“เอ็มอาร์เอ็นเอ”
เทคโนโลยีพิชิตโควิด
มาร์กาเร็ต คีแนน ชาวอังกฤษวัย 90 ปี คือบุคคลแรกสุดของโลก (นอกกลุ่มทดลอง) ที่ได้รับการฉีดวัคซีนป้องกันโรคระบาดใหญ่ โควิด-19 ที่โรงพยาบาลมหาวิทยาลัยโคเวนทรี ในประเทศอังกฤษ เมื่อวันที่ 8 ธันวาคม ปี 2020 ที่ผ่านมา
ทั้งยังเป็นคนแรกของโลก ที่ได้รับวัคซีนซึ่งพัฒนาขึ้นมาโดยเทคโนโลยีที่เรียกกันว่า “เอ็มอาร์เอ็นเอ” (mRNA) โดยที่ยังไม่เคยมีวัคซีน ไม่ว่าจะเพื่อป้องกันโรคใดๆ ที่ผลิตโดยเทคโนโลยีนี้มาก่อน
โควิด-19 กลายเป็นสถานการณ์ที่พิสูจน์ “แนวคิด” ในการพัฒนาเอ็มอาร์เอ็นเอวัคซีน ไปอย่างคาดไม่ถึง
เทคโนโลยี “เอ็มอาร์เอ็นเอ” คืออะไร? มีที่มาที่ไปอย่างไร และความสำเร็จในครั้งนี้มีความหมายต่อการพัฒนาวัคซีนในอนาคตเพียงใด?
00เรียนรู้จากธรรมชาติ
จุดเริ่มต้นของเทคโนโลยี “เอ็มอาร์เอ็นเอ” เกิดขึ้นเมื่อราว 30 ปีที่แล้ว จากการพิเคราะห์กระบวนการตามธรรมชาติในระดับเซลล์ภายในร่างกายมนุษย์ ซึ่งกลายเป็นแรงบันดาลใจให้เทคโนโลยีนี้เป็นรูปเป็นร่างขึ้นมา
ภายในเซลล์ในร่างกายคนเรา จะมี “ดีเอ็นเอ” ซึ่งบรรจุรหัสคำสั่งสำหรับการผลิตโปรตีนต่างๆ ขึ้นตามที่ร่างกายต้องการ เมื่อใดก็ตามที่เกิดความต้องการชนิดหนึ่งชนิดใดขึ้นมา ดีเอ็นเอ จะทำสำเนาส่วนของคำสั่งสำหรับสร้างโปรตีนนั้นๆ ไปเก็บไว้ในโมเลกุลชนิดหนึ่งซึ่งเรียกว่า “แมสเซนเจอร์ อาร์เอ็นเอ” ส่วนของสารพันธุกรรมที่เป็นสายเดี่ยว (ดีเอ็นเอ เป็นสารพันธุกรรมสายคู่) หลังจากนั้น กลไกของเซลล์อีกอย่างหนึ่งที่เรียกว่า “ไรโบโซม” จะเข้ามาทำหน้าที่อ่านคำสั่งที่เก็บไว้บนเอ็มอาร์เอ็นเอจนตลอด หลังจากนั้นก็จะทำหน้าที่คัดสรรส่วนประกอบที่จำเป็นในการผลิตโปรตีนตามคำสั่งออกมาเพื่อผลิตให้ได้โปรตีนที่ต้องการ
โปรตีนเป็นส่วนประกอบสำคัญในร่างกาย ที่เป็นองค์ประกอบของหลายอย่างมาก ตั้งแต่เป็น โครงสร้างของเซลล์, รวมกันเป็นเนื้อเยื่อ, เป็นพลังงานให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีและทำหน้าที่เป็นสื่อคำสั่งต่างๆ ในร่างกาย หากปราศจากโปรตีน ทุกอย่างจะปิดการทำงานลงทั้งหมดทันที
ภายใต้การพิเคราะห์กระบวนการดังกล่าวนั้น นักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งเชื่อว่า มนุษย์น่าจะสังเคราะห์ “เอ็มอาร์เอ็นเอ” โมเลกุลที่เป็นส่วนสำคัญในดีเอ็นเอ หรือหน่วยพันธุกรรมของมนุษย์
นักวิทยาศาสตร์เหล่านั้นไม่เพียงเชื่อว่าจะสังเคราะห์เอ็มอาร์เอ็นเอขึ้นมาได้เท่านั้น แต่น่าจะสามารถนำเอ็มอาร์เอ็นเอที่สังเคราะห์ขึ้น ฉีดกลับเข้าไปในร่างกาย เพื่อ “สั่งการ” ให้ร่างกายผลิตโปรตีนที่ต้องการขึ้นมาได้อีกด้วย
โปรตีนที่นักวิทยาศาสตร์เหล่านั้นต้องการให้ร่างกายผลิตขึ้นมา มีอาทิ โปรตีนที่สามารถช่วยให้ร่างกายสามารถต่อสู้กับกลุ่มโรคต่างๆ ในร่างกาย ตั้งแต่โรคอย่างมะเร็ง เรื่อยไปจนถึงโรคที่เกิดขึ้นในระบบทางเดินหายใจเป็นต้น
พอถึงปี 1990 ทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน ในสหรัฐอเมริการ่วมกับบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพอเมริกันชื่อ “ไวแคล อิงค์.” ก็พบวิธีที่จะสร้าง เอ็มอาร์เอ็นเอ ขึ้นในห้องปฏิบัติการทดลอง จนสามารถสังเคราะห์เอ็มอาร์เอ็นเอ ที่สามารถสั่งให้เซลล์ของหนูทดลองสร้างโปรตีนขึ้นมาอย่างที่ต้องการได้
งานวิจัยชิ้นดังกล่าว กระตุ้นความสนใจของ แคทาลิน คาริโค นักชีวเคมีชาวอเมริกันเกิดในฮังการี ที่เป็นอาจารย์สอนชีวเคมีอยู่ที่มหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย คาริโคอาศัยผลการทดลองดังกล่าวเป็นพื้นฐานจนประสบผลสำเร็จในการกำหนดค่าของ เอ็มอาร์เอ็นเอ สังเคราะห์ได้ แต่ก็ยังเจออุปสรรคสำคัญ นั่นคือ เมื่อฉีดเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์กลับเข้าไป ร่างกายของคนเรายังคงยึดถือเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์เหล่านั้นเป็นสิ่งแปลกปลอมจากภายนอก และกระตุ้นให้ระบบภูมิคุ้มกันทำลายมันทิ้งไป
10 ปีต่อมา คาริโค กับเพื่อนร่วมงาน นายแพทย์ ดรูว์ ไวส์แมน นักภูมิคุ้มกันวิทยาของมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย ค้นพบวิธีการกดไม่ให้ภูมิคุ้มกันทำลายเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์ได้สำเร็จ ด้วยการดัดแปลงเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์เล็กน้อย เพื่อไม่ให้กระตุ้นภูมิคุ้มกันของร่างกาย และช่วยให้ เอ็มอาร์เอ็นเอ สังเคราะห์สามารถเล็ดรอดเข้าสู่เซลล์ได้ เปิดทางให้ใช้ เอ็มอาร์เอ็นเอ เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์ได้สำเร็จ ทั้งคู่จดสิทธิบัตรเรื่องนี้ร่วมกันในปี 2005
ความสำเร็จของ คาริโค กับ ไวส์แมน กระตุ้นความสนใจของนักวิทยาศาสตร์อีกสองคนขึ้น หนึ่งในจำนวนนั้นคือ ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัท โมเดอร์นา ขึ้นในสหรัฐอเมริกา อีกหนึ่งคือ ผู้ร่วมก่อตั้งบริษัท ไบโอเอ็นเทค ในเมืองไมนซ์ ประเทศเยอรมนี ขึ้นมานั่นเอง
00ข้อมูลพันธุกรรมจากจีน
ในวันที่ 10 มกราคม 2020 ทีมนักวิจัยด้านพันธุกรรมของจีน เผยแพร่ผลการจำแนกพันธุกรรมของ โคโรนาไวรัส สายพันธุ์ใหม่ที่ก่อให้เกิดโรคโควิด-19 ไว้บนเว็บไซต์สำหรับตีพิมพ์ผลงานวิจัยที่ยังไม่ผ่านการตรวจสอบทบทวน
ในเวลาเพียงสัปดาห์เดียว ไวส์แมน กับ ทีมวิจัยของมหาวิทยาลัยแห่งเพนซิลเวเนีย ก็สามารถสังเคราะห์เอ็มอาร์เอ็นเอ ของ “ซาร์ส-โควี-2” ไวรัสที่ก่อให้เกิดโรคโควิด-19 ได้สำเร็จ
ทั้งโมเดอร์นา และ ไฟเซอร์ ยื่นขออนุญาตเพื่อนำเอาสูตรเอ็มอาร์เอ็นเอ สังเคราะห์ดังกล่าวไปใช้เพื่อพัฒนาวัคซีนจากมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนียนี่เอง
หลังจากนั้นเพียง 66 วัน โมเดอร์นา ที่ทำงานแข่งกับเวลาภายใต้ความร่วมมือจาก สถาบันโรคภูมิแพ้และโรคติดเชื้อแห่งชาติ (เอ็นไอเอไอดี) ของสหรัฐอเมริกา ก็ประสบความสำเร็จในการพัฒนาวัคซีนสำหรับป้องกันโรคโควิด-19 และพร้อมที่จะเริ่มต้นการทดลองในคนระยะแรกแล้ว
ไฟเซอร์นำสูตรสังเคราะห์เอ็มอาร์เอ็นเอ ของมหาวิทยาลัยเพนซิลเวเนีย ไปทำงานร่วมกับ ไบโอเอ็นเทค ที่มี คาริโค เป็นรองประธานบริษัท ไบโอเอ็นเทค มีคำสั่งเป็นการภายในระงับงานวิจัยอื่นๆ ทั้งหมด รวมทั้งการผลิตวัคซีนเพื่อป้องกันมะเร็งเป้าหมายหลักของบริษัทไว้ชั่วคราว เพื่อทุ่มเททรัพยากรและทรัพยากรบุคคลทั้งหมดให้กับการพัฒนาวัคซีนโควิด-19 และประสบความสำเร็จในเวลาไล่เรี่ยกับโมเดอร์นานั่นเอง
วัคซีนทั้งของ โมเดอร์นา (ชื่อรหัส เอ็มอาร์เอ็นเอ-1273) และ ของไฟเซอร์/ไบโอเอ็นเทค (บีเอ็นที 162บี2) เป็นวัคซีนชนิดเดียวกัน คือ “เอ็มอาร์เอ็นเอวัคซีน” และนอกจากจะใช้สูตรสังเคราะห์เอ็มอาร์เอ็นเอเดียวกันแล้ว ยังใช้หลักการทำงานของวัคซีนแบบเดียวกันอีกด้วย
วัคซีนทั้งสองตัว ใช้เอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์ที่มีรหัสคำสั่งให้เซลล์ผลิตหนามโปรตีน ซึ่งเป็นลักษณะเด่นของ ซาร์ส-โควี-2 เหมือนกัน ใช้วิธีหุ้มเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์ดังกล่าวไว้ในอนุภาคไขมันขนาดนาโนซึ่งทำหน้าที่เป็นเหมือนเกราะกำบังหรือเสื้อคลุมล่องหน ให้กับเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์ ทำให้สามารถเข้าสู่เซลล์ในร่างกายมนุษย์ได้โดยไม่กระตุ้นให้ภูมิคุ้มกันเกิดต่อต้านขึ้นมา
เมื่อเซลล์ในร่างกายได้รับเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์เข้าไปก็จะใช้สำเนาคำสั่งดังกล่าวผลิตหนามโปรตีนขึ้น ซึ่งจะกลายเป็นตัวกระตุ้นให้ระบบภูมิคุ้มกัน ผลิตเซลล์พิเศษขึ้นมาเพื่อต่อสู้กับหนามโปรตีนดังกล่าว และทำหน้าที่ปกป้องร่างกายจากเซลล์ไวรัสที่มีหนามทำนองเดียวกันในอนาคตด้วย
00รากฐานวัคซีนในอนาคต
นายแพทย์ ออตโต หยาง ศาสตราจารย์แผนกโรคติดเชื้อและพันธุกรรมโมเลกุล ของมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส สหรัฐอเมริกา ให้ความเห็นเอาไว้ว่า วัคซีนของโมเดอร์นา และ ไฟเซอร์/ไบโอเอ็นเทค ประสบความสำเร็จสูงมากในการกระตุ้นภูมิคุ้มกัน เนื่องจากเป็นวัคซีนที่ “เลียนแบบการติดเชื้อไวรัสตามธรรมชาติ” นั่นเอง
ข้อสังเกตของ นายแพทย์หยางก็คือ ระบบภูมิคุ้มกันที่วัคซีนสร้างขึ้นก่อให้เกิดแอนติบอดีขึ้นในเลือด, ในเนื้อเยื่อและในสารคัดหลั่งในร่างกาย เพื่อขจัดไวรัสออกไป อย่างไรก็ตาม แอนติบอดี ที่เกิดขึ้นนี้ไม่สามารถเข้าถึงภายในเซลล์ในร่างกายได้ หากไวรัสสามารถเข้าถึงเซลล์ได้แล้วระบบภูมิคุ้มกันจะสร้างเซลล์พิเศษขึ้นมาเรียกว่า “ทีเซลล์” หรือ “ซีดี8 ที เซลล์” ทำหน้าที่สแกนผิวเซลล์ทุกเซลล์ เพื่อดูว่ามีไวรัสอยู่ภายในหรือไม่ หากพบก็จะเตือนและเข้าล้อมสังหารเซลล์ดังกล่าวทันที
ข้อได้เปรียบของเอ็มอาร์เอ็นเอวัคซีนก็คือ มันสามารถกระตุ้นให้เกิดได้ทั้งแอนติบอดี และ ทีเซลล์ ขึ้นได้ ในขณะที่วัคซีนบางประเภท บางชนิด ทำได้เพียงกระตุ้นให้ร่างกายสร้างแอนติบอดีเท่านั้น
หยางระบุว่า เอ็มอาร์เอ็นเอ วัคซีน เป็นเทคโนโลยีวัคซีนแรกสุดที่ทำให้เราสามารถสร้าง ทีเซลล์ ขึ้นในร่างกายได้ โดยไม่จำเป็นต้องฉีดไวรัสที่มีชีวิตเต็มรูปแบบเข้าไปในร่างกาย
แต่ข้อได้เปรียบใหญ่หลวงที่สุด ที่ทำให้เทคโนโลยี เอ็มอาร์เอ็นเอวัคซีน ซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วว่าได้ผลในครั้งนี้ กลายเป็นรากฐานสำคัญในการพัฒนาสารพัดวัคซีนในอนาคตก็คือ เราสามารถเปลี่ยนสูตรวัคซีนให้สามารถป้องกันโรคอื่นๆ ได้ง่ายมาก เพียงแค่เปลี่ยนตัวเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์ไปเป็นเอ็มอาร์เอ็นเอสังเคราะห์ที่สั่งการให้สร้างโปรตีนชนิดอื่นที่ต้องการในการป้องกันโรคนั้นๆ เท่านั้นเอง
จัสติน ริชเนอร์ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านจุลชีววิทยาและภูมิคุ้มกันวิทยาของมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ สหรัฐอเมริกา บอกว่า นักวิทยาศาสตร์เพียงแค่ต้องค้นหาให้พบว่า ส่วนของพันธุกรรมไหนที่เป็นจุดเด่นจริงๆ ของเชื้อก่อโรคนั้นๆ ให้ได้เท่านั้น การจำแนกพันธุกรรม และสังเคราะห์อาร์เอ็นเอขึ้นนั้นสามารถทำได้อย่างรวดเร็วภายในเวลาเป็นสัปดาห์เหมือนเช่นที่การสังเคราะห์เอ็มอาร์เอ็นเอของซาร์ส-โคฟ-2 พิสูจน์ให้เห็นแล้ว
ความสำเร็จในการพัฒนาวัคซีนโควิด-19 ด้วยเทคโนโลยี เอ็มอาร์เอ็นเอ ครั้งนี้จึงเป็นรากฐานอันมั่นคงในการพัฒนาวัคซีนในอนาคต ให้เร็วและมีประสิทธิภาพอย่างที่ต้องการกันนั่นเอง
