Stem cell

ความก้าวหน้าครั้งใหม่ของงานวิจัยเซลล์ต้นตอ:
การพัฒนาต้นแบบเพื่อศึกษาโรคของมนุษย์ในจานเพาะเลี้ยงเชื้อ

เมื่อประมาณหนึ่งปีกว่าที่ผ่านมา นายเจมส์ ทอมป์สัน จากมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน ได้รายงานการค้นพบเซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนชนิดใหม่ เซลล์ต้นตอชนิดใหม่นี้ได้ถูกพัฒนาโดยการใส่ยีนบางชนิดเข้าไปในเซลล์ผิวหนังซึ่งเป็นเซลล์ที่เจริญวัยเต็มที่แล้วเพื่อเข้าไปกระตุ้นให้เซลล์หยุดการทำหน้าที่เป็นเซลล์ผิวหนังและเปลี่ยนคุณสมบัติไปเป็นเซลล์ต้นตอ
ในการใช้รีโทรไวรัส (Retrovirus) เพื่อเป็นพาหะ (Vector) ในการนำยีนสี่ชนิดเข้าไปในดีเอ็นเอของเซลล์ผิวหนัง และเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ผิวหนังไปเป็นเซลล์ต้นตอจะใช้ระยะเวลาประมาณ 3-4 สัปดาห์ ซึ่งเรียกกระบวนการนี้ว่า สไปลซิ่ง (Splicing) เซลล์ผิวหนังที่ถูกเปลี่ยนคุณสมบัตินี้จะมีคุณลักษณะเช่นเดียวกับเซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนคือเป็นเซลล์ชนิดพลูริโพเทนท์ (Pluripotent) ซึ่งสามารถเปลี่ยนไปเป็นเนื้อเยื่อได้เกือบทุกชนิดในร่างกายมนุษย์ ถึงแม้ว่าเซลล์ผิวหนังที่ถูกเปลี่ยนคุณสมบัตินี้จะไม่ได้มีลักษณะทางพันธุกรรมที่เหมือนกับเซลล์ต้นตอทุกประการ แต่เซลล์ชนิดนี้ก็มีคุณสมบัติทางชีวเคมีที่เหมือนกับเซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนอยู่หลายประการเป็นต้นว่า สัณฐานวิทยาหรือรูปลักษณะ (Morphology) การแบ่งตัว (Proliferation) แอนติเจนบนผิวของเซลล์ (Surface Antigens) การแสดงออกของยีน (Gene Expression) และการทำปฏิกิริยากับเอนไซม์เทโลเมอเรส (Telomerase Activity)
การค้นพบวิธีการเปลี่ยนคุณสมบัติเซลล์เช่นนี้ถือเป็นความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่อีกครั้งของงานวิจัยเซลล์ต้นตอ เพราะกระบวนการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์นี้จะทำให้สามารถสร้างเซลล์ต้นตอได้อย่างมากมายเพื่อนำมาใช้ในการรักษาโรคต่างๆของมนุษย์ได้ การนำเซลล์ผิวหนังที่ถูกเปลี่ยนคุณสมบัติมาใช้นั้นหมายความว่าการรักษาโรคโดยการใช้เซลล์นี้ก็สามารถทำให้มีลักษณะที่จำเพาะกับผู้ป่วยแต่ละบุคคลได้ ซึ่งเท่ากับเป็นการลดความเสี่ยงของการเกิดการต่อต้านจากร่างกายผู้ป่วย เพราะการเปลี่ยนคุณสมบัติที่นิวเคลียสของเซลล์ (Nuclear Reprogramming) นั้นจะสามารถสร้างเซลล์ต้นกำเนิดที่เหมือนกับเซลล์ต้นตอจากเซลล์ของผู้ป่วยเองได้ ในท้ายที่สุดเซลล์ที่ได้รับมาจากผู้ป่วยนี้จะสามารถนำมาเปลี่ยนคุณสมบัติและนำมาเพาะเลี้ยงเป็นเนื้อเยื่อที่เหมาะสมเพื่อปลูกถ่ายกลับเข้าไปให้กับผู้ป่วยโดยที่ไม่ต้องเป็นกังวลเรื่องการต่อต้านจากภูมิคุ้มกัน (Immune Rejection) ของผู้ป่วยเอง ซึ่งกระบวนการเปลี่ยนคุณสมบัติเช่นนี้ไม่ต้องมีการใช้ไข่ของมนุษย์ และไม่ต้องมีการทำลายตัวอ่อน
การค้นพบครั้งนี้ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษากลไกของการเกิดโรคในจานเพาะเลี้ยงเชื้อได้ โดยทีมนักวิทยาศาสตร์กลุ่มหนึ่งที่ทำการวิจัยศึกษาการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ได้ประสบความสำเร็จในการนำเซลล์ที่ถูกเปลี่ยนคุณสมบัติมาใช้ในการสร้างต้นแบบของโรคกล้ามเนื้อกระดูกสันหลังฝ่อ (Spinal Muscular Atrophy (SMA)) ซึ่งเป็นโรคที่เกี่ยวกับความผิดปกติทางพันธุกรรมที่พบได้บ่อย และเป็นสาเหตุที่ทำให้เด็กทารกเสียชีวิตในประเทศสหรัฐอเมริกา โดยที่เด็กทารกที่ป่วยด้วยโรคนี้จะไม่มีแรงที่กล้ามเนื้อหรือเป็นอัมพาต และอาจจะเสียชีวิตได้ในเด็กที่มีอายุไม่เกิน 2 ปี โรคกล้ามเนื้อกระดูกสันหลังฝ่อจะเกิดจากการที่ยีนชนิดหนึ่งที่ควบคุมการสร้างโปรตีนที่มีชื่อว่า Survival Motor Neuron (SMN) ในร่างกายมนุษย์ขาดหายหรือกลายพันธุ์ไป โดยปกติโปรตีน SMN จะอยู่ในเซลล์ประสาทของมนุษย์ ซึ่งถ้าโปรตีน SMN นี้มีปริมาณไม่เพียงพอ จะมีผลกระทบที่รุนแรงต่อเซลล์ประสาทสั่งการ (Motor Neurons) ซึ่งเป็นเซลล์ประสาทส่วนที่อยู่ในไขสันหลังและทำหน้าที่ควบคุมการส่งใยประสาท (Nerve Fibers) ไปให้กับกล้ามเนื้อทั่วร่างกาย โปรตีน SMN มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการอยู่รอดและสภาพของเซลล์ประสาทสั่งการ โดยถ้าปราศจากโปรตีนชนิดนี้เซลล์ประสาทจะฝ่อหรือหดเล็กลงจนตาย เมื่อเซลล์ประสาทฝ่อลงจะทำให้กระดูกอ่อนแอและกระดูกสันหลังผิดรูป (Spinal Deformities) ซึ่งจะส่งผลให้สูญเสียการควบคุมการทำงานของระบบการหายใจ (Respiratory System) และทำให้เด็กทารกเสียชีวิตในท้ายที่สุด
ในเอกสารรายงานฉบับใหม่ซึ่งได้ถูกตีพิมพ์เมื่อเดือนธันวาคม พ.ศ. 2551 โดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์ด้านสมอง (Neuroscientists) จากศูนย์สเต็มเซลล์และการแพทย์การสร้างอวัยวะใหม่ (Stem Cell and Regenerative Medicine Center) ของมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน ได้รายงานว่าปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาโรคกล้ามเนื้อกระดูกสันหลังฝ่อได้ในห้องทดลอง ซึ่งในอดีตไม่สามารถทำได้เนื่องจากการใช้สัตว์เป็นต้นแบบไม่สามารถจำลองสภาวะได้อย่างสมบูรณ์ และไม่สามารถสกัดแยกเซลล์ไขสันหลัง (Spinal Cord Cells) ที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของโรคนี้จากมนุษย์มาทำการวิจัยได้ อย่างไรก็ตามนายไคลฟ์ สเวนด์เซนและทีมนักวิทยาศาสตร์จากแมดิสันสามารถนำเซลล์ที่เจริญวัยเต็มที่แล้วจากเซลล์เส้นใยผิวหนัง (Skin Fibroblast) ของเด็กที่ป่วยด้วยโรคกล้ามเนื้อกระดูกสันหลังฝ่อมาเปลี่ยนคุณสมบัติให้เหมือนเซลล์ต้นตอหรือที่เรียกว่า อินดิวซ์พลูริโพเทนท์สเต็มเซลล์ (Induce Pluripotent Stem Cells) เซลล์เหล่านี้สามารถนำมาเพาะเลี้ยงและเพิ่มจำนวนได้อย่างมากมายและยังคงเก็บรักษาข้อมูลทางพันธุลักษณะของโรค (Disease Genotype) ไว้ได้ นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้เซลล์นี้สร้างเซลล์ประสาทสั่งการที่แสดงลักษณะที่ผิดปกติของโรคเพื่อนำมาศึกษาและเปรียบเทียบกับเซลล์ที่ได้รับมาจากแม่ของเด็กซึ่งไม่ได้ป่วยเป็นโรคกล้ามเนื้อกระดูกสันหลังฝ่อเช่นเดียวกับลูก
นักวิทยาศาสตร์นำอินดิวซ์พลูริโพเทนท์สเต็มเซลล์ของเด็กที่ป่วยมาเปลี่ยนเป็นเซลล์ประสาทสั่งการ และหลังจากที่เพาะเลี้ยงในหลอดทดลองไว้เป็นระยะเวลาหนึ่งเดือนเซลล์ประสาทสั่งการที่สร้างมาจากอินดิวซ์พลูริโพเทนท์สเต็มเซลล์ได้ฝ่อและหดเล็กลงจนตาย ในขณะที่เซลล์ประสาทที่ได้รับมาจากแม่ของเด็กนั้นยังคงมีสภาพที่สมบูรณ์ ทีมนักวิทยาศาสตร์กลุ่มนี้ได้จำลองสภาพการเกิดโรคในห้องทดลองและเป็นทีมแรกที่ได้แสดงให้เห็นว่าอินดิวซ์พลูริโพเทนท์สเต็มเซลล์ของมนุษย์สามารถใช้เป็นต้นแบบในการศึกษาโรคที่เกิดจากพันธุกรรมได้ นอกจากนั้นเมื่อนำเซลล์ประสาทสั่งการที่สร้างจากอินดิวซ์พลูริโพเทนท์สเต็มเซลล์ของเด็กที่ป่วยมาทำการบำบัดรักษาโดยใช้ยาสองชนิด เซลล์ประสาทสั่งการที่ได้รับการบำบัดแล้วนั้นสามารถสร้างโปรตีน SMA ได้ในปริมาณที่มากขึ้น ดังนั้นเซลล์ต้นตอที่ได้จากการเปลี่ยนคุณสมบัติจากเซลล์ที่เจริญวัยเต็มที่แล้วยังสามารถใช้เป็น ต้นแบบในการศึกษากลไกของโรค ใช้ทดสอบองค์ประกอบของยาชนิดใหม่ รวมทั้งใช้ในการทดลองหาวิธีการรักษาโรคแบบใหม่ ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่อีกครั้ง
ทีมนักวิทยาศาสตร์อีกกลุ่มซึ่งนำโดย ดร.กาเบรียลล่า ซีซาร์ ซึ่งเป็นหัวหน้าห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ความปลอดภัยด้านสเต็มเซลล์ (Stem Cell Safety Sciences Lab) ของมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน ได้ใช้เซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนมนุษย์ในการสร้างเซลล์สมองที่แสดงพันธุลักษณะของโรคที่เกิดจากการเสื่อมของสมอง (Neurodegenerative Disease) อีกโรคซึ่งได้แก่ โรคการเสื่อมสลายของเซลล์ประสาทที่ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อ (Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)) หรือโรคลูเกห์ริกส์ (Lou Gehrig’s Disease) ซึ่งเป็นโรคที่ทำให้กล้ามเนื้ออ่อนแรง นำไปสู่การทำงานที่ไม่เป็นปกติ พิการและผู้ป่วยอาจจะตายภายในระยะเวลาประมาณสามปีหลังจากที่เกิดอาการกล้ามเนื้ออ่อนแรงครั้งแรก
กลไกของโรคการเสื่อมสลายของเซลล์ประสาทที่ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อนี้มีความซับซ้อนและเป็นที่ยากต่อการเข้าใจ จนกระทั่งในปัจจุบันนักวิจัยสามารถทำการทดลองใช้ยารักษาโรคนี้กับหนูทดลองที่ถูกดัดแปลงพันธุกรรมให้ป่วยเป็นโรคนี้ ซึ่งพบว่ายานี้สามารถใช้บำบัดรักษาได้ผลที่ดีกับหนูทดลอง แต่ไม่สามารถใช้บำบัดรักษาโรคกับผู้ป่วยจริงได้ ยาที่ได้รับอนุญาตให้ใช้กับผู้ป่วยได้ในปัจจุบันมีเพียงชนิดเดียวซึ่งได้แก่ยาที่ชื่อว่า Rilutek ของบริษัทซาโนฟิ – อาว็องทิส (Sanofi-Aventis) ที่ตั้งอยู่ในเมืองบริดจ์วอเตอร์ (Bridgewater) มลรัฐนิวเจอร์ซี่ ซึ่งสามารถชะลออาการกล้ามเนื้ออ่อนแรงได้เพียงระยะเวลาไม่กี่เดือน
เซลล์ต้นตอสามารถนำมาใช้เป็นต้นแบบในการทดสอบและคัดเลือกยาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่า โดยทีมของดร.ซีซาร์ ได้ทำการวิจัยร่วมกับทีมนักวิจัยของสถาบันศึกษาทางชีววิทยาซอล์ค (Salk Institute for Biological Studies) ซึ่งตั้งอยู่ในเมืองซานดิเอโก มลรัฐแคลิฟอร์เนีย ในการพัฒนาระบบต้นแบบการเกิดโรคการเสื่อมสลายของเซลล์ประสาทที่ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อโดยใช้เซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนมนุษย์ จากการศึกษากลไกของโรคได้ทำให้ทีมนักวิจัยมั่นใจว่า แอสโทรไซต์ (Astrocytes) หรือเซลล์เกลีย (Glia) ที่ผิดปกติจะไปทำลายเซลล์ประสาทสั่งการที่เป็นปกติของมนุษย์ ที่สำคัญไปกว่านั้นคือทีมนักวิจัยสามารถใช้ Apocynin ซึ่งเป็นสารแอนติออกซิแดนท์ชนิดหนึ่งในการยับยั้งการตายของเซลล์ประสาทสั่งการที่ถูกทำลายโดยแอสโทรไซต์ที่ทำงานผิดปกติ การค้นพบครั้งนี้ยังทำให้นักวิจัยสามารถเข้าใจได้อย่างลึกซึ้งมากขึ้นในกระบวนการเกิดพิษซึ่งส่งผลให้เกิดการทำลายเซลล์ประสาทสั่งการในผู้ป่วยที่เป็นโรคการเสื่อมสลายของเซลล์ประสาทที่ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อ และยังเป็นการเปิดโอกาสให้นักวิจัยสามารถทำการทดสอบคัดเลือกยารักษาโรคนี้ได้โดยใช้ต้นแบบที่สร้างจากเซลล์ต้นตอในหลอดทดลอง เช่นเดียวกับการทำการประเมินผลทางคลินิกเมื่อนำเซลล์แอส โทรไซต์มาใช้ในการรักษาโรค
ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในเทคโนโลยีเซลล์ต้นตอจะทำให้ในอนาคตอันใกล้นี้นักวิจัยสามารถสร้างเซลล์ต้นตอซึ่งมีความจำเพาะกับผู้ป่วยให้ห้องทดลองเพื่อนำมาใช้ศึกษาโรคต่างๆของมนุษย์ดังเช่น โรคกล้ามเนื้อกระดูกสันหลังฝ่อและโรคการเสื่อมสลายของเซลล์ประสาทที่ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อได้ นักวิทยาศาสตร์หลายคนเห็นพ้องกันว่าพลูริโพเทนท์สเต็มเซลล์ได้สร้างโอกาสให้นักวิจัยสามารถทำการทดสอบองค์ประกอบรวมทั้งความปลอดภัยของยารักษาโรคชนิดใหม่ในหลอดทดลองได้ นอกจากนี้การพัฒนาเซลล์มนุษย์เพื่อนำมาใช้ทดสอบยาโดยการเลือกเซลล์จากอวัยวะเป้าหมายที่ต้องการทดสอบคุณสมบัติของยามาใช้นั้น จะสามารถทำให้นักวิจัยสามารถทำการประเมินผลการรักษาและคัดเลือกยาได้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น การวิจัยด้านนี้กำลังมีการพัฒนาก้าวหน้าอย่างรวดเร็วซึ่งในอนาคตจะทำให้ยาชนิดใหม่ที่นำออกสู่ตลาดมีความปลอดภัยต่อผู้ใช้มากยิ่งขึ้น
(ที่มา : American Biotechnology Laboratory, February, 2009)>http://www.ostc.thaiembdc.org/monthly_news/news_usa_Mar52_7.htm