“วิศวกรรมเนื้อเยื่อ” ความก้าวหน้าทางการแพทย์ ลดใช้ "สัตว์ทดลอง" ในห้องแล็บ

วิศวกรรมเนื้อเยื่อ คืออะไร

“วิศวกรรมเนื้อเยื่อ” เกิดจากการพัฒนาวัสดุชีวภาพ หมายถึงการนำเซลล์ และสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพมารวมกันเพื่อสร้างเนื้อเยื่อที่ทำงานได้ จุดประสงค์เพื่อฟื้นฟู รักษา หรือปรับปรุงเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่เสียหาย ตัวอย่างเนื้อเยื่อที่สร้างขึ้นและได้รับการรับรองจาก FDA คือผิวหนังเทียมและกระดูกอ่อนเทียม แต่ในปัจจุบันยังมีการใช้งานจำกัดในผู้ป่วย

เวชศาสตร์ฟื้นฟูเป็นสาขากว้างที่รวมวิศวกรรมเนื้อเยื่อไว้ด้วย บางครั้งอาจใช้วัสดุชีวภาพจากภายนอกเพื่อสร้างเซลล์ เนื้อเยื่อ และอวัยวะใหม่ นอกจากใช้ทางการแพทย์แล้ว ยังมีการประยุกต์ใช้อื่นๆ เช่น ใช้เนื้อเยื่อเป็นตัวตรวจจับสารคุกคามทางชีวภาพหรือสารเคมี และใช้ชิปเนื้อเยื่อทดสอบพิษภัยของยาใหม่ๆ

วิธีการทำงานของวิศวกรรมเนื้อเยื่อและเวชศาสตร์ฟื้นฟู

วิศวกรรมเนื้อเยื่อและเวชศาสตร์ฟื้นฟูเป็นสาขาที่มุ่งเน้นการสร้างและซ่อมแซมเนื้อเยื่อและอวัยวะของร่างกาย โดยอาศัยความเข้าใจในการทำงานของเซลล์ ซึ่งเป็นหน่วยพื้นฐานของเนื้อเยื่อและอวัยวะต่างๆ

โดยปกติแล้ว เซลล์จะสร้างโครงสร้างที่เรียกว่า "เมทริกซ์นอกเซลล์" ขึ้นมาเพื่อค้ำจุนตัวเอง นอกจากจะทำหน้าที่เป็นตัวยึดโยงให้เซลล์เรียงตัวกันเป็นเนื้อเยื่อแล้ว เมทริกซ์ยังทำหน้าที่ส่งผ่านสัญญาณต่างๆ จากสภาพแวดล้อมมายังเซลล์ด้วย ซึ่งสัญญาณเหล่านี้จะกระตุ้นให้เซลล์ตอบสนองและทำหน้าที่เฉพาะของมัน

ด้วยความเข้าใจอย่างละเอียดเกี่ยวกับการตอบสนองของเซลล์ต่อสัญญาณและสภาพแวดล้อม นักวิจัยจึงสามารถควบคุมและชักนำเซลล์ให้มาเรียงตัวและพัฒนาเป็นเนื้อเยื่อและอวัยวะที่ต้องการได้ ไม่ว่าจะเป็นเพื่อซ่อมแซมส่วนที่เสียหายหรือสร้างอวัยวะใหม่ทดแทน

กระบวนการสร้างเนื้อเยื่อมักเริ่มต้นด้วยการสร้างโครงสร้างพื้นฐาน(scaffold)จากวัสดุต่างๆ ตั้งแต่โปรตีนไปจนถึงพอลิเมอร์สังเคราะห์ จากนั้นจึงเติมเซลล์และปัจจัยการเจริญเติบโตลงไป ภายใต้สภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม เซลล์จะค่อยๆ เจริญและพัฒนาจนกลายเป็นเนื้อเยื่อตามต้องการ

อีกวิธีหนึ่งคือการใช้โครงสร้างธรรมชาติจากอวัยวะบริจาค โดยจะล้างเซลล์ของผู้บริจาคออกจนหมด เหลือเพียงโครงสร้างคอลลาเจนไว้ จากนั้นจึงเติมเซลล์จากตัวผู้ป่วยเข้าไป วิธีนี้เหมาะสำหรับการสร้างอวัยวะที่มีความซับซ้อน เช่น หัวใจ ตับ ปอด และไต โดยอวัยวะที่ได้จะมีลักษณะเข้ากันได้ดีกับผู้ป่วย และไม่ถูกระบบภูมิคุ้มกันปฏิเสธ

แม้วิศวกรรมเนื้อเยื่อจะมีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงที่ผ่านมา แต่การประยุกต์ใช้ในการรักษาผู้ป่วยยังมีอยู่อย่างจำกัด ปัจจุบันมีการปลูกถ่ายเนื้อเยื่อบางชนิด เช่น กระเพาะปัสสาวะเทียม หลอดเลือดขนาดเล็ก ผิวหนังเทียม กระดูกอ่อน และหลอดลมเทียม ให้กับผู้ป่วยจำนวนหนึ่ง แต่กระบวนการเหล่านี้ยังถือเป็นการรักษาทดลองและมีค่าใช้จ่ายสูง ส่วนอวัยวะที่มีความซับซ้อน เช่น หัวใจ ปอด และตับ แม้จะสามารถสร้างขึ้นได้แล้วในห้องปฏิบัติการ แต่ก็ยังไม่สามารถผลิตซ้ำได้อย่างสมบูรณ์และยังไม่พร้อมนำมาปลูกถ่ายในผู้ป่วย

อย่างไรก็ตาม เนื้อเยื่อที่สร้างขึ้นจากวิศวกรรมนี้ก็นับว่ามีประโยชน์อย่างมากในด้านการวิจัย โดยเฉพาะในการพัฒนายาใหม่ๆ การใช้เนื้อเยื่อที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับเนื้อเยื่อมนุษย์มาทดสอบยา จะช่วยเร่งการพัฒนายาที่มีความจำเพาะต่อผู้ป่วยแต่ละคน หรือที่เรียกว่า "การแพทย์เฉพาะบุคคล" (personalized medicine) ให้เป็นไปได้อย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น อีกทั้งยังช่วยลดจำนวนสัตว์ทดลองและประหยัดงบประมาณในการวิจัยได้อีกด้วย

แม้ในหลายประเทศยังไม่มีข้อบังคับให้รายงานจำนวนสัตว์ทดลองที่ใช้ในแต่ละปี ไม่ว่าจะเป็นหนู นก สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ หรือปลา อีกทั้งสถิติการผลิตและจำหน่ายสัตว์ทดลองของบริษัทต่างๆ ก็ถือเป็นความลับทางการค้า จึงทำให้เราไม่สามารถระบุจำนวนที่แน่นอนได้ 

แต่ประมาณการว่าในสหรัฐฯ มีการใช้หนูทดลองเพียงอย่างเดียวถึง 20-30 ล้านตัวต่อปี และยังมีการใช้สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมชนิดอื่นๆ รวมถึงสัตว์เลือดเย็นอีกจำนวนมากในงานวิจัยด้านยาและเครื่องสำอางอย่างต่อเนื่องทุกปี

ความก้าวหน้าในการถอดรหัสพันธุกรรมของมนุษย์และสัตว์ ได้นำไปสู่แนวคิด "การแพทย์แม่นยำ" (precision medicine) ที่มุ่งเน้นการรักษาให้เหมาะสมกับผู้ป่วยแต่ละราย โดยพิจารณาจากพันธุกรรม วิถีชีวิต และสภาพแวดล้อมของบุคคลนั้น แทนที่จะใช้วิธีรักษาแบบเหมารวมหรือการบำบัดทั่วไป 

แม้เทคโนโลยีนี้จะยังอยู่ในขั้นเริ่มต้น แต่การนำเนื้อเยื่อที่เพาะขึ้นในห้องปฏิบัติการมาใช้ศึกษา ก็นับเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาวิธีรักษาโรคที่มีประสิทธิภาพสูง และอาจช่วยชีวิตสัตว์ทดลองได้นับล้านตัวในแต่ละปี ถึงแม้ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการจะยังสูงอยู่มากก็ตาม

ที่มา

• Nibib

• Msdvetmanual

• Mahidol