ทะลุกรอบ | ป๋วย อุ่นใจ
กำราบเม็ดเลือดขาวทรยศ
กดมะเร็ง
ด้วยสาหร่าย
เหมือนโลกนี้กลับตาลปัตร เมื่อนักวิจัยจากแดนมังกร เสิ่นเจิ้น เปิดตัวเทคโนโลยีสุดพิลึกพิลั่น “ระบบนำร่องกำราบมะเร็งด้วยเซลล์สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน” ออกมาในวารสาร Cell Reports Physical Sciences
งานนี้ได้แรงบันดาลใจมาจากงานวิจัยโบร่ำโบราณของเทวะกิ ภยา (Devaki Bhaya) นักวิจัยสังคมจุลินทรีย์จากสถาบันคาร์เนกี้ (The Carnegie Institution) มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด (Stanford University) ที่ศึกษาแบบแผนการเคลื่อนที่ติดตามแสงของสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน (blue green algae) หรือไซแอนโนแบคทีเรีย (Cyanobacteria)
ในปัจจุบัน การอ้างถึงสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน มักนิยมใช้คำว่าไซแอนโนแบคทีเรียมากกว่าคำว่าสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน ทั้งนี้เพราะว่าสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินมีลักษณะเซลล์เป็นแบบโปรคาริโอต ซึ่งจะมีโครงสร้างที่ใกล้เคียงกับแบคทีเรียมากกว่าสาหร่ายที่เป็นเซลล์แบบยูคาริโอต
ดังนั้น ในบทความนี้จะขอเรียกสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินว่า “ไซแอน” ซึ่งย่อมาจากไซแอนโนแบคทีเรีย
ภาพแบบแผนการเจริญเติบโตเป็นรูปร่างนิ้วมือตามแสงของไซแอน Synechocystis
(เครดิตภาพ : Devaki Bhaya Lab)
ในปี 2008 เทวะกิและแมตธิว เบอร์เรียสซี (Matthew Burriesci) ลูกศิษย์ปริญญาตรีของเธอตีพิมพ์เปเปอร์รายงานผลการติดตามการเคลื่อนที่ตอบสนองต่อแสงของไซแอนเซลล์เดียวที่ชื่อ Synechocystis sp. strain PCC6803 บนอาหารเลี้ยงเชื้อออกมาในวารสาร Journal of Photochemistry and Photobiology B : Biology
ซึ่งในงานนี้ ทั้งเทวะกิและแมตธิวสามารถเข้าใจแบบแผนของการเคลื่อนที่เข้าหาแสงที่ดูเผินๆ แล้วมีรูปร่างคล้ายนิ้ว (finger like projection) ของไซแอนได้อย่างถ่องแท้ ถึงขนาดที่สามารถสร้างแบบจำลองพฤติกรรมที่สามารถอธิบายกลไกการเคลื่อนที่เข้าหาแสงของไซแอนได้อย่างละเอียดถึงระดับเซลล์
น่าสนใจ ถ้าไซแอนเคลื่อนที่เข้าหาแสง เป็นไปได้มั้ยที่จะใช้แสงในการนำทางสาหร่าย? หลินเถา ไช่ (Lintao Cai) วิศวกรการแพทย์และทีมวิจัยของเขาจากสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์จีน (Chinese Academy of Science) ในเสิ่นเจิ้นคิด
พวกเขาอยากที่จะพัฒนาระบบนำร่องอัจฉริยะเพื่อมุ่งเป้าจัดการกับมะเร็ง!!
ภาพเซลล์ไซแอนที่มีอนุภาคนาโนพอลิเมอร์ฝังเอสไออาร์เอ็นเอต้าน CSF1R (credit: Zhu D et al. 2024 https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.102301)
อย่างที่เคยเล่าให้ฟังไปในทะลุกรอบในสัปดาห์ก่อนๆ ว่ามะเร็งร้ายนั้นอาจซับซ้อนกว่าที่คิด ในมะเร็งหนึ่งก้อนอาจมีเซลล์ได้สารพัดรูปแบบ และหนึ่งในเซลล์วายร้ายที่คอยช่วยปกปิดไม่ให้ภูมิคุ้มกันของร่างกายตรวจหามะเร็งเจอ ก็คือ “แม็กโคเฟจที่อาศัยอยู่กับมะเร็ง” หรือที่เรียกว่า Tumor associated macrophage หรือ TAM”
แม็กโครเฟจ โดยปกติแล้ว จะเป็นเม็ดเลือดขาวที่ทำหน้าที่กำจัดสิ่งแปลกปลอมที่เข้ามาในร่างกายไม่ว่าจะเป็นแบคทีเรีย ปรสิต และอื่นๆ โดยการเขมือบเข้าไป ย่อยสลาย ไปจนถึงการกระตุ้นการอักเสบ ทว่า TAM กลับเป็นแม็กโครเฟจที่แปรพักตร์ หันไปสมคบคิดกับเซลล์มะเร็ง
แทนที่จะกระตุ้นให้เซลล์ในระบบภูมิคุ้มกันมาช่วยกันจัดการกับมะเร็งให้หมดสิ้นไป เม็ดเลือดขาวทรยศ TAM จะยับยั้งการทำงานของเซลล์เม็ดเลือดขาวอื่นๆ เช่น เซลล์เดนดริติก และเซลล์ที (CD8+ T Cell) ไม่ให้ส่งสัญญาณกระตุ้นการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันมาที่มะเร็ง
ยิ่งไปกว่านั้น TAM ยังหลั่งโปรตีนออกมาสนับสนุนให้มีการงอกเส้นเลือดออกมาหล่อเลี้ยงก้อนมะเร็งเจริญเติบโตได้อีก
หลินเถาและทีมเชื่อว่าถ้าเราสามารถเปลี่ยนใจแม็กโครเฟจทรยศพวกนี้ให้หันกลับมาสวามิภักดิ์เราได้อีกครั้ง มะเร็งก็จะม้วยมรณัง
แต่คำถามก็คือ เราจะทำยังไงให้ TAM หันกลับมาอยู่ข้างเราอีกครั้ง และนั่นคือความท้าทาย
คำตอบอาจจะอยู่ที่การแสดงออกของโปรตีนชนิดหนึ่ง ที่ชื่อว่า colony-stimulating factor 1 receptor (CSF1R) เพราะถ้า TAM ผลิตโปรตีน CSF1R มาก พวกมันก็จะเริ่มทำหน้าที่เพี้ยนไปมาก และจะมีพฤติกรรมที่คอยสนับสนุนและซุกซ่อนมะเร็งที่ชัดเจน
แต่ถ้าเราบังคับให้ TAM ยอมลดการสร้างโปรตีน CSF1R ของพวกมันลงมาได้สำเร็จ เซลล์ TAM ก็จะเปลี่ยนกลับไปเป็นแม็กโครเฟจอีกประเภทหนึ่งที่เรียกว่า M1 ที่จะช่วยส่งสัญญาณกระตุ้นให้ภูมิคุ้มกันเข้ามาทำงานจัดการกับเซลล์มะเร็งและสิ่งแปลกปลอม อีกทั้งยังช่วยกระตุ้นการอักเสบอีกด้วย
ประเด็นคือเราจะทำยังไงให้เซลล์แม็กโครเฟจทรยศอย่าง TAM ยอมที่จะเปลี่ยนตัวเอง
สิ่งที่ต้องทำก็คือต้องหาวิธีนำส่งชิ้นอาร์เอ็นเอสายสั้นๆ ที่เรียกว่าเอสไออาร์เอ็นเอ (siRNA) ที่มุ่งเป้า CSF1R เข้าไปภายใน TAM ให้ได้
เมื่อเอสไออาร์เอ็นเอเข้าไปในเซลล์แล้ว เซลล์จะอ่านรหัสพันธุกรรมของเอสไออาร์เอ็นเอที่ใส่เข้าไปและเริ่มกำจัดเอ็มอาร์เอ็นเอที่มีรหัสแบบเดียวกันออกไปจนเกือบหมดสิ้น และเมื่อไม่มีเอ็มอาร์เอ็นเอ โปรตีนก็จะไม่ถูกสร้างขึ้นมาเช่นกัน
การสั่งให้ TAM เปลี่ยนพฤติกรรมนั้น จริงๆ แล้ว ไม่ยาก แค่ออกแบบเอสไออาร์เอ็นเอแล้วใส่เข้าไปก็จบ ในเรื่องนี้ ความยากจริงๆ แล้ว จะอยู่ที่ว่าจะทำยังไงให้การนำส่งเอสไออาร์เอ็นเอเข้าสู่เซลล์นั้นเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ
และตรงนี้เองที่ไซแอนเข้ามามีบทบาท หลินเถาปิ๊งไอเดียเด็ด ก็ถ้าไซแอนนั้นชอบเคลื่อนที่เข้าหาแสง งานวิจัยก็มีให้เห็นชัดเจน อีกทั้งแมตธิวและเทวะกิก็สร้างแบบจำลองเอาไว้ให้เสร็จเรียบร้อยแล้วด้วย แล้วทำไมเราไม่เอาเอสไออาร์เอ็นเอไปใส่ในไซแอน แล้วเอาไซแอนใส่เข้าไปในร่างกาย แล้วส่องแสงไปที่มะเร็ง ล่อให้ไซแอนตามแสงพาเอสไออาร์เอ็นเอของเราไปปล่อยไว้ที่ก้อนมะเร็งเพื่อจัดการกับเม็ดเลือดขาวทรยศล่ะ?
พวกเขาเริ่มคิดหาวิธีแพ็คเอสไออาร์เอ็นเอเข้าไปที่ไซแอน และได้ออกแบบอนุภาคนาโนพอลีเมอร์เรย์ที่เรียกว่า triblock polyamino acid ที่นอกจากจะสามารถกักเก็บเอสไออาร์เอ็นเอได้อย่างอยู่รอดปลอดภัยแล้ว อนุภาคนาโนพอลิเมอร์นี้ยังเหมาะแก่การยึดติดกับเซลล์ของไซแอนได้อีก
เมื่อออกแบบและประกอบร่างสำเร็จ ทีมเสิ่นเจิ้นก็เริ่มทดสอบเซลล์ไซแอนติดอนุภาคนาโนพอลิเมอร์กันทันทีอย่างยิ่งใหญ่อลังการ เริ่มตั้งแต่เซลล์ ได้จนถึงออร์แกนอยด์ (organoid) ได้จนถึงสัตว์ทดลอง (หนู)
ที่น่าตื่นเต้นที่สุดคือผลที่ได้นั้นดีเกินคาด ไซแอนเองมีพฤติกรรมตามแสงตามที่ต้องการ การให้ไซแอนผสมอนุภาคนาโนเข้าในเซลล์ TAM สามารถลดการแสดงออกของ CSF1R ได้ปรับพฤติกรรมของเซลล์ไปได้อย่างชัดเจน เซลล์ TAM ยอมเปลี่ยนพฤติกรรมดังที่คาด และเริ่มส่งสัญญาณกระตุ้นภูมิจัดการมะเร็งออกมาตามที่ควรจะเป็น
ผลของการทดลองในออร์แกนอยด์และหนูก็น่าตื่นเต้นไม่แพ้กัน เพราะชัดเจนมากว่าไซแอนสามารถนำส่งเอสไออาร์เอ็นเอได้อย่างดีเลิศประเสริฐยิ่งไม่ต่างจากที่เห็นในเซลล์
ที่จริง ผลการทดลองในออร์แกนอยด์และหนูทดลองนั้นให้ผลดูดีกว่าที่คิดไว้ในตอนแรก ทั้งนี้เพราะไซแอนนั้นจะถูกเหนี่ยวนำเข้าหาแสง ตรงไหนไม่ค่อยมีแสงพวกมันจะไม่นิยม ทำให้พวกมันไปสะสมอยู่แต่ตรงบริเวณที่ยิงแสงล่อเป้าไว้แล้วเท่านั้น
และเนื่องจากไซแอนเป็นสิ่งมีชีวิตที่สามารถสร้างพลังงานได้จากการสังเคราะห์แสง ตรงไหนไม่มีแสง พวกมันก็จะไม่ไปเจริญเติบโต และจะถูกร่างกายของสัตว์ทดลองกำจัดออกไปอย่างรวดเร็ว
และที่เด็ดที่สุดก็คือการสังเคราะห์แสงของไซแอนนั้นผลิตออกซิเจนได้ซึ่งทำให้สภาวะแวดล้อมที่ขาดออกซิเจนในก้อนมะเร็งที่เรียกว่าไฮพอกเซีย (hypoxia) นั้นลดลง ซึ่งจะเป็นผลดีต่อการทำงานของเซลล์ของภูมิคุ้มกันและการเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษาแบบภูมิคุ้มกันบำบัด (immunotherapy)
ทีมเสิ่นเจิ้นเผยว่าพวกเขามีแผนขั้นต่อไปที่อาจจะพัฒนา ไม่ใช่แค่นำส่งเอสไออาร์เอ็นเอ แต่อาจจะไปไกลถึงเอนไซม์ที่ใช้ในการแก้ไขยีนอย่าง CRISPR-Cas
แม้ว่าทีมจีนจะเอางานวิจัยของเธอมาประยุกต์ต่อยอดไปไกล สำหรับเทวะกิ ก็มีบ้างที่จะผลักดันไปในแนวใหม่ๆ ตอนนี้งานของเธอเน้นไปทางศึกษาโอมิกส์ และอาจจะมีแนวประยุกต์ใช้บ้างในมุมชีววิทยาสังเคราะห์ แต่ไม่ว่ายังไงแก่นแท้ของความสนใจของเธอก็ยังยึดโยงอยู่กับจุลินทรีย์ในสิ่งแวดล้อมที่เอ็กซ์ตรีม โดยเฉพาะอย่างยิ่งไซแอน “ฉันอาจจะติดอยู่แหง็กอยู่กับไซแอนโนแบคทีเรียก็ได้นะ แต่ฉันก็ยินดีนะ” เทวะกิกล่าว งานของเธอแม้จะเบสิก พื้นฐานแบบสุดสุด ดูว่าสาหร่ายตามแสงได้ยังไง
เป็นงานที่ทำเพราะความอยากรู้ ทำเอามันส์ล้วนๆ แต่สิ่งที่ชัดเจนมากสำหรับงานนี้ก็คือแม้แต่งานวิจัยพื้นฐานแบบทำเอามันส์ ก็อาจจะนำมาประยุกต์ใช้ได้อย่างน่าอัศจรรย์ได้เช่นกัน
ใครจะไปนึกว่าจะมีใครบ้าพอจะเอาไซแอนมาใช้กำราบเม็ดเลือดขาวทรยศเพื่อลดความร้ายกาจของมะเร็ง!
ของแบบนี้มันขึ้นกับความสร้างสรรค์และจินตนาการ
สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj
— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022
