นักวิทยาศาสตร์นำอสุจิมาช่วยขนส่งยาต้านมะเร็ง
หากพูดถึงวิธีการรักษามะเร็ง
วิธีแรกๆ ที่ทุกคนจะนึกถึงคือการใช้ยาเคมีบำบัดมาจัดการก้อนเนื้อร้ายให้สิ้นซาก แต่ยาที่รับเข้าไปไม่ว่าจะด้วยการกินหรือผ่านสายน้ำเกลือนั้นจะหมุนเวียนในกระแสเลือดไปออกฤทธิ์กับเซลล์อื่นๆ ทั่วทั้งร่างกายด้วย ทำให้เกิดผลข้างเคียงอันไม่พึงประสงค์มากมาย ไม่ว่าจะเป็นอาการคลื่นไส้ อาเจียน ผมร่วง ไม่อยากอาหาร ไม่มีแรง
กล่าวได้ว่าการรับยาคีโมนั้นน่ากลัวไม่แพ้การรู้ตัวว่าเป็นมะเร็งเลย ซ้ำร้าย แม้ยาจะเดินทางไปถึงก้อนเนื้อร้ายได้ แต่ก็ไม่สามารถเข้าไปออกฤทธิ์กับเซลล์ที่อยู่ลึกเข้าไปด้านในได้ ทำให้มะเร็งมักรักษาแล้วไม่หายขาด
งานวิจัยในปัจจุบันจึงมุ่งค้นคว้าระบบนำส่งยาไปที่เป้าหมายโดยตรง (Targeted drug delivery system) ด้วยนาโนเทคโนโลยีซึ่งช่วยให้นักวิจัยสามารถสังเคราะห์โมเลกุลต่างๆ ที่มีรูปทรงและคุณสมบัติตามที่ต้องการได้
โมเลกุลเหล่านี้นี่เองจะทำหน้าที่เป็นแคปซูลยาชนิดพิเศษที่จะรักษาระดับความเข้มข้นของตัวยาเอาไว้ไม่ให้เจือจางไปในกระแสเลือดก่อนจะถึงเป้าหมาย แต่ในทางปฏิบัติ การออกแบบโมเลกุลเหล่านี้ก็ยังมีข้อจำกัดอยู่หลายประการ หยดไขมันเล็กๆ ที่เรียกว่าไมเซลล์ (Micelle) ที่หุ้มห่อตัวยาเอาไว้ด้านในอาจปลดปล่อยยาออกมาได้โดยไม่คาดคิด เนื่องจากมันมีคุณสมบัติคล้ายกับเยื่อหุ้มเซลล์ทั่วๆ ไปในร่างกาย
อีกแนวคิดหนึ่งคือการใช้เซลล์ของสิ่งมีชีวิตมาเป็นตัวช่วยขนส่งยา ก่อนหน้านี้มีการทดลองใช้เซลล์เม็ดเลือดแดง เม็ดเลือดขาว หรือแม้กระทั่งแบคทีเรีย บรรทุกตัวยาเอาไว้ข้างใน ซึ่งก็นับว่าให้ผลดีในระดับหนึ่ง โดยเฉพาะแบคทีเรียที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านโครงสร้างของร่างกายอันสลับซับซ้อนไปสู่เป้าหมายได้ แต่ก็ยังติดปัญหาตรงที่ว่าบรรดาเซลล์เหล่านี้อาจไปกระตุ้นภูมิคุ้มกันให้เกิดทำงานขึ้นมาโดยไม่จำเป็น
แต่นักวิทยาศาสตร์ตระหนักได้ว่ามีเซลล์อยู่ชนิดหนึ่งที่เคลื่อนที่ได้เอง ทั้งยังมีเป้าหมายในการเดินทางที่ชัดเจนทุกครั้งที่ออกเดินทาง
เซลล์ที่ว่านั้นก็คือ อสุจิ!
ชูไห่ฟง (Haifeng Xu) จากสถาบันนาโนวิทยาศาสตร์บูรณาการ (Institute of Integrative Nanoscience) และลูกทีมจากประเทศเยอรมนี เกิดไอเดียบรรเจิดที่จะใช้ตัวอสุจิมาขนส่งยาผ่านทางช่องคลอดเพื่อรักษาโรคทางนรีเวชให้ได้ผลมากยิ่งขึ้น
ทีมวิจัยกลุ่มนี้เลือกใช้อสุจิของวัว เนื่องจากมันมีขนาดใกล้เคียงกับอสุจิของมนุษย์ (อีกทั้งวัวยังเป็นสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเหมือนมนุษย์เราด้วย) ส่วนเซลล์มะเร็ง ทีมนักวิจัยเลือกใช้เซลล์มะเร็งปากมดลูก (HeLa cell) ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการอยู่แล้วมาทดสอบ
ทีมนักวิจัยปล่อยให้อสุจิลงไปแหวกว่ายในยาต้านมะเร็งด็อกโซรูบิซิน (Doxorubicin) เพื่อให้ส่วนหัวของอสุจิที่มีดีเอ็นเออยู่ซึมซับตัวยาเข้าไป เพราะยาตัวนี้สามารถจับกับโมเลกุลที่มีประจุเยอะๆ อย่างดีเอ็นเอได้ดี
ส่วนที่ยากที่สุดคือการบังคับทิศทางไม่ให้ตัวอสุจิว่ายมั่วๆ ทีมนักวิจัยจึงต้องสร้างบังเหียนในระดับนาโนขึ้นมาโดยใช้เครื่องพิมพ์สามมิติชนิดพิเศษ (Two-photon 3D Nanolithography) สร้างบังเหียนโพลิเมอร์ขึ้นมา แล้วนำบังเหียนนี้ไปเคลือบด้วยโลหะอย่างเหล็กและไทเทเนียม เหตุที่ต้องเคลือบด้วยโลหะเพื่อที่นักวิทยาศาสตร์จะได้ใช้สนามแม่เหล็กคอยควบคุมทิศทางของอสุจิจากภายนอกร่างกายได้นั่นเอง
เท่านั้นยังไม่พอ ชุดบังเหียนยังมีกลไกช่วยปลดปล่อยยาออกมาจากอสุจิได้อย่างรวดเร็วเมื่ออสุจิเดินทางไปถึงเป้าหมาย กล่าวคือหลังจากอสุจิรับยาเข้ามาแล้ว อสุจิจะถูกปล่อยให้ว่ายอย่างอิสระจนส่วนหัวของมันเข้าไปสวมกับบังเหียนทรงกระบอกที่เตรียมไว้พอดี
ส่วนปลายสุดของบังเหียนคือชุดกลไกการปล่อยยาที่มีโครงสร้างเป็นโพลิเมอร์ม้วนงออยู่ข้างในคล้ายสปริงและบานออกเป็น 4 แฉก เพื่อป้องกันการชนเข้ากับสิ่งกีดขวางโดยไม่ตั้งใจ แต่เมื่อใดก็ตามที่อสุจิพุ่งเข้าชนเป้าหมายอย่างจัง แรงชนที่เกิดขึ้นจะทำให้สปริงโพลิเมอร์คลายตัวออก แล้วดันอสุจิให้พุ่งไปข้างหน้าเพื่อปลดปล่อยตัวยาได้ในที่สุด
เมื่ออสุจิวัวติดอาวุธเป็นยาเคมีบำบัดและมีบังเหียนโพลิเมอร์คอยควบคุมทิศทางแล้ว ต่อไปคือการนำไปทดสอบประสิทธิภาพกับเซลล์มะเร็ง
Photo: www.technologyreview.com
หน้าที่ใหม่ของอสุจิ
ทีมนักวิจัยเพาะเลี้ยงเซลล์มะเร็งปากมดลูกในห้องปฏิบัติการให้มีรูปร่างคล้ายทรงกลม 3 มิติเพื่อจำลองก้อนมะเร็งให้ใกล้เคียงสภาพจริงมากที่สุด จากนั้นจึงปล่อยอสุจิติดอาวุธเข้าไปใกล้ๆ ก้อนมะเร็ง เมื่อเวลาผ่านไป 3 วัน อสุจิติดอาวุธสามารถจัดการเซลล์มะเร็งให้ตายลงไปได้ถึง 87% ในขณะที่การให้ยาแบบเก่าด้วยการละลายน้ำแล้วเทลงไปใส่ก้อนมะเร็งโดยตรงสามารถจัดการเซลล์มะเร็งได้เพียง 55% เท่านั้น
ต่อไปคือการทดสอบการทำงานของอสุจิร่วมกับบังเหียนนาโน โดยทีมนักวิจัยใช้สนามแม่เหล็กควบคุมอสุจิให้เคลื่อนที่ผ่านท่อจำลองที่สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการเพื่อไปปลดปล่อยยาให้กับก้อนมะเร็งที่ปลายอีกด้านหนึ่ง ซึ่งได้ผลดีตามคาด เมื่อชุดบังเหียนชนเข้ากับเซลล์เป้าหมาย อสุจิใช้เวลาราว 7 วินาทีก็เริ่มปลดปล่อยยาที่บรรจุเอาไว้ในส่วนหัวด้วยการหลอมรวมตัวเองเข้าไปกับเซลล์มะเร็งโดยตรง และเมื่อผ่านไป 8 ชั่วโมง ตัวยาเคมีบำบัดก็เริ่มแพร่กระจายไปทั่วก้อนเซลล์ ส่งผลให้ก้อนเซลล์หดเล็กลงไป 40% ซึ่งเป็นสัญญาณแรกที่บ่งบอกว่าเซลล์มะเร็งกำลังจะตาย
การใช้อสุจิมาช่วยขนส่งยานั้นมีข้อดีหลายประการ เช่น มันสามารถว่ายซอกแซกผ่านโครงสร้างระบบสืบพันธุ์เพศหญิงอันซับซ้อนได้ดี อีกทั้งยังว่ายได้เป็นระยะเวลานานด้วย ต้องขอบคุณโครงสร้างส่วนหางอสุจิที่วิวัฒนาการมานับล้านปีเพื่อการว่ายและองค์ประกอบทางชีวเคมีของเยื่อหุ้มอสุจิ ร่างกายของมนุษย์ก็ไม่สร้างภูมิคุ้มกันขึ้นมาต่อต้าน ทำให้ยาที่บรรจุอยู่ในอสุจิคงสภาพไว้ได้นานเมื่อเทียบกับการขนส่งรูปแบบอื่นๆ
ในสหรัฐอเมริกา มีผู้หญิงที่ได้รับการตรวจว่าเป็นมะเร็งในระบบสืบพันธุ์ เช่น มะเร็งรังไข่ และมะเร็งปากมดลูกเพิ่มขึ้นทุกปี หากระบบนำส่งยาด้วยอสุจิสามารถนำไปใช้ได้จริงกับมนุษย์ก็จะเป็นคุณูปการต่อระบบสาธารณสุขอย่างใหญ่หลวงเลยทีเดียว และไม่เพียงเฉพาะโรคมะเร็ง แต่โรคทางนรีเวชอื่นๆ ก็จะได้รับอานิสงส์ไปด้วยเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ภาวะท้องนอกมดลูก (Ectopic Pregnancy) และภาวะเยื่อบุโพรงมดลูกเจริญผิดที่ (Endometriosis) ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของการเกิดช็อกโกแลตซีสต์ (Chocolate Cyst) ที่สร้างความทุกข์ทรมานให้แก่ผู้หญิงจำนวนมากทั่วโลก
การต่อยอดยังไม่หมดแต่เพียงเท่านี้ เพราะงานวิจัยนี้พิสูจน์แล้วว่าอสุจิสามารถหลอมรวมตัวเองเข้ากับเซลล์ประเภทอื่นๆ ได้ด้วยนอกเหนือไปจากเซลล์ไข่ ทำให้นักวิทยาศาสตร์เกิดแนวคิดว่าเราอาจจะใช้อสุจิเป็นตัวนำส่งสารพันธุกรรมสำหรับการรักษาโรคอื่นๆ ได้ หรือช่วยฉีดสีสำหรับการตรวจโรคด้วยรังสีในบริเวณที่เข้าถึงยากได้ด้วย
แม้จะต้องผ่านการพิสูจน์ประสิทธิภาพและความสามารถการทำงานจริงในร่างกายสัตว์ทดลองและมนุษย์อีกหลายขั้นตอน รวมถึงต้องตอบคำถามให้ได้ว่าชุดบังเหียนที่เป็นโพลิเมอร์นั้น เมื่อใช้งานเสร็จแล้วจะถูกกำจัดออกจากร่างกายได้อย่างไร
แต่งานวิจัยนี้น่าจะเป็นความหวังใหม่สำหรับผู้หญิงทุกคนอย่างแท้จริง
By ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์ และอาจวรงค์ จันทมาศ
อ้างอิง:
- www.newscientist.com/article/2156525-hijacked-sperm-carry-chemo-drugs-to-cervical-cancer-cells/
- www.technologyreview.com/s/604112/sperm-loaded-with-drugs-could-target-gynecological-cancers/
- Xu, Haifeng, et al. “Sperm-Hybrid Micromotor for Targeted Drug Delivery.” ACS nano(2017).