวิธีการในปัจจุบันมากที่ต้องใช้เวลาเป็นชั่วโมง ๆ หรือเป็นวัน

รูปที่ 1 Nanotube: หลอดนาโน

Nanoshells  เคลือบด้วยอนุภาคของทองคำ ใช้ในการฆ่าเซลล์มะเร็งเมื่อเซลล์ถูกฮีทจากแผ่นทองคำด้วยแสงเลเซอร์ นอกจากนี้แล้วนาโนเชลล์เหล่านี้ยังสามารถปรับเปลี่ยนขนาดใจกลางและความหนาของชั้นเพื่อช่วยในการปรับ “จูน” ให้ใช้งานได้กับแสงเฉพาะความยาวคลื่นเพื่อใช้ในการทำลายเซลล์ร้าย

รูปที่ 2 Nanoshells: อนุภาคทรงกลมเคลือบด้วยทองคำ

Nanoparticles รวมกับฮอร์โมนและเปปไทด์ที่ใช้ฆ่าเซลล์ ใช้ในการแสดงภาพ ตรวจหา และทำลาย เซลล์มะเร็งเต้านม ทั้งที่เป็นเซลล์ปฐมภูมิและเซลล์ที่ถูกถ่ายทอดลำเลียงต่อภายในกระแสเลือด (Metastases)    

Novel kind of Nanocomplex ประกอบด้วยจุลชีว ไลโปโซม (Lipid Based) และแอนติบอดี้ เป็นการบำบัดด้วยยีน ถือว่าอยู่ในขั้นการศึกษาในเชิงแพทย์ศาสตร์แล้ว ซึ่งเป้าหมายที่สำคัญคือการสร้างเครื่องมือที่สามารถตรวจจับและทำลายเซลล์มะเร็งที่ถูกถ่ายทอดลำเลียงอยู่ตามกระแสเลือดได้

Single Wall Carbon Nanotubes ดูดซับแอนติบอดี้เซลล์เดียวไว้ใช้ในการตรวจจับเซลล์มะเร็งเต้านม ซึ่งนักชีวเคมีและวิศวกรได้ใช้หลอดคาร์บอนนาโนร่วมกับแอนติบอดี้เซลล์เดียวทดลองตรวจจับเซลล์มะเร็งในจานทดลอง ซึ่งงานวิจัยนี้น่าจะต่อยอดให้เป็นชีวเซนเซอร์จากหลอดนาโนเพื่อการตรวจจับเซลล์มะเร็งที่ไหลวนอยู่ในกระแสเลือดได้ ไม่ว่าจะเป็นเซลล์ที่เกิดจากเซลล์มะเร็งใหม่หรือแม้กระทั้งเซลล์มะเร็งที่เคยได้รับการรักษาแล้วเกิดการก่อตัวขึ้นใหม่

รูปที่ 3 Carbon Nanotubes

Balaji Panchapakesan, Ph.D. นักศึกษาระดับปริญญาเอก จากมหาวิทยาลัย University of Delaware ใน Newark สหรัฐอเมริกา และเพื่อนร่วมงานได้ทำการเคลือบผิวของหลอดคาร์บอนนาโนด้วยแอนติบอดี้เซลล์เดียว (แอนติบอดี้ก็เปรียบเสมือนกับเรดาร์นำทางซึ่งจะช่วยหาตำแหน่งของเซลล์มะเร็ง) ซึ่งถูกออกแบบให้เป็นเครื่องมือตรวจหาโปรตีนชนิด Insulin-like Growth Factor 1 Receptor (IGF1R) ที่มักพบบ่อยในเซลล์มะเร็ง

เมื่อเซลล์มะเร็งและแอนติบอดี้ต่อเข้าด้วยกันจะทำให้ค่ากระแสไฟที่สามารถวัดได้เปลี่ยนไป โดยเขาและเพื่อนร่วมงานได้ทดลองวัดค่ากระแสไฟที่เปลี่ยนไปเมื่อหลอดคาร์บอนนาโนสัมผัสกับเซลล์มะเร็งเต้านมสองชนิด ชนิดหนึ่งเป็นมะเร็งเต้านมในคน BT474 ซึ่งมีระดับของ IGF1R ปานกลาง ส่วนชนิดที่สองเป็นชนิด MCF7 ซึ่งมีระดับของ 1GF1R สูงกว่า

ทั้งนี้นักวิจัยพบว่าการเปลี่ยนค่าการนำไฟฟ้าของอุปกรณ์หลอดคาร์บอนนาโนมีสัดส่วนโดยตรงต่อระดับ 1GF1R ที่ผิวของเซลล์มะเร็ง ซึ่งเซลล์ BT474 จะมีระดับ 1GF1R น้อยกว่า ทำให้ค่าการนำไฟฟ้าของหลอดคาร์บอนนาโนเพิ่มขึ้นเพียงสามเท่า ส่วนเซลล์มะเร็งชนิด MCF7 กลับให้ค่าการนำไฟฟ้าสูงถึงแปดเท่าจากปกติ

เมื่อโปรตีนของแอนติบอดี้ในหลอดคาร์บอนนาโนได้สัมผัสกับผิวของเซลล์มะเร็งซึ่งใช้ตรวจหาระดับ IGF1R (Insulin-like Growth Factor 1 Receptor) ทำให้ค่าการนำไฟฟ้าของหลอดนาโนเปลี่ยนไป โดยจะเกิดกระแสสูงที่เห็นชัดเมื่อหลอดนาโนเจอกับเซลล์ชนิด MCT7 ในกระแสเลือด เพราะว่าเป็นเซลล์ที่มีความสัมพันธ์กับ 1GF1R สูงกว่า

ทั้งนี้เทคนิคดังกล่าวนอกจากจะสามารถใช้ในการตรวจสอบเซลล์แล้วยังสามารถใช้ทำลายเซลล์มะเร็งที่อยู่ในกระแสเลือดหรือเป็นเซลล์มะเร็งที่ถ่ายทอดออกมาจากก้อนมะเร็งที่ได้รับการรักษาไปแล้ว  Eric Wickstrom นักศึกษาระดับปริญญาเอกจาก  Jefferson Medical College of Thomas Jefferson University ใน Philadelphia อธิบาย

วิธีการตรวจหาเซลล์มะเร็งดังกล่าวถือเป็นวิธีการที่มีต้นทุนไม่สูงนักแถมยังรวดเร็ว ดังที่ได้กล่าวไปแล้วว่าใช้เวลาไม่กี่นาทีเทียบกับวิธีการในปัจจุบันซึ่งผู้เชี่ยวชาญด้านจุลชีวต้องใช้เวลาเป็นชั่วโมงหรือเป็นวันในการวิเคราะห์ เครื่องมือดังกล่าวมีกระบวนการผลิตที่สามารถรองรับการผลิตได้เป็นจำนวนมากในสเกลการผลิตขนาดใหญ่ซึ่งผลิตได้หลายพันชิ้น  และในหนึ่งชิ้นจะประกอบด้วยไมโครอะเรย์ที่ใช้ในการตรวจหาโปรตีนมะเร็ง

ดังนั้นต่อจากนี้นักวิจัยวางแผนที่จะทดสอบเครื่องมือนี้กับเซลล์มะเร็งเต้านมสายพันธุ์อื่นเพิ่มเติม รวมทั้งเซลล์มะเร็งชนิดอื่น ๆ และคงจะขยายงานวิจัยสู่การทดลองในสัตว์ โดยจะทดสอบความไวของระบบหลอดนาโนและแอนติบอดี้ในการตรวจหาเซลล์มะเร็งในกระแสเลือด โดยที่จะเป็นการตรวจหาเซลล์มะเร็งที่อยู่ในกระแสเลือดชนิดใดชนิดหนึ่งโดยเฉพาะ

Immunonanoshells สำหรับการบำบัดด้วยความร้อนจากแสง และ Nanoshells สำหรับการรักษาและการตรวจจับเซลล์มะเร็งในสิ่งมีชีวิต

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Rice University กำลังคิดค้นวิธีการรักษามะเร็งจากเทคโนโลยีใหม่ ๆ ที่สามารถทำงานได้อย่างเป็นระบบ โดยตัวเทคโนโลยีเองถือว่าไม่มีอันตราย แต่ถ้าได้ประกอบกันเป็นระบบที่สมบูรณ์พบว่ามีศักยภาพสูงในการฆ่าเซลล์มะเร็งได้เป็นอย่างดี โดยเทคนิคดังกล่าวประกอบขึ้นจากสองส่วนหลักอันได้แก่ นาโนเชลล์ซึ่งเป็นลูกบอลขนาดจุลชีวที่มีซิลิกาเป็นแกนกลางและเคลือบด้วยแผ่นทองบาง ๆ ส่วนที่สองคือแสงความยาวคลื่นย่านใกล้อินฟราเรด Near Infrared Light (NIR)

นาโนเชลล์เองถือว่าไม่เป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตเพราะจะไม่ทำให้เกิดอาการป่วย ส่วนแผ่นทองที่เคลือบก็ไม่ทำอันตรายเช่นกันเพราะทองถือว่ามีสมดุลด้านชีวภาพในสิ่งมีชีวิต ในส่วนของแสงเลเซอร์ย่านใกล้อินฟราเรดถือว่าเป็นช่วงแสงที่เนื้อเยื่อและเลือดของสิ่งมีชีวิตดูดซับได้น้อยมาก ดังนั้นจึงไม่ทำอันตรายต่อร่างกาย

เมื่อทำการฉีดนาโนเชลล์ดังกล่าวเข้าไปในสัตว์ทดลองที่เป็นมะเร็ง ผลปรากฏว่านาโนเชลล์ไปสะสมอยู่ในส่วนของก้อนเนื้อร้าย หลังจากนั้นแสงเลเซอร์จากภายนอกก็จะทำหน้าที่ฮีทแผ่นทองคำให้ร้อนและทำให้เซลล์มะเร็งถูกทำลาย แต่เนื่องจากนาโนเชลล์มีขนาดเล็กมาก ระดับเศษหนึ่งส่วนพันส่วนของเมตร  

ดังนั้นการปฏิสัมพันธ์กับแสงของนาโนเชลล์จึงเป็นแบบพิเศษ โดยที่ถ้าเราปรับขนาดใจกลางและความหนาของชั้นผิวเคลือบจะทำให้นาโนเชลล์ทำปฏิกิริยาได้กับแสงบางความยาวคลื่นเท่านั้น

รูปที่ 4 Calculated gold Nanoshell Plasmon Resonances for a 120 nm core with the shell sizes shown

โดยในขณะนี้มีงานวิจัยอยู่สองเรื่องที่กำลังได้รับการศึกษาวิจัยถือเป็นการพัฒนาเทคโนโลยีดังกล่าวให้ล้ำหน้าไปอีกขั้นหนึ่ง งานวิจัยแรกมี Andre Gobin นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาทางด้านชีววิศวกรรม ได้รายงานถึงการทดลองใช้นาโนเชลล์และระบบถ่ายภาพในการรักษาก้อนมะเร็งในสัตว์ทดลองตัวอย่าง Gobin และทีมงานนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Rice ได้ทำการฉีดนาโนเชลล์เข้าไปในเส้นเลือดของหนูทดลองที่มีเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่

เจ้านาโนเชลล์นี้ได้รับการสันนิษฐานว่าจะไปสะสมอยู่ในก้อนเนื้อร้าย เพราะว่าก้อนเนื้อร้ายนี้เป็นก้อนเนื้อที่มีอัตราการเติบโตเร็วผิดปกติต้องการเลือดในการล่อเลี้ยงมาก ทำให้เส้นเลือดบริเวณที่ต่ออยู่กับก้อนเนื้อเกิดการเสียรูปและเกิดช่องที่อนุภาคสามารถวิ่งผ่านได้  ทำให้นาโนเชลล์ที่ไหลอยู่ในกระแสเลือดวิ่งผ่านรูรั่วของเส้นเลือดไปสะสมอยู่ในก้อนมะเร็ง แล้วนาโนเชลล์ก็จะค่อย ๆ ถูกขับออกจากร่างกายในที่สุด

แต่ระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายจะไม่สามารถตรวจจับนาโนเชลล์ในฐานะสิ่งแปลกปลอมที่ไปแฝงอยู่ได้ เนื่องจากว่านาโนเชลล์ถูกเคลือบอยู่อีกชั้นด้วยโพลิเมอร์ Poly-(Ethylene Glycol) หรือ PEG ซึ่งมีคุณสมบัติช่วยให้นาโนเชลล์สามารถซ่อนตัวจากระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายได้เป็นอย่างดี ทั้งยังไม่ทำให้นาโนเชลล์เองเปลี่ยนคุณสมบัติแต่อย่างใด

หลังจากการฉีดนาโนเชลล์เข้าไปในสัตว์ทดลองประมาณ 20 ชั่วโมง นักวิจัยก็ได้พยายามถ่ายภาพก้อนเนื้อร้ายนั้นด้วยโพรบมือถือที่ถ่ายภาพสองมิติด้วยแสง เรียกว่า OCT หรือ Optical Coherence Tomography ซึ่งจะให้ภาพถ่ายเป็นชั้น ๆ สองมิติ  ทั้งยังเป็นอุปกรณ์ที่ผู้เชี่ยวชาญด้านโรคผิวหนังใช้ในการตรวจสอบหามะเร็งผิวหนัง ดังนั้นกลุ่มนักวิจัยคาดว่าจะใช้โพรบชนิดนี้ทั้งในการถ่ายภาพนาโนเชลล์ในก้อนมะเร็งและ

ในขณะเดียวกันก็คาดว่าจะติดตั้งแหล่งกำเนิดแสงอีกแหล่งเข้าไปในโพรบเพิ่ม เพื่อจะใช้แสงนั้นไปกระตุ้นนาโนเชลล์ให้เกิดความร้อนและเกิดการรักษาก้อนมะเร็งดังกล่าว ทำให้ง่ายต่อการใช้งานของผู้ใช้เป็นอย่างมาก ในการทดลองครั้งนี้ได้ทำการทดลองฉายแสงจากแหล่งกำเนิดแสงหลายชนิดเข้าไปในหนูที่มีก้อนมะเร็ง ทำให้ร้อยละ 82 ของหนูรอดชีวิต แต่สำหรับหนูที่ไม่ได้รับการฉีดนาโนเชลล์และการบำบัดด้วยแสงก็ต้องสังเวยชีวิตเพราะว่าก้อนเนื้อร้ายขนาดมโหฬารนั้น

ในการทดลองที่สองที่มหาวิทยาลัย Rice เป็นงานวิจัยที่พยายามพัฒนาวิธีการลำเลียงนาโนเชลล์ไปยังก้อนมะเร็ง เนื่องจากหลักการที่ว่านาโนเชลล์จะถูกลำเลียงไปในกระแสเลือดและไปสะสมอยู่ในก้อนมะเร็งผ่านทางรูรั่วของเส้นเลือดนั้น  คงจะไม่มีประสิทธิภาพเพียงพอในการตรวจหาเซลล์มะเร็งที่เพิ่งก่อตัวที่ยังไม่ต้องการเลือดในปริมาณมาก ทำให้เส้นเลือดบริเวณที่ต่ออยู่กับก้อนมะเร็งขนาดเล็กยังไม่เกิดความผิดปกติหรือเกิดรูรั่วอย่างเด่นชัด

วิธีการแก้ปัญหาดังกล่าวทำได้ด้วยการต่อนาโนเชลล์เข้ากับแอนติบอดี้  ซึ่งแนวความคิดดังกล่าวคือไอเดียเบื้องหลังของ “ภูมิคุ้มกันนาโนเชลล์ (Immunonanoshells)” ซึ่งจะกลายเป็นนาโนเชลล์ที่สามารถใช้ตรวจจับเซลล์มะเร็งทุกชนิดในทุกที่ที่มันซ่อนตัวอยู่ได้  Amanda Lowery กล่าว (นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาด้านชีววิศวกรรม)  

รูปที่ 5 นาโนเชลล์เชื่อมต่ออยู่กับแอนติบอดี้รูปตัว “Y”

ทั้งนี้ Lowery ได้ให้ข้อมูลรายละเอียดเกี่ยวกับงานวิจัยที่ว่านี้ ว่าเป็นการใช้แอนติบอดี้รูปร่างคล้ายตะขอตัว "Y" หรือ anti-HER2 antibodies ต่อเข้ากับนาโนเชลล์ดังรูปที่ 5 โดย HER2 ใช้ในการจับเซลล์มะเร็งเต้านม ซึ่งการทดลองในห้องทดลองได้นำภูมิคุ้มกันนาโนเชลล์นี้ไปวางบนเซลล์มะเร็งแล้วใช้แสงเลเซอร์ในการฮีทให้นาโนเชลล์ร้อนขึ้นหลังจากนั้นเซลล์มะเร็งจะถูกย้อมสีเพื่อดูว่าเซลล์ตายหรือไม่

หลังจากการบำบัดด้วยภูมิคุ้มกันนาโนและแสงเลเซอร์ผลปรากฏว่าเซลล์มะเร็งตายตามวัตถุประสงค์จริง ๆ โดยในอนาคตอันใกล้นี้นักวิจัยวางแผนที่จะทำการทดลองต่อในสัตว์ทดลอง

ดังนั้นจากรายงานของ Gobin รายงานของ Lowery และทีมงานจากมหาวิทยาลัย  Rice พบว่าการใช้เทคโนโลยีในการบำบัดมะเร็งได้นั้น ส่วนหนึ่งเป็นเพราะแหล่งความรู้ที่ก้าวหน้าทางชีววิทยาที่รู้ลึกเกี่ยวกับการทำงานของเชื้อโรคในระดับโมเลกุล รวมกับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยียุคใหม่อย่างนาโนเทคโนโลยีเข้าไปจึงช่วยสร้างวิวัฒนาการใหม่ ๆ ได้ 

การตรวจหาเซลล์มะเร็งเต้านม และเซลล์มะเร็งในกระแสเลือดด้วยการใช้  Iron Oxide Nanoparticles ร่วมกับ LHRH, Lytic Peptide (เปปไทด์เม็ดเลือดแดง), และ Hecate

นักวิจัยได้นำเอาอนุภาคนาโน ฮอร์โมน และเปปไทด์สำหรับฆ่าเซลล์มะเร็งเต้านม รวมเข้าด้วยกันเพื่อใช้ในการหาและฆ่าเซลล์มะเร็งเต้านม ทีมงานนักวิจัยนำโดย Carola Leuschner นักศึกษาระดับปริญญาเอกจาก Pennington Biomedical Research Center ใน Baton Rouge คาดหวังที่จะหาวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการตรวจหา ถ่ายภาพ และฆ่าเซลล์มะเร็งเต้านมในระยะแรกรวมทั้งเซลล์ที่อยู่ในกระแสเลือด โดยต้องไม่ทำร้ายเซลล์ปกติข้างเคียง

จากผิวของเซลล์มะเร็งเต้านมที่อุดมไปด้วยฮอร์โมน LHRH (Luteinizing Hormone Releasing Hormone) เป็นจำนวนมากจึงสามารถนำมาใช้ให้เกิดประโยชน์ได้ เพราะเมื่อประกอบเข้ากับอนุภาคนาโน (Super Paramagnetic Ironoxide) ขนาด 10 นาโนเมตร และยาฆ่าเซลล์ a cell-killing peptide drug (Hecate) จะเกิดเป็นโมเลกุลซับซ้อนชนิดหนึ่ง

โดยทางทีมงานนักวิจัย และ Leuschner ได้สร้างโมเลกุลซับซ้อนออกมาสองเวอร์ชัน เพื่อจะทดสอบดูว่าแบบไหนให้การถ่ายภาพและการรักษาก้อนเซลล์มะเร็งและเซลล์มะเร็งเต้านมในกระแสเลือดได้ดีที่สุด เวอร์ชันแรก เป็นการต่ออนุภาคนาโนกับ LHRH และ Hecate ด้วยวิธี “Alternating” ส่วนเวอร์ชันที่สองเป็นการต่อแบบ “Direct” พวกเขาได้ทำการทดลองแรกเป็นการทดลองกับเซลล์มะเร็งเต้านมสองสองสายพันธุ์ในจานทดลองแล็บ และในเซลล์เนื้อจากหนูภายใต้การควบคุม

ในขั้นแรกที่เป็นการพิสูจน์ทฤษฎีที่ว่านี้เป็นที่ชัดเจนว่าการต่ออนุภาคนาโนเข้ากับ LHRH และ Lytic Peptides แบบ Alternating ช่วยให้การฆ่าเซลล์มะเร็งมีประสิทธิภาพดีกว่า เพราะว่าเปปไทด์สามารถทำงานได้อย่างดีเมื่อมันไม่ได้สัมผัสกับเนื้อเยื่อของเซลล์มะเร็งโดยตรง แต่ทั้งนี้ Leuschner คิดว่าเปปไทด์คงจะไม่สามารถฆ่าเซลล์มะเร็งได้เช่นกันถ้าไม่เกิดการสัมผัสกับเนื้อเยื่อมะเร็งเลย

ต่อมากลุ่มนักวิจัยได้ทำการทดลองกับหนูเปลือย (หนูที่ไม่มีระบบภูมิคุ้มกัน) ซึ่งถูกฝังด้วยเนื้อเยื่อ Xenograft จากเซลล์มะเร็งเต้านมในคน ซึ่งในขั้นพิสูจน์ทฤษฎีขั้นต่อมานี้พบว่าอนุภาคนาโนที่เคลือบด้วย Hecate ไม่สามารถฆ่าเซลล์มะเร็งได้เนื่องจากอนุภาคหาเซลล์มะเร็งไม่เจอ เพราะ LHRH ที่ถูกฉีดเข้าไปก่อนจะเกิดการรวมตัวกับอนุภาคนาโนที่เคลือบด้วย Hecate กลายเป็น “three-headed combination”

ทำให้ยาไม่สามารถไปจับกับ LHRH ที่ผิวของเซลล์มะเร็งได้เสมือนเป็นการปิดกั้นการรับค่าของเซลล์มะเร็ง จึงถือเป็นปัญหาของกระบวนการภายในตัวกลาง

ดังนั้น Dr.Leuschner  จึงตั้งสมมุติฐานว่าคงต้องมีเป้าล่อที่ชัดเจนเพื่อใช้ในการค้นหาเซลล์มะเร็งและช่วยให้อนุภาคสามารถฆ่าเซลล์มะเร็งได้  ถ้าปราศจากโมเลกุลเป้าหมายเพื่อดึงดูด LHRH แล้วละก็ อนุภาคนาโนที่บรรจุยาคงไม่สามารถฆ่าเซลล์มะเร็งได้ คงจะเหมือนกับกระบวนการทำงานของยาฆ่ามะเร็งจากการบำบัด Chemo ทั่ว ๆ ไป

ถึงอย่างไรก็ตามก็ยังเป็นที่แน่ใจได้ว่าการประกอบ LHRH-ironoxide-Hecate ขึ้นเป็นโมเลกุลซับซ้อนยังคงเป็นวิธีการที่ดีที่สุดในการถ่ายภาพและกำจัดเซลล์มะเร็งเต้านมรวมทั้งเซลล์มะเร็งในกระแสเลือด

ทั้งนี้ทาง Dr.Leuschner ยังคาดการณ์ว่านอกจากจะสามารถใช้อนุภาคนาโนในการบำบัดและถ่ายภาพเซลล์มะเร็งได้ในเวลาเดียวกันแล้ว ยังจะสามารถใช้ติดตามผลการรักษามะเร็งทุกระยะในคนไข้ได้อีกด้วย รวมทั้งวิธีการดังกล่าวยังสามารถพัฒนาต่อเพื่อใช้กับการบำบัดมะเร็งชนิดอื่นได้อีก เช่น มะเร็งลำไส้ใหญ่ มะเร็งปอด มะเร็งรังไข่ มะเร็งผิวหนัง และมะเร็งช่องปาก

ขั้นต่อมาคือการออกแบบปรับปรุงให้โครงสร้างมีประสิทธิภาพสูงขึ้น ในขณะนี้ถือว่าเราใช้อนุภาคนาโนที่อิ่มตัวเกินไป หมายความว่าจุยาไว้ภายในมากเกินความจำเป็น ซึ่งถ้าเราสามารถหาปริมาณยาที่ต้องการจุได้อย่างเหมาะสมที่สุดทั้งในการทำลายเซลล์มะเร็งและการให้ความละเอียดของภาพถ่ายสูงพอ ก็จะช่วยในการลดต้นทุนลงได้มากทีเดียว

ระบบการค้นหาเซลล์มะเร็งเพื่อลำเลียงอนุภาคนาโนถึงเป้าหมายเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของการบำบัดและวินิจฉัยโรคมะเร็ง  การที่จะให้ยาเข้าถึงเซลล์มะเร็งที่แพร่กระจายออกจากก้อนเนื้อร้ายต้นกำเนิดไปอยู่ในกระแสเลือดได้สร้างความปวดหัวให้กับนักวิจัยและแพทย์มาโดยตลอด

แต่ปัจจุบันนี้นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบวิธีการอันทันสมัยของอนุภาคนาโนที่ซับซ้อน “Nanocomplex” ซึ่งประกอบไปด้วยจุลชีว ไลโปโซม (Lipid-based Liposome) และแอนติบอดี้เพื่อการบำบัดยีน โดยจุดประสงค์ในการใช้ Nanocomplex ดังกล่าวคือการตรวจหาและทำลายเซลล์มะเร็งในกระแสเลือด

Esther H. Chang นักศึกษาระดับปริญญาเอกและกลุ่มผู้ร่วมงานของเธอจาก Georgetown University Medical Center's Lombardi Comprehensive Cancer Center ณ Washington, D.C. ได้สร้างไลโปโซมอนุภาคนาโนที่มีขนาดโดยประมาณที่เศษหนึ่งส่วนล้านส่วนของหนึ่งนิ้วที่เจือด้วยแอนติบอดี้ที่ผิว ซึ่งสามารถฝังตัวในเซลล์มะเร็งได้ไม่ว่าเซลล์มะเร็งนั้นจะกระจายไปยังส่วนไหนของร่างกาย

ไลโปโซมห่อหุ้มยีน p53 เอาไว้ซึ่งจะเป็นตัวกระตุ้นให้โปรตีนเกิดกระบวนการทำลายตัวเองที่เรียกว่า “Apoptosis” ในเซลล์ที่มีความผิดปกติทางยีน โดยที่ Liposome-antibody Complex สามารถหาเซลล์มะเร็งเจอได้ด้วยการเชื่อมต่อเข้ากับ “Transferring Receptor” เป็นโปรตีนที่จุธาตุเหล็กในกระแสเลือดและมีปริมาณมากที่ผิวของเซลล์มะเร็ง เมื่อเกิดกระบวนการเชื่อมต่อกับเซลล์มะเร็งของอนุภาคซับซ้อนแล้ว p53 ที่จุอยู่ภายในก็จะถูกกระจายเข้าสู่ก้อนเซลล์มะเร็ง

รูปที่ 6 The structure of the core domain of the p53 protein (light blue) bound to DNA (dark blue). The six most frequently mutated amino acids in human cancers are shown in yellow – all are residues important for p53 binding to DNA. Red ball: zinc atom. [Reproduced from Cho, Y., et al. (1994) Science, 265, 346-355, with kind permission]

ถ้าเราต้องการบำบัดมะเร็งให้เกิดประสิทธิภาพสูงแล้วล่ะก็เราคงต้องสามารถติดตามเซลล์มะเร็งในกระแสเลือดให้ได้ Chang กล่าว แต่ปัญหาก็คือวิธีการลำเลียงยาสู่เซลล์มะเร็งในกระแสเลือดและกุญแจสำคัญคือการสร้างวิธีการลำเลียงนาโนคอมเพล็กซ์สู่เซลล์มะเร็งอย่างเป็นระบบ ทำให้เราพยายามพัฒนาระบบสังเคราะห์ที่ใช้ในการลำเลียงยีนแทน เพราะว่าการติดตามเซลล์พาหะนำเชื้อไวรัสไม่ได้ผลในกรณีนี้

มากกว่าครึ่งหนึ่งของเซลล์มะเร็งจะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างยีนเป็นผลจากโปรตีน p53 ซึ่งได้ชื่อว่า “ผู้คุ้มกันจีโนม” เพราะว่ายีน p53 มีความสามารถในการทำลายเซลล์ที่มีความผิดปกติทางยีน โดยที่นักวิจัยคาดว่าการเข้าไปดูแลถึงกระบวนการทำงานภายในเซลล์มะเร็งได้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการรักษาด้วยการบำบัด Chemo และการฉายรังสีให้สูงขึ้น ซึ่งเป็นกระบวนการบำบัดที่บางครั้งอาจสร้างเซลล์ที่เกิดความผิดปกติทางยีนในระหว่างการรักษา

งานวิจัยในขั้นเตรียมการนี้ Chang และทีมงานพบว่าการบำบัดด้วยอนุภาคนาโน p53 ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้กับการบำบัดด้วยคีโมและการฉายรังสีทำให้เซลล์มะเร็งที่ผิดปกติตายในที่สุด และพวกเขายังสามารถแสดงให้เห็นว่านาโนคอมเพล็กซ์ไปฝังตัวอยู่แค่ในเซลล์มะเร็งเท่านั้น โดยที่จะไม่ทำลายเนื้อเยื่อปกติส่วนอื่น ๆ นอกจากนี้พวกเขายังได้ทดลองวิธีการดังกล่าวกับการใช้ยีนชนิดอื่นรักษาในสัตว์เช่นกัน

การบำบัดที่ใช้ยีน p53 ในการตรวจหาก้อนมะเร็งและเซลล์มะเร็งในกระแสเลือดนี้กำลังจะกลายเป็นต้นแบบของงานวิจัยทางการแพทย์  ซึ่งถือเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กลยุทธ์ในการลำเลียงยีน

อาจเรียกได้ว่าเป็น “เทคโนโลยีรากฐาน”  Chang กล่าว และเธอยังเล่าต่ออีกว่างานส่วนที่เธอศึกษาเป็นกลยุทธ์ที่ถูกคิดค้นขึ้นจาก Georgetown University Medical Center และกำลังจะเปิดรับรักษาผู้ป่วยโรคมะเร็ง 20 คน ที่มีก้อนเนื้อร้ายที่แข็งตัว ในบริเวณ ศีรษะ ลำคอ  ต่อมลูกหมาก เต้านม กระเพาะปัสสาวะ ลำไส้ใหญ่ ต้นคอ สมอง ผิวหนัง ปอด

ทั้งนี้นอกจากการใช้ระบบนาโนคอมเพล็กซ์ในการตรวจหาทั้งเซลล์มะเร็งปฐมภูมิและเซลล์มะเร็งในกระแสเลือด  ยังสามารถใช้เป็นเทคโนโลยีที่ช่วยลำเลียงวัสดุให้สีไปยังก้อนมะเร็งโดยตรงเพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจหาก้อนมะเร็ง รวมทั้งการให้รายละเอียดและบ่งชี้ชนิดของเซลล์มะเร็งได้ดีขึ้น

-  Nanoparticles, Nanoshells, Nanotubes: How Tiny Specks May Provide Powerful Tools Against Cancer, The NanoAging Institute, 20 Nov 2005.
- A Nanotech Cure for Cancer?, The NanoAging Institute, 7 Nov 2005.
- Physics of Nanoshells, Nanospectra Biosciences, Inc.