Skip the Robotics: Paralyzed Limbs Come to Life
with New Connection to Brain
Rerouting signal from neuron to muscle allows the brain to move deadened limbs
By Sharon Guynup
From the February 2009
Scientific American
Scientists have forged a promising avenue in the quest to restore mobility to patients paralyzed by disease or injury. Researchers at the University of Washington devised a way to reroute signals from the brain’s motor cortex to trigger hand movement directly.
For the past decade researchers have focused on “listening to” and decoding the specific brain signals that trigger muscle movement, using a wall of computers running complex algorithms to translate that brain activity into instructions for moving a computer cursor or a robotic arm or leg.
The new approach simplifies the process. Engineers and neuroscientists restored use of a monkey’s immobilized limb by replacing the lost biological connection. “Rather than decoding intention, we’ve just established a connection and encouraged the monkey to learn how to act on it,” says Chet Moritz, a neurophysiologist, who pioneered the work with fellow Washington professor Eberhard Fetz.
They trained macaques to play a simple video game using a joystick. Then they ran a wire from a single neuron in the animals’ motor cortex to a desktop computer. The electrical impulse from that cell was amplified by the computer and transmitted along another wire to one of the primates’ arm muscles, which had been temporarily anesthetized.
Within minutes, the monkeys learned to control wrist movements with their thoughts, moving the joystick left or right to match targets on a computer screen.
The surprise, Moritz says, was that any neuron within that general region of the brain could learn to stimulate wrist muscles—regardless of whether the neuron was originally involved in that specific movement.
“Monkeys can rapidly learn to change neuron activity, in this case to generate movement, much like humans can change heart rate activity with biofeedback,” Fetz explains. This control necessitated conscious attention; making such movements subconsciously would require repetitive training, much like learning a sport.
The long-term goal is to develop a miniaturized, implantable neuroprosthetic device that would enable paralyzed patients to move their own paralyzed limbs. Fetz has already taken the next step, developing a cell phone–size neurochip that can be linked to a microprocessor, small enough for monkeys to carry implanted in their head.
Many hurdles remain. It is difficult to record from the same neuron for a long period. Within days or weeks, scar tissue walls off electrodes, interrupting transmission. Guiding electrodes to new locations with tiny motors might mitigate that problem. Providing a decades-long power supply is also a challenge. Biocompatibility is another issue; fully implanting such a system under the skin presents a huge infection risk. And crucial questions exist: Can this model be scaled up to stimulate multiple neurons that trigger multiple muscles? How flexible is the brain in reassigning new functions to neurons?
The team hopes to restore arm movements in the near term—and ultimately to restore paraplegics’ ability to walk. But clinical trials remain perhaps a decade away.
Source>http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=robotics-provide-hope
วันศุกร์ที่ 5 มิถุนายน พ.ศ. 2552
artificial Heart valve
April 25, 2009
Artificial Valves That Lend Hearts a Helping Hand
For the past five decades, artificial heart-valve designs have evolved to successfully replace natural valves, which often begin to leak or harden over time
By Amber Dance
The heart relies on four valves that act as one-way gates, controlling blood flow out of each of the heart's four chambers. The mitral valve between the two left chambers of the heart has two leaflets, or cusps; the tricuspid, pulmonary and aortic valves each have three. The leaflets swing open and shut like saloon doors with every beat, maintaining a steady blood supply. (A person's heart generally beats 80 million times a year and five to six billion times over the course of a normal lifetime, according to Irvine, Calif.–based valve producer Edwards Lifesciences.)
> Slide Show: Artificial heart valve improvements over the past 50 years
As comedian and actor Robin Williams, 57, and 83-year-old former first lady Barbara Bush found out recently, in many cases, the valves don't last a lifetime; some become leaky. Called a regurgitating valve, this allows pumped blood to wash back into the heart. Others pick up calcium from the blood, eventually becoming hardened, restricting blood flow (a condition known as stenosis). When the body does not receive enough blood, a person can experience symptoms such as shortness of breath. Aortic and mitral valves most commonly require treatment. Once symptoms such as lightheadedness and blackouts arise, a person with an untreated faulty aortic valve has a 50 percent chance of dying within six months, says Eugene Grossi, a professor of cardiothoracic surgery at New York University School of Medicine and director of cardiac surgery research.That means that for thousands of Americans, an artificial heart valve fashioned from tissue-thin flaps is all that stands between health and heart failure. About 140,000 Americans go under the knife for valve replacement or repair every year, according to Toronto-based Millennium Research Group, a firm that tracks the medical device, pharmaceutical and biotechnology industries.Doctors have developed several stand-ins for the natural tissue that can regulate blood flow without missing a beat. "Heart valves are the one device that when you get it in and it's successful, you add 10 or 15 years to their life," says Donald Bobo, vice president for heart valve therapy at Edwards Lifesciences. Edwards—along with Saint Jude Medical in Saint Paul, Minn., and Minneapolis-based Medtronic, Inc.—is a top provider of artificial valves worldwide, Bobo says. Sorin Group in Milan, Italy, also has a share in the global heart valve therapy market, estimated to be worth $1.6 billion in 2008, according to Edwards market estimates.Valve technology took off in 1958 when engineer and Edwards founder Miles "Lowell" Edwards applied his experience designing hydraulic debarking methods for the lumber industry and a fuel-injection system for World War II aircraft to the medical arena. Working with cardiothoracic surgeon Albert Starr, the two developed a valve that Starr could use in his ailing patients. Surgeons implanted the Starr-Edwards artificial valve, designed in Edward's backyard workshop, for the first time in 1960. Although that first patient died shortly after receiving the device, the second survived for 10 more years before dying from a fall off a ladder.People tried dozens of different designs in the ensuing decades, says Ajit Yoganathan, a biomedical engineer who studies valves at the Georgia Institute of Technology in Atlanta. "Most of them were developed in someone's garage or someone's basement." The technology has evolved from a caged-ball design into valves with artificial flaps, pig valves processed for human use, and hand-sewn biologic valves made from cow tissue."All of these valves have analogues in hydraulics, pipelines, aviation, automobiles," Bobo says. But the human body presents special challenges. "Blood ends up being a pretty different environment compared to oil or gas," he adds. The lipids in blood can destroy synthetic materials; tissue valves are subject to the same wear and tear and calcification that natural valves are."There is still room for improvement," such as better materials, Yoganathan says. He would also like to see small valves available to children with congenital heart defects. The next development likely to hit the U.S. market is valves that can be implanted without open heart surgery.
Source:>http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=artificial-heart-valves
Artificial Valves That Lend Hearts a Helping Hand
For the past five decades, artificial heart-valve designs have evolved to successfully replace natural valves, which often begin to leak or harden over time
By Amber Dance
The heart relies on four valves that act as one-way gates, controlling blood flow out of each of the heart's four chambers. The mitral valve between the two left chambers of the heart has two leaflets, or cusps; the tricuspid, pulmonary and aortic valves each have three. The leaflets swing open and shut like saloon doors with every beat, maintaining a steady blood supply. (A person's heart generally beats 80 million times a year and five to six billion times over the course of a normal lifetime, according to Irvine, Calif.–based valve producer Edwards Lifesciences.)
> Slide Show: Artificial heart valve improvements over the past 50 years
As comedian and actor Robin Williams, 57, and 83-year-old former first lady Barbara Bush found out recently, in many cases, the valves don't last a lifetime; some become leaky. Called a regurgitating valve, this allows pumped blood to wash back into the heart. Others pick up calcium from the blood, eventually becoming hardened, restricting blood flow (a condition known as stenosis). When the body does not receive enough blood, a person can experience symptoms such as shortness of breath. Aortic and mitral valves most commonly require treatment. Once symptoms such as lightheadedness and blackouts arise, a person with an untreated faulty aortic valve has a 50 percent chance of dying within six months, says Eugene Grossi, a professor of cardiothoracic surgery at New York University School of Medicine and director of cardiac surgery research.That means that for thousands of Americans, an artificial heart valve fashioned from tissue-thin flaps is all that stands between health and heart failure. About 140,000 Americans go under the knife for valve replacement or repair every year, according to Toronto-based Millennium Research Group, a firm that tracks the medical device, pharmaceutical and biotechnology industries.Doctors have developed several stand-ins for the natural tissue that can regulate blood flow without missing a beat. "Heart valves are the one device that when you get it in and it's successful, you add 10 or 15 years to their life," says Donald Bobo, vice president for heart valve therapy at Edwards Lifesciences. Edwards—along with Saint Jude Medical in Saint Paul, Minn., and Minneapolis-based Medtronic, Inc.—is a top provider of artificial valves worldwide, Bobo says. Sorin Group in Milan, Italy, also has a share in the global heart valve therapy market, estimated to be worth $1.6 billion in 2008, according to Edwards market estimates.Valve technology took off in 1958 when engineer and Edwards founder Miles "Lowell" Edwards applied his experience designing hydraulic debarking methods for the lumber industry and a fuel-injection system for World War II aircraft to the medical arena. Working with cardiothoracic surgeon Albert Starr, the two developed a valve that Starr could use in his ailing patients. Surgeons implanted the Starr-Edwards artificial valve, designed in Edward's backyard workshop, for the first time in 1960. Although that first patient died shortly after receiving the device, the second survived for 10 more years before dying from a fall off a ladder.People tried dozens of different designs in the ensuing decades, says Ajit Yoganathan, a biomedical engineer who studies valves at the Georgia Institute of Technology in Atlanta. "Most of them were developed in someone's garage or someone's basement." The technology has evolved from a caged-ball design into valves with artificial flaps, pig valves processed for human use, and hand-sewn biologic valves made from cow tissue."All of these valves have analogues in hydraulics, pipelines, aviation, automobiles," Bobo says. But the human body presents special challenges. "Blood ends up being a pretty different environment compared to oil or gas," he adds. The lipids in blood can destroy synthetic materials; tissue valves are subject to the same wear and tear and calcification that natural valves are."There is still room for improvement," such as better materials, Yoganathan says. He would also like to see small valves available to children with congenital heart defects. The next development likely to hit the U.S. market is valves that can be implanted without open heart surgery.
Source:>http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=artificial-heart-valves
Nanoparticles Home in on Brain Cancer
Nanoparticles Home in on Brain Cancer
By Nikhil Swaminathan
November 17, 2006
Call them laser-guided smart bombs for brain tumors. Researchers at the University of Michigan announced the testing of a drug delivery system that involves drug-toting nanoparticles and a guiding peptide to target cancerous cells in the brain. Their study finds that via this method more of the drug can be delivered to a tumor's general vicinity. They report their findings in the November 15 issue of Clinical Cancer Research.
The researchers used a pharmaceutical called Photofrin, which is photodynamic, meaning it is activated by a laser after it has entered the bloodstream. As its primary side effect, the drug renders patients photosensitive, and they must remain out of bright sunlight and even unshaded lamps for up to 30 days after receiving treatment. Despite this major drawback, Photofrin is used in the treatment of esophageal, bladder and skin cancers. But their novel delivery system, which relies on the intravenous delivery of 40-nanometer-wide particles to carry the drug, may actually avoid much of the photosensitivity, because less Photofrin circulates in the bloodstream thanks to a peptide called F3. A sequence of 31 amino acids broken off of the protein HMGN2 (high mobility group protein 2), F3 has the ability to penetrate cell membranes. "This peptide acts as a "zip code" in that it enables the binding of the nanoparticles only to blood vessels within the tumor and not normal blood vessels," says Alnawaz Rehemtulla, a radiologist and environmental health scientist who co-authored the study. F3 can detect the expression of a protein called nucleolin, which is a marker on the surface of tumor cells.
Another problem the researchers avoided was having to deliver their medicine in such a way that it could cross the blood-brain barrier, which keeps many substances from entering the brain from the bloodstream. Typical chemotherapies must penetrate this shield to treat tumors. In this case, however, the nontoxic polyacrylamide particles didn't have to cross over via the bloodstream. "The nanoparticles do not need to cross the blood-brain barrier as they were specifically designed to target the blood vessel cells within the tumor," explains radiologist Brian Ross, one of the study's authors. "The treatment should be thought of as an antivascular treatment thereby shutting off the tumor blood flow resulting in the death of the tumor cells through starvation of oxygen and energy sources."
To test the delivery method, researchers divided 34 rats--all who received injections of cancerous cells into their brains--into different groups. Those that received no treatment or got only the laser fared poorly, dying on average within 8.5 days. Those that got Photofrin either intravenously or encapsulated in nanoparticles had a median survival time of 13 days. The group that got F3 with the Photofrin-carrying nanoparticles came through the best: they lived for, on average, 33 days; three of the five in this grouping lived for 60 days, and two of those three appeared tumor-free after six months. By using iron oxide as a contrast agent--to more easily detect where the nanoparticles ended up via MRI--the group determined that twice as much drug with the F3 peptide attached reached the tumor site--10 percent of the total amount administered--compared with when nontargeted nanoparticles were injected.
Ross says that based on the success of the study, the team is investigating if this delivery technology will work for nonphotodynamic therapies. Rehemtulla adds that if other FDA-approved chemotherapeutic agents reach their targets as successfully as Photofrin did, "then we will have developed a way to make cancer drugs more 'tumor-specific,' because they will only get into tumor vasculature and not normal vasculature. This will spare patients from normal tissue toxicity that is commonly associated with almost all chemotherapy."
Source>http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=nanoparticles-home-in-on
By Nikhil Swaminathan
November 17, 2006
Call them laser-guided smart bombs for brain tumors. Researchers at the University of Michigan announced the testing of a drug delivery system that involves drug-toting nanoparticles and a guiding peptide to target cancerous cells in the brain. Their study finds that via this method more of the drug can be delivered to a tumor's general vicinity. They report their findings in the November 15 issue of Clinical Cancer Research.
The researchers used a pharmaceutical called Photofrin, which is photodynamic, meaning it is activated by a laser after it has entered the bloodstream. As its primary side effect, the drug renders patients photosensitive, and they must remain out of bright sunlight and even unshaded lamps for up to 30 days after receiving treatment. Despite this major drawback, Photofrin is used in the treatment of esophageal, bladder and skin cancers. But their novel delivery system, which relies on the intravenous delivery of 40-nanometer-wide particles to carry the drug, may actually avoid much of the photosensitivity, because less Photofrin circulates in the bloodstream thanks to a peptide called F3. A sequence of 31 amino acids broken off of the protein HMGN2 (high mobility group protein 2), F3 has the ability to penetrate cell membranes. "This peptide acts as a "zip code" in that it enables the binding of the nanoparticles only to blood vessels within the tumor and not normal blood vessels," says Alnawaz Rehemtulla, a radiologist and environmental health scientist who co-authored the study. F3 can detect the expression of a protein called nucleolin, which is a marker on the surface of tumor cells.
Another problem the researchers avoided was having to deliver their medicine in such a way that it could cross the blood-brain barrier, which keeps many substances from entering the brain from the bloodstream. Typical chemotherapies must penetrate this shield to treat tumors. In this case, however, the nontoxic polyacrylamide particles didn't have to cross over via the bloodstream. "The nanoparticles do not need to cross the blood-brain barrier as they were specifically designed to target the blood vessel cells within the tumor," explains radiologist Brian Ross, one of the study's authors. "The treatment should be thought of as an antivascular treatment thereby shutting off the tumor blood flow resulting in the death of the tumor cells through starvation of oxygen and energy sources."
To test the delivery method, researchers divided 34 rats--all who received injections of cancerous cells into their brains--into different groups. Those that received no treatment or got only the laser fared poorly, dying on average within 8.5 days. Those that got Photofrin either intravenously or encapsulated in nanoparticles had a median survival time of 13 days. The group that got F3 with the Photofrin-carrying nanoparticles came through the best: they lived for, on average, 33 days; three of the five in this grouping lived for 60 days, and two of those three appeared tumor-free after six months. By using iron oxide as a contrast agent--to more easily detect where the nanoparticles ended up via MRI--the group determined that twice as much drug with the F3 peptide attached reached the tumor site--10 percent of the total amount administered--compared with when nontargeted nanoparticles were injected.
Ross says that based on the success of the study, the team is investigating if this delivery technology will work for nonphotodynamic therapies. Rehemtulla adds that if other FDA-approved chemotherapeutic agents reach their targets as successfully as Photofrin did, "then we will have developed a way to make cancer drugs more 'tumor-specific,' because they will only get into tumor vasculature and not normal vasculature. This will spare patients from normal tissue toxicity that is commonly associated with almost all chemotherapy."
Source>http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=nanoparticles-home-in-on
Nanocontainers Deliver Drugs
Nanocontainers Deliver Drugs Directly to Cells
By Sarah Graham
April 28, 2003
One challenge to effective drug treatment is getting the medication to exactly the right place. To that end, researchers have been investigating myriad new methods to deliver pharmaceuticals. Findings published in the current issue of the journal Science indicate that tiny nanocontainers composed of polymers may one day distribute drugs to specific spots within individual cells.
Radoslav Savic and his colleagues at McGill University tested the properties of tiny units built out of two types of polymers. The two compounds self-assemble into a spherical shape known as a micelle. One compound, which is hydrophobic (water fearing), aligns facing inwards and the other, which is hydrophilic (water loving), faces outwards. Drugs can then be loaded inside the tiny molecular globs, which measure 20 to 45 nanometers in diameter. The researchers used fluorescent labeling to track the micelles' journeys (see image). They found that the tiny containers could pass through the wall of a rat cell, but did not enter the cell's nucleus. The micelles did, however, penetrate some cell parts, such as mitochondria and the Golgi apparatus, which are important targets for drug delivery.
The scientists also determined that the micelles are very efficient at delivering their hydrophobic drug cargo once inside a cell. This property could mean that doctors may one day be able to administer smaller doses of toxic medications. "These micelles may thus be worth exploring for their potential to selectively deliver drugs to specified subcellular targets," the authors note. In an accompanying commentary, Jeffrey A. Hubbell of the University of Zurich cautions that much work remains to be done, "yet, multifunctional polymer micelles have already come a long way to reaching these ends."
Source >http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=nanocontainers-deliver-dr
By Sarah Graham
April 28, 2003
One challenge to effective drug treatment is getting the medication to exactly the right place. To that end, researchers have been investigating myriad new methods to deliver pharmaceuticals. Findings published in the current issue of the journal Science indicate that tiny nanocontainers composed of polymers may one day distribute drugs to specific spots within individual cells.
Radoslav Savic and his colleagues at McGill University tested the properties of tiny units built out of two types of polymers. The two compounds self-assemble into a spherical shape known as a micelle. One compound, which is hydrophobic (water fearing), aligns facing inwards and the other, which is hydrophilic (water loving), faces outwards. Drugs can then be loaded inside the tiny molecular globs, which measure 20 to 45 nanometers in diameter. The researchers used fluorescent labeling to track the micelles' journeys (see image). They found that the tiny containers could pass through the wall of a rat cell, but did not enter the cell's nucleus. The micelles did, however, penetrate some cell parts, such as mitochondria and the Golgi apparatus, which are important targets for drug delivery.
The scientists also determined that the micelles are very efficient at delivering their hydrophobic drug cargo once inside a cell. This property could mean that doctors may one day be able to administer smaller doses of toxic medications. "These micelles may thus be worth exploring for their potential to selectively deliver drugs to specified subcellular targets," the authors note. In an accompanying commentary, Jeffrey A. Hubbell of the University of Zurich cautions that much work remains to be done, "yet, multifunctional polymer micelles have already come a long way to reaching these ends."
Source >http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=nanocontainers-deliver-dr
New Drug Delivery
New Drug Delivery Technique Avoids NeedlesBy Sarah Graham
Hypodermic needles are the stuff of nightmares for many people, but they represent a common method for administering a variety of drugs. Patients who fear a needle prick, however, may soon have an alternative, painless way to receive medication. A new technique described today in the journal BMC Medicine uses a stream of gas to help deliver drugs through the skin with what subjects describe as the sensation of a gentle stream of air.
James Weaver of the Massachusetts Institute of Technology and his colleagues developed the novel procedure, which is known as microscission. It uses minuscule inert crystals of aluminum oxide to remove the rough outer layer of skin and create tiny holes, known as microconduits and measuring less than a quarter of a millimeter in diameter, through which medication can move. A jet of flowing gas then takes the crystals and the loosened skin away. After creating four microconduits on the inner arm of volunteers, the team applied a pad soaked in the anesthetic lidocaine. Within two minutes, the drug had worked and the subjects reported no feeling in the region.
The size and depth of the microconduits is determined by holes punched in a polymer mask laid on top of the skin. The team reports that "the onset of anesthesia takes longer in microconduits deep enough to yield blood than in shallower, nonblood producing microconduits." But deep microconduits do have some advantages. Patients suffering from diabetes, for example, often have to jab a finger to test their blood sugar; microscission could represent a less painful alternative, the team suggests.
Source>http://www.scientificamerican.com
Hypodermic needles are the stuff of nightmares for many people, but they represent a common method for administering a variety of drugs. Patients who fear a needle prick, however, may soon have an alternative, painless way to receive medication. A new technique described today in the journal BMC Medicine uses a stream of gas to help deliver drugs through the skin with what subjects describe as the sensation of a gentle stream of air.
James Weaver of the Massachusetts Institute of Technology and his colleagues developed the novel procedure, which is known as microscission. It uses minuscule inert crystals of aluminum oxide to remove the rough outer layer of skin and create tiny holes, known as microconduits and measuring less than a quarter of a millimeter in diameter, through which medication can move. A jet of flowing gas then takes the crystals and the loosened skin away. After creating four microconduits on the inner arm of volunteers, the team applied a pad soaked in the anesthetic lidocaine. Within two minutes, the drug had worked and the subjects reported no feeling in the region.
The size and depth of the microconduits is determined by holes punched in a polymer mask laid on top of the skin. The team reports that "the onset of anesthesia takes longer in microconduits deep enough to yield blood than in shallower, nonblood producing microconduits." But deep microconduits do have some advantages. Patients suffering from diabetes, for example, often have to jab a finger to test their blood sugar; microscission could represent a less painful alternative, the team suggests.
Source>http://www.scientificamerican.com
ผ้าพันแผลแบบใหม่
นาย Gary L. Bowlin และเพื่อนร่วมงานจาก Virginia Commonwealth University แห่งเมืองริชมอนด์ มลรัฐเวอร์จิเนีย ได้ทำการค้นคว้าวิจัยและผลิตแผ่นโปรตีนที่เรียกว่า "Fibrinogen" ที่มีคุณสมบัติในการเร่งอัตราการเยียวยารักษาบาดแผล โดยแผ่นโปรตีนดังกล่าวนี้ประกอบด้วยเส้นใยที่มีความหนาเพียงแค่ 80 นาโนเมตร หรือเทียบได้กับความหนาของเส้นใย Fibrinogen ธรรมชาติในเลือดของมนุษย์ นาย Bowlin ได้ทำการเคลือบแผ่นโปรตีน Fibrinogen นี้เข้ากับผ้าพันแผลที่มีคุณสมบัติในการผสมผสาน Fibrinogen เข้ากับบาดแผลของผู้ป่วยซึ่งทำให้เลือดแข็งตัวได้เร็วขึ้น กระบวนการจะเริ่มต้นจากการนำเอา Fibrinogen ของมนุษย์หรือวัวมาดัดแปลงโดยเข้าเครื่อง Electrospinning และหลังจากนั้นจึงละลายโปรตีนที่ได้นี้ให้การเป็นสารละลายและใส่สนามไฟฟ้าเข้าไปเพื่อทำให้สารละลายโปรตีนไหลเข้าไปในหลอดและแข็งตัวกลายเป็นเส้นด้ายโปรตีนขึ้นมานั่นเอง และถ้าแผ่น Fibrinogen นั้นมีคุณสมบัติที่แข็งแกร่งและยืดหยุ่นได้จริงอย่างที่กล่าวมาก็ จะถือว่าเป็นสิ่งที่ก่อให้เกิดข้อดึงดูดใจที่ใช้ในการรักษาบาดแผลเป็นอย่างยิ่ง
(ที่มา: Science News, Volume 163, No. 7, February 15, 2003)
(ที่มา: Science News, Volume 163, No. 7, February 15, 2003)
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
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
สมัครสมาชิก:
บทความ (Atom)
