Alienum phaedrum torquatos nec eu, vis detraxit periculis ex, nihil expetendis in mei. Mei an pericula euripidis, hinc partem.
 

อนาคตงานวิจัยจะเป็นอย่างไร เมื่อนักวิทยาศาสตร์ใช้หุ่นยนต์มาช่วยเลี้ยงเซลล์

อนาคตงานวิจัยจะเป็นอย่างไร เมื่อนักวิทยาศาสตร์ใช้หุ่นยนต์มาช่วยเลี้ยงเซลล์

กว่าจะมาเป็นงานวิจัยสักชิ้น นอกจากการคิดและออกแบบวิธีวิจัยอย่างรัดกุมแล้ว ยังต้องปฏิบัติตามขั้นตอนต่างๆตามที่ได้วางแผนเอาไว้อย่างเคร่งครัดอีกด้วย แต่แม้นักวิทยาศาสตร์จะทำงานด้วยความละเอียดลออเพียงใด ก็ยังมีความเสี่ยงที่จะเกิดข้อผิดพลาดจนนำไปสู่ผลการทดลองที่ล้มเหลวได้

แนวคิดที่จะใช้หุ่นยนต์เข้ามามาทำงานซ้ำๆแทนนักวิทยาศาสตร์จึงเกิดขึ้น

ล่าสุดเมื่อวันที่ 17 พฤษภาคม ค.ศ. 2018 ทีมนักวิทยาศาสตร์นำโดย สเตฟาน เซอร์นิเอกิ (Stefan Czerniecki) จาก มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน (University of Wisconsin) ได้ตีพิมพ์รายงานวิจัยว่าด้วยความสำเร็จในการใช้หุ่นยนต์เพาะเลี้ยงเซลล์แบบอัตโนมัติผ่านวารสาร Cell Stem Cell

การค้นคว้านี้จะช่วยทุ่นแรงทั้งยังลดความผิดพลาดที่เกิดจากมนุษย์ลงไปได้มากทีเดียว

ในงานวิจัยทางชีววิทยา ก่อนที่นักวิทยาศาสตร์จะข้ามไปทดลองกับสัตว์ทดลองหรือในมนุษย์ ส่วนใหญ่แล้วจะเริ่มต้นจากศึกษาในเซลล์หรือเนื้อเยื่อที่เลี้ยงไว้ในห้องปฏิบัติการซึ่งควบคุมปัจจัยต่างๆได้ง่ายกว่า

เทคนิคการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ (tissue culture) แบบดั้งเดิมจะสร้างแผ่นเซลล์แบบสองมิติที่เติบโตอยู่ตามผนังขวดเลี้ยงเชื้อ แต่วิธีการนี้ไม่สามารถสะท้อนสภาพที่แท้จริงของอวัยวะต่างๆได้ดีนัก ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์จึงนิยมหันไปเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อแบบสามมิติ (3D culture) เพื่อสร้างอวัยวะจำลองขนาดเล็กที่เรียกว่า ออร์แกนอยด์ (organoid) ขึ้น แน่นอนว่ามันยุ่งยากกว่าเดิมมาก

ในการสร้างอวัยวะจิ๋ว นักวิทยาศาสตร์จะเพาะเลี้ยงออร์แกนอยด์ในจานหลุมซึ่งอาจจะมากถึงร้อยหลุม การจะดูดหรือหยอดสารละลายปริมาตรไม่กี่ไมโครลิตรจากหลุมเล็กๆเป็นร้อยๆหลุมนับว่าเป็นงานช้าง (นี่ยังไม่นับการดูแลรักษาออร์แกนอยด์)

ในงานวิจัยนี้ ทีมนักวิจัยติดตั้งอุปกรณ์ดูดสารละลายเข้ากับแขนกลแล้วสั่งให้มันดูดเซลล์ต้นกำเนิดมาหยอดลงถาดหลุมชนิด 96 หลุมกับ 384 หลุมจากนั้นใช้เวลา 21 วันในการประคบประหงมและใส่สารต่างๆเข้าไปเพิ่มเติมเพื่อเหนี่ยวนำเซลล์เหล่านี้ให้กลายเป็นออร์แกนอยด์ไตซึ่งก็คือไตขนาดจิ๋ว โดยแต่ละหลุมบรรจุออร์แกนอยด์ไว้ราว 10 ก้อน ดังนั้นจานหลุมแต่ละจานจึงมีออร์แกนอยด์อยู่นับพันก้อน

ดร.เบนจามิน ฟรีดแมน (Benjamin Freedman) หัวหน้าหน่วยวิจัยฟื้นฟูไตจากสภาวะเสื่อม มหาวิทยาลัยวอชิงตันหนึ่งในทีมวิจัยให้ความเห็นเพิ่มเติมว่าการดูแลก้อนออร์แกนอยด์จำนวนขนาดนี้เพียงแค่ขั้นตอนการเตรียมการทดลองซึ่งนักวิจัยต้องใช้เวลาทั้งวันแต่หุ่นยนต์ทำได้ในเวลา 20 นาทีเท่านั้น นอกจากนี้หุ่นยนต์ไม่รู้จักคำว่าเหน็ดเหนื่อยและผิดพลาด จึงไม่ต้องสงสัยเลยว่าสำหรับการทำงานที่มีขั้นตอนซ้ำไปซ้ำมาและน่าเบื่อหน่ายเช่นนี้หุ่นยนต์ทำได้ดีกว่ามนุษย์มากๆ

หุ่นยนต์ไม่ได้เพียงแต่ทำหน้าที่เป็นเนอร์สเซอรีเท่านั้นคณะนักวิจัยยังตั้งโปรแกรมให้มันทำหน้าที่วิเคราะห์คุณสมบัติของออร์แกนอยด์ในระดับโมเลกุลได้อีกด้วย ทีมนักวิทยาศาสตร์ใช้การตรวจ RNA ออร์แกนอยด์เพื่อช่วยยืนยันว่าออร์แกนอยด์ที่ได้มานั้นเป็นไตจริงๆ ผลการวิเคราะห์ชี้ชัดว่าแม้เซลล์ส่วนใหญ่จะเป็นองค์ประกอบของไตแต่บางส่วนนั้นยังไม่ใช่

ดร.เบนจามินให้ความเห็นว่าการใช้หุ่นยนต์มาช่วยย่นระยะเวลาทำงานในส่วนนี้จะยิ่งเกิดประโยชน์มากขึ้น ต่อไปนักวิทยาศาสตร์จะสามารถปรับเปลี่ยนตัวแปรและเงื่อนไขต่างๆในการทดลองได้สะดวกและคล่องตัวมากขึ้นเพราะผลลัพธ์จะคลอดออกมาในเวลาอันรวดเร็วจนเราอาจจะได้เห็นออร์แกนอยด์ไตที่สมบูรณ์ในเวลาอีกไม่นาน

 

คณะนักวิจัยสาธิตแนวคิดดังกล่าวโดยการทดลองเพิ่มสารกระตุ้นการเจริญเติบโตเข้าไปในอาหารก็พบว่าเซลล์ต้นกำเนิดเปลี่ยนแปลงไปเป็นหลอดเลือดได้ดีขึ้นทำให้ได้ออร์แกนอยด์ที่คล้ายกับไตมากขึ้น

เป้าหมายสูงสุดของการผลิตออร์แกนอยด์คือการนำมาใช้เป็นต้นแบบในการศึกษาอวัยวะจริง ทีมนักวิจัยจึงทดลองใส่สารที่มีพิษต่อไตลงไปเพื่อศึกษาลักษณะของเซลล์ที่เปลี่ยนแปลงไป นอกจากนี้ยังสร้างออร์แกนอยด์กลายพันธุ์เลียนแบบโรคถุงน้ำในไต (polycystic kidney disease) ซึ่งเป็นโรคทางพันธุกรรมอันนำไปสู่ภาวะไตวายซึ่งพบได้ 1 ใน 600 คนและทดลองใส่สารต่างๆลงไปเพื่อศึกษาว่าสารใดบ้างที่ส่งผลต่อความรุนแรงของโรค

ที่น่าประหลาดใจคือสารเบลบบิสตาทิน (blebbistatin) ทำให้ออร์แกนอยด์แสดงอาการของโรครุนแรงมากขึ้นสารนี้เป็นตัวยับยั้งการสร้างโปรตีนไมโอซิน (myosin) โปรตีนตัวนี้ทำให้กล้ามเนื้อของเรายืดหดได้ นี่จึงเป็นรายงานชิ้นแรกที่ยืนยันว่าการสร้างไมโอซินที่ผิดพลาดไปนั้นมีส่วนเกี่ยวข้องกับโรคถุงน้ำในไต

ดร.เบนจามินอธิบายเพิ่มเติมว่าบางทีไมโอซินอาจช่วยทำให้เนื้อเยื่อส่วนที่เป็นท่อของหน่วยไตยืดหดได้ การขาดความสามารถนี้ไปจึงเร่งการก่อตัวของถุงน้ำ

แน่นอนว่างานวิจัยทั้งหมดนี้ ทีมนักวิทยาศาสตร์เป็นคนวางแผนและแปลผลการทดลอง ส่วนการเลี้ยงเซลล์และใส่สารต่างๆตามเงื่อนไขที่ออกแบบไว้เป็นงานของหุ่นยนต์ทั้งหมด!

ใช่ว่าหุ่นยนต์จะมาแทนที่นักวิทยาศาสตร์ในไม่ช้า แต่การประสานงานระหว่างมันสมองอันช่างคิดของนักวิทยาศาสตร์กับมือกลของหุ่นยนต์ที่ทำงานได้อย่างไม่อ่อนล้าจะทำให้วงการวิทยาศาสตร์ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็วอย่างไม่มีใครคาดเดาได้ในอนาคต

 

บทความโดย  อาจวรงค์  จันทมาศ

อ้างอิง

https://newsroom.uw.edu/news/robots-grow-mini-organs-human-stem-cells

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(18)30216-9

 

Date

มิถุนายน 25, 2018

Category

STEM NEWS