หลายคนน่าจะได้ยินชื่อของการทดลอง AVATAR หนึ่งในการทดลองด้านชีววิทยาที่เดินทางไปกับ Artemis II โดย NASA ได้ใช้คำโปรยว่าการทดลองนี้ใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า Organ-on-a-Chip ซึ่งตัวการทดลองนี้เองก็อยยู่ในแขนงหนึ่งของการทดลองที่เรียกว่า Lab-on-a-Chip ซึ่ง Lab-on-a-Chip คือหนึ่งในการทดลองที่เปลี่ยนแปลงรูปแบบการทดลองแลปชีววิทยาแบบเดิม ๆ ที่ยุ่งยาก ซับซ้อน มาสู่การทดลองที่สามารถจัดเตรียมนอกสถานที่ได้อย่างรวดเร็ว ลดต้นทุนการทดลองอย่างมหาศาล และให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำอย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน
ในบทความนี้จะชวนมาทำความรู้จักกับเทคโนโลยี Lab-on-a-Chip ที่เป็นพระเอกในการทำการทดลองตั้งแต่การตรวจสอบสารเคมีต่าง ๆ เป็นที่สำหรับเลี้ยงเซลล์มาจนถึง การเดินทางไปยังดวงจันทร์กับการทดลอง AVATAR และการทดลองล่าสุดของไทยที่จะส่งไปยังสถานีอวกาศนานาชาติ กับสิ่งที่เรียกว่า Lab-on-a-Chip เทรนด์การทดลองที่จะอยู่กับเราไปอีกนานนี้
อะไรคือ Lab-on-Chip
สมมติว่าคุณถูกสั่งให้ทำการเพาะเลี้ยงเซลล์ Osteoblast (เซลล์ที่บุอยู่บนผิวกระดูก) ให้พัฒนาเป็น Osteocyte (เซลล์กระดูกที่เจริญเต็มที่แล้ว) คุณคงคิดว่ามันคือการเลี้ยงเซลล์ที่ง่าย เพียงแค่เอาเซลล์ยัดใส่จานเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อแล้วก็รอเวลา แต่จริง ๆ แล้วมันไม่ใช่แบบนั้นเลยเซลล์ต้นกำเนิดสร้างกระดูกอย่าง Osteoblast มีปัจจัยสำคัญในการเปลี่ยนแปลงรูปร่างเป็น Osteocyte คือ แรงเฉือนจากการไหล (Shear stress) การเลี้ยงเซลล์ในจานเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อปกติที่ไม่มีน้ำไหล ไม่สามารถกระตุ้น Osteoblast จะเริ่มสร้าง Mineralized Matrix และเจริญไปเป็น Osteocyte ได้อย่างสมบูรณ์
การสร้างจานเพาะเลี้ยงเซลล์ให้มีโครงสร้างคล้ายกับท่อน้ำ เพื่อให้ของเหลวไหลผ่านด้วยอัตราที่คงที่นั้นเป็นเรื่องยากมาก แต่นักวิทยาศาสตร์ในช่วงยุค 1990 ได้มองเห็นโอกาสจากเทคโนโลยี MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) ที่กำลังเติบโตในอุตสาหกรรม Semiconductor ซึ่งทำให้อุปกรณ์อย่าง Gyroscope หรือไมโครโฟนถูกย่อขนาดให้จิ๋วลงได้ เมื่อนำมาผนวกกับเทคโนโลยี Lithography นักวิทยาศาสตร์จึงเกิดไอเดียขึ้นมาว่า ถ้าเราสามารถกัดลวดลายของแผ่นซิลิคอนเวเฟอร์ให้เป็นวงจรไฟฟ้าได้ ทำไมเราจะสร้างจานเพาะเลี้ยงเซลล์ขนาดจิ๋วไม่ได้?
ในช่วงนั้นจึงเกิดแนวคิดที่เรียกว่า µTAS (Micro Total Analysis Systems) และกำเนิดคำศัพท์ Lab-on-a-Chip ขึ้นมา โดยในยุคแรก เทคโนโลยีนี้ไม่ได้ถูกนำมาใช้เลี้ยงเซลล์ แต่เน้นไปที่การคัดแยก (เช่น DNA หรือโปรตีน) หรือวิเคราะห์สารพิษ ซึ่งมีข้อดีคือใช้ปริมาณสารตัวอย่างน้อยมากในระดับไมโครลิตร จนกระทั่งเริ่มมีคนนำชิปเหล่านี้มาทดลองเลี้ยงเซลล์ แต่ผลลัพธ์ในช่วงแรกนั้นไม่เป็นไปอย่างที่คาดหวัง เพราะพื้นผิวซิลิคอนและกระจกนั้นแข็งกระด้างและ ไม่ยอมให้ออกซิเจนซึมผ่านได้ เซลล์ที่อยู่ภายในจึงตายลงอย่างรวดเร็วและไม่เกาะติดพื้นผิว ในช่วงปลายทศวรรษ 1990 จึงเกิดแนวคิดใหม่ที่หันมาใช้วัสดุโพลิเมอร์อย่าง PDMS (Polydimethylsiloxane) แทน ด้วยคุณสมบัติเด่นของ PDMS ที่มีความใสจนกล้องจุลทรรศน์ส่องผ่านได้ มีเนื้อสัมผัสนุ่มยืดหยุ่นคล้ายเนื้อเยื่อ และที่สำคัญที่สุดคือ ยอมให้ก๊าซออกซิเจนซึมผ่านได้ เซลล์จึงสามารถมีชีวิตและเติบโตอยู่ภายในโครงสร้างท่อของ PDMS ได้ นวัตกรรมนี้ถือเป็นจุดเปลี่ยนสำคัญที่ทำให้เกิดเทคโนโลยี Lab-on-a-Chip สำหรับการเลี้ยงเซลล์ที่ใช้งานได้จริงเป็นครั้งแรก
Microfluidic chip ที่ทำจาก PDMS กลายมาเป็นนวัตกรรมที่ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะกับการเลี้ยงเซลล์ Osteoblast ที่ต้องการ Shear Stress พื้นผิวของ PDMS เอื้อให้เซลล์ยึดเกาะได้ดี ในขณะที่ระบบท่อสามารถควบคุมอัตราการไหลและแรงเฉือนที่ผนัง (Wall Shear Stress) ได้ นอกจากนี้ นักวิจัยยังสามารถคัดแยกเซลล์และสังเกตการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมผ่านกล้องจุลทรรศน์ได้แบบเรียลไทม์ นี่จึงเป็น Game Changer สำหรับการทดลองที่ต้องการสภาวะจำลองการไหลเวียนของของเหลวอย่างต่อเนื่อง
แต่การมีแค่ชิปและของเหลวไหลผ่านก็ยังไม่เพียงพอที่จะทำให้เซลล์เดี่ยว ๆ สามารถทำหน้าที่ (Function) ได้สมบูรณ์แบบเหมือนระบบที่ซับซ้อนในร่างกายมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์จึงต้องก้าวไปอีกขั้นด้วยการสร้าง “เนื้อเยื่อเสมือน” แบบ 3 มิติร่วมด้วย และนี่คือจุดเริ่มต้นของเทคโนโลยีล้ำสมัยในยุคถัดมาที่เราเรียกว่า Organ-on-a-Chip
3D Tissue Chip
หากเรายังคงเรื่องเล่าการเลี้ยงเซลล์ Osteoblast ไว้ตามเดิม Timeline การพัฒนาวิธีการเลี้ยงเซลล์ไม่ได้มีแค่ Microfluidic Chip เพียงอย่างเดียว เผลอ ๆ กว่าเทคนิค Microfluidic Chip จะถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายจริง ๆ ก็ปาเข้าไปช่วงปี 2010 แล้ว ก่อนหน้านั้นนักวิจัยใช้เทคนิคที่เรียกว่า Scaffolds (โครงค้ำจุน) ในการเลี้ยงเซลล์
Scaffolds คือการสร้างโครงสร้างรูพรุนหรือตาข่ายขึ้นมาให้เซลล์สามารถเข้าไปยึดเกาะได้ เทคโนโลยีนี้เกิดขึ้นมาก่อนตั้งแต่ยุค 1980 ก่อนที่ชิปไมโครฟลูอิดิกจะถือกำเนิดขึ้นเสียอีก วัสดุที่ใช้มักจะเป็น Hydrogel, Collagen gel หรือเซรามิกสังเคราะห์ (Hydroxyapatite) อย่างในการเลี้ยงเซลล์ Osteoblast เราก็ใช้ Scaffolds เป็น บ้านให้เซลล์ไปยึดเกาะสร้างโครงร่าง แล้วเติมสารอาหารกระตุ้นและปรับสภาพแวดล้อมให้เหมาะสม (มีทั้งแบบน้ำนิ่งและน้ำไหล) ซึ่งอย่างที่เราทราบกันดีว่า ถ้าน้ำไหล เซลล์จะเจริญเติบโตและพัฒนาไปเป็น Osteocyte ได้ดีกว่ามาก แต่ปัญหาใหญ่ของวิธีการเลี้ยงบน Scaffolds คือ “เราจะแยกเซลล์ออกจากโครงสร้างเหล่านี้ได้อย่างไร?” แม้จะมีวิธีกะเทาะเอาเซลล์ออกมา แต่เซลล์ที่รอดชีวิตจากการคัดแยกก็เหลือน้อยมากจนยากที่จะนำไปทดลองต่อได้
ถึงกระนั้น ข้อดีที่ปฏิเสธไม่ได้ของ Scaffolds คือการมอบพื้นที่ 3 มิติให้เซลล์ยึดเกาะและเติบโตเป็นรูปทรงตามต้องการ เปิดทางให้เราสร้างอวัยวะเทียมหรือศึกษากลไกของเซลล์ได้ ตัวอย่างที่น่าทึ่งคืองานวิจัย Decellularized Plant Scaffold ที่นักวิจัยนำใบผักโขมมาล้างเซลล์พืชออกจนเหลือแต่โครงร่างตาข่าย แล้วฉีดเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจของมนุษย์เข้าไป ผลลัพธ์คือเซลล์หัวใจสามารถยึดเกาะและเจริญเติบโตไปตามเส้นใบผักโขมได้อย่างยอดเยี่ยม จนเราสามารถมองเห็นใบผักโขมขยับเต้นตุบ ๆ เหมือนกับหัวใจจริง ๆ กำลังทำงาน
หรือการทดลอง Lung-on-a-Chip จากที่จะเลี้ยงเซลล์ปอดไว้เฉย ๆ นักวิจัยได้สร้างชิปที่มีท่อ 2 ชั้นกั้นด้วยเยื่อโพลิเมอร์แบบพรุน ชั้นบนใช้เลี้ยงเซลล์ถุงลมปอดและปล่อยให้อากาศไหลผ่าน ส่วนชั้นล่างเลี้ยงเซลล์หลอดเลือดและมีของเหลวที่เปรียบเสมือนเลือดไหลเวียน ยิ่งไปกว่านั้น ตัวชิปจากวัสดุ PDMS ยังถูกเครื่องจักรดึงให้ยืดและหดตัวเป็นจังหวะ เพื่อจำลองกลไกการหายใจของมนุษย์
ซึ่งทั้งสองตัวอย่างนี้คือการรวม Scaffolds เข้ากับ Microfluidic Chip กลายเป็นสิ่งที่เรียกว่า 3D Tissue Chip หรือ Organ-on-a-Chip ที่ตัวเซลล์สามารถรวมกันแล้วแสดงออกแบบที่อวัยวะเป็น ซึ่งเทคโนโลยีเรียกได้ว่าเปลี่ยนแปลงวงการอาหาร ยา และเวชภัณฑ์รวมถึงวงการความงามแทบจะโดยทันที เพราะจากเดิมที่เราจำเป็นต้องทำการทดลองในสัตว์ทดลองเพื่อดู effect และ side effect ของสิ่งที่เราต้องการจะทำการทดสอบ เช่น ครีมบำรุงผิว เราเพียงแค่หา microfluidic chip สำหรับเลี้ยงเซลล์ผิวหนัง เลี้ยงจนมันสามารถแบ่งเซลล์ผิวหนังเป็นสามชั้น (Epidermis, Dermis แล้วก็ Blood Vessels) และเราสามารถดูความสามารถในการซึมผ่าน การเคลือบชั้นผิว ผลจากรังสี UV และมลภาวะได้อย่างง่ายดาย ซึ่งดีกว่าการทำการทดสอบทางคลินิคกับสัตว์ทดลองที่ยุ่งยากและต้องผ่านจริยธรรม
นั่นจึงเป็นเหตุผลว่าทำไม Organ-on-a-Chip ถึงเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการตอบรับอย่างล้นหลามในหลายวงการ รวมถึง “การทดลองในอวกาศ” ด้วย เพราะการออกแบบระบบปิดเพื่อกักเก็บน้ำยาเลี้ยงเซลล์ (Media) ให้อยู่ในชิปขนาดเล็กนั้น ขนส่งขึ้นสู่อวกาศได้ง่ายกว่าการทำเอกสารขออนุมัติจริยธรรมเพื่อส่งหนูทดลองขึ้นไปหลายเท่าตัว เราจึงได้เห็นโครงการส่ง Lab-on-a-Chip และ Organ-on-a-Chip ทะยานขึ้นสู่อวกาศมากมายในช่วงหลายปีที่ผ่านมา
Lab-on-Chip บนอวกาศ
ตั้งแต่ปี 2016 เป็นต้นมา มีการส่ง Lab-on-a-Chip ขึ้นไปทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติ อย่างเป็นล่ำเป็นสัน โดยโจทย์สำคัญที่การศึกษาในอวกาศตั้ง คือ การใช้สภาวะอวกาศได้แก่ Microgravity และรังสี เป็น “เครื่องเร่งเวลา” ของเซลล์ เพราะเซลล์ของมนุษย์ในอวกาศจะแก่ตัวลงอย่างรวดเร็ว แสดงอาการคล้ายกับเซลล์ของผู้สูงอายุ ผู้ป่วย ที่มีอาการทั้งกระดูกพรุน กล้ามเนื้อฝ่อ และภูมิคุ้มกันตก ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถจำลองโรคที่ต้องใช้เวลาฟักตัวหลายสิบปีบนโลก ให้แสดงผลลัพธ์ภายในไม่กี่สัปดาห์บนสถานีฯ ได้
ตลอดเวลาที่ผ่านมา มีเพย์โหลดงานวิจัยทางการแพทย์ถูกส่งขึ้นไปมากมาย เช่น Muscle-on-a-Chip ที่ส่งเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อลาย 3 มิติขึ้นไปศึกษาภาวะกล้ามเนื้อฝ่อ (Muscle Wasting) ในระดับโมเลกุล เพื่อทดสอบยาชะลอการสลายตัวของกล้ามเนื้อ หรือ Blood-Brain Barrier-on-a-Chip ที่ศึกษาว่าสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงทำให้เกราะป้องกันสมองอ่อนแอลง จนสารพิษหลุดเข้าไปทำลายเซลล์ประสาทได้ง่ายขึ้นหรือไม่
อ่านมาถึงตรงนี้ หลายคนอาจจะคิดว่า Lab-on-a-Chip มีไว้เพื่องานวิจัยทางการแพทย์ที่ทำกับเซลล์เท่านั้น แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมดครับ เพราะตัว “ชิป” สามารถนำไปประยุกต์ใช้เป็นแพลตฟอร์มสำหรับการทดลองทางเคมีฟิสิกส์อื่น ๆ ได้ด้วย เช่น การผสมสารหรือการตรวจวัดค่าต่าง ๆ ที่กระบวนการปกติบนโลกอาจจะยุ่งยาก แต่เมื่อนำมาย่อส่วนลงบน Lab-on-a-Chip ทุกอย่างจะง่าย สะดวก ใช้พื้นที่น้อย และที่สำคัญคือช่วยลดภาระของนักบินอวกาศ ทำให้ไม่ต้องใช้เครื่องมือชิ้นใหญ่ หรือเสียเวลาในการผสมบนเครื่องมือขนาดใหญ่
อย่างไรก็ตาม แม้ปัจจุบันเราจะมีการทดลอง Lab-on-a-Chip บนอวกาศมากมาย แต่ต้องยอมรับความจริงข้อหนึ่งว่า การทดลองเกือบทั้งหมดของเรายังคงวนเวียนอยู่แค่ในระดับ วงโคจรต่ำของโลกมานานกว่า 5 ทศวรรษแล้ว องค์ความรู้ด้านเวชศาสตร์อวกาศของเราจึงถูกจำกัดอยู่แค่ในวงโคจรต่ำของโลกเท่านั้น
ดังนั้น การเดินทางครั้งใหม่ของภารกิจ Artemis II จำเป็นครั้งแรกในรอบครึ่งศตวรรษที่มนุษย์จะเดินทางก้าวข้ามวงโคจร LEO กลับไปสู่ดวงจันทร์ จึงเป็นหมุดหมายที่สำคัญยิ่งในการส่งการทดลองทางการแพทย์พร้อม Lab-on-a-Chip เดินทางลึกเข้าไปในห้วงอวกาศ เพื่อปะทะกับรังสีคอสมิกอย่างเต็มรูปแบบ กับโปรเจคที่เรียกว่า AVATAR เมื่อเราส่งไขกระดูกเดินทางเข้าไปในอวกาศลึกเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงของระบบที่เรียกได้ว่าจุดเริ่มต้นของระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย ว่าทำงานอย่างไร เปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อเดินทางไปและกลับจากดวงจันทร์พร้อมกับนักบินอวกาศทั้งสี่คน
AVATAR การทดลอง Lab-on-a-Chip บนดวงจันทร์
ในการเดินทางไปยังดวงจันทร์ของ Artemis II การทดลอง AVATAR หรือ A Virtual Astronaut Tissue Analog Response ถูกหยิบยกขึ้นมาพูดถึงเป็นอย่างมาก เพราะนี่คือหนึ่งในการทดลองทางการแพทย์แรกที่ได้ร่วมออกเดินทางเข้าสู่ห้วงอวกาศลึกพร้อมกับนักบินอวกาศในรอบ 53 ปี
AVATAR คือเทคโนโลยี Organ-on-a-Chip ที่นำเซลล์ไขกระดูก (Bone marrow cells) ของนักบินอวกาศทั้ง 4 ท่าน ได้แก่ Reid, Victor, Christina และ Jeremy มาเพาะเลี้ยงภายในชิป เพื่อเฝ้าสังเกตการเปลี่ยนแปลงเชิงรหัสพันธุกรรมเมื่อต้องเผชิญกับสภาวะแวดล้อมในอวกาศห้วงลึก ความสำคัญของเรื่องนี้อยู่ที่ไขกระดูกซึ่งเป็นอวัยวะหลักในการสร้างเม็ดเลือดและระบบภูมิคุ้มกัน และยังเป็นอวัยวะที่ตอบสนองต่อสภาวะอวกาศอย่างรุนแรงและรวดเร็วที่สุด การศึกษาอวัยวะนี้จึงเปรียบเสมือนการศึกษารากฐานความอยู่รอดของมนุษย์ในอวกาศ โดย AVATAR จะจำลองสภาพแวดล้อมภายในกระดูกผ่านระบบไมโครฟลูอิดิกที่มีการไหลเวียนของอาหารเลี้ยงเซลล์ (Media) ตลอดเวลา เพื่อให้เซลล์สามารถทำหน้าที่ได้อย่างเป็นธรรมชาติเสมือนอยู่ในร่างกายจริง
การวิเคราะห์ข้อมูลจะเกิดขึ้นทันทีเมื่อยาน Orion เดินทางกลับถึงโลก ชุดการทดลอง AVATAR ทั้ง 4 ชุดจะถูกนำเข้าสู่ห้องปฏิบัติการเพื่อสกัด DNA ออกมาเปรียบเทียบกับรหัสพันธุกรรมดั้งเดิมก่อนการเดินทาง รวมถึงเปรียบเทียบกับเซลล์ไขกระดูกจริงของนักบินอวกาศ เพื่อประเมินความเสียหายของสาย DNA ที่เกิดจากรังสีคอสมิกและสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง กระบวนการนี้คือหัวใจสำคัญของ Personalized Space Medicine หรือการแพทย์อวกาศแบบจำเพาะบุคคล เพราะร่างกายของแต่ละคนมีการตอบสนองต่อโรคและความรุนแรงของสภาวะแวดล้อมที่ไม่เท่ากัน การทราบความเสียหายในระดับ DNA จะช่วยให้เราสามารถออกแบบแนวทางการรักษาที่เจาะจง ไปยังบุคคลนั้น ๆ ได้แม่นยำกว่าการรักษาแบบเหมารวม (ลักษณะเดียวกับยาพาราเซตามอลที่กำหนดปริมาณการทานตามน้ำหนักตัว แต่ตามความเปนจริงอาการเจ็บ ปวดที่เกิดขึ้นนั้นไม่เท่ากัน รวมถึงความสามารถในการดูดซึมไม่เท่ากันทำให้ยาในปริมาณเท่ากันลดความเจ็บปวดได้ไม่เท่ากัน) และจะเป็นการเปิดประตูสู่อุตสาหกรรมการแพทย์ยุคใหม่นั่นคือ การรักษาแบบจำเพาะบุคคล (Personalized Medicine) อย่างเต็มรูปแบบ
เพราะสิ่งหนึ่งที่ทำให้เราริเริ่มการศึกษา Personalized Medicine ในอวกาศก่อนเพราะ สิ่งนี้เป็นเทคโนโลยี New Forntier ถ้าการรักษาทางการแพทย์แบบจำเพาะบุคคลสามารถเกิดขึ้นได้ในอวกาศให้กับนักบินอวกาศ มันย่อมถูกขยับขยายมายังการแพทย์บนโลกด้วยเช่นกัน ซึ่งสิ่งนี้จะช่วยเพิ่มคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยบนโลกให้ได้รับการรักษาที่ถูกต้องและตรงกับโรคได้ดีขึ้นกว่าการรักษาแบบเหมารวมที่เป็นอยู่ดังปัจจุบันนี้
ใช่ว่าการทดลองของไทยจะไม่มี Lab-on-Chip
หลายคนอาจจะแปลกใจหากทราบว่า ประเทศไทยมีงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับอุปกรณ์ Lab-on-a-Chip อยู่มากมาย หนึ่งในหน่วยงานสำคัญคือ TMEC ศูนย์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์แห่งชาติ เพราะอย่างที่ได้เล่าไปข้างต้นว่านักวิจัยที่ทำงานด้านการแพทย์มีความต้องการทำการทดลอง Lab-on-a-Chip เยอะมาก นั้นทำให้ศูนย์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่เปิดมาด้วยการพยายามตั้งตัวเป็นศูนย์เพื่อการวิจัยด้าน Semiconductor มีการทดลองเกี่ยวกับ Microfludic Chip การแพทย์ ชีววิทยาและเคมีอยู่ด้วย และทำให้ TMEC เป็นผู้เชี่ยวชาญการออกแบบและวิจัย Lab-on-a-Chip เป็นอย่างมาก และเราก็เห็นการทดลองหลาย ๆ การทดลองที่น่าภาคภูมิใจของ TMEC จะเป็นการโชว์งานวิจัยด้าน Lab-on-a-Chip
รวมไปถึงโครงการสำคัญอย่าง TIGERS-X โดยที่ส่งการทดลองการผสมสารอาหารทางหลอดเลือดดำ (TPN) ในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงขึ้นไปบนอวกาศ โดยใช้เทคนิค Static Mixer บน Microfluidic Chip ซึ่งถือเป็น Lab-on-a-Chip อย่างเต็มรูปแบบ เพราะการผสมสาร TPN นั้นมีความละเอียดอ่อนสูง หากความเร็วในการผสมระหว่างส่วนประกอบที่เป็นน้ำ (Water-rich) และน้ำมัน (Oil-rich) ผิดเพี้ยนไปเพียงเล็กน้อย สารอาหารจะไม่รวมตัวกันอย่างที่ควรจะเป็น ซึ่งการทดลอง TIGERS-X นี้คือหนึ่งในการทดลองที่อยู่ในเทรนด์ของงานวิจัยระดับโลกทั้งสองเทรนด์พร้อมกันคือเรื่องของ Lab-on-a-Chip และ Personalized Medicine เพราะอย่างที่เราทราบกันผู้ป่วยแต่ละคนมีความต้องการกลูโคส โปรตีน ไขมัน วิตามิน เกลือแร่ที่ไม่เท่ากัน ด้วยเหตุผลนี้ TPN คือหนึ่งในเวชภัณฑ์ที่อยู่ในกลุ่มของ Personalized Medicine การที่ประเทศไทยสามารถที่จะทำเครื่องผลิต TPN ได้ด้วยต้นเองนั้นลดการพึ่งพาเทคโนโลยีทางการแพทย์จากต่างชาติ ทำให้ลดต้นทุนในการดูแลผู้ป่วย เพิ่มโอกาสที่ผู้จะได้รับการรักษาที่มากขึ้น ช่วยเพิ่มและยกระดับคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยให้ได้มากยิ่งขึ้นอีกด้วย
ดังนั้นจึงสามารถพูดได้ว่า นักวิจัยของไทยในตอนนี้ไม่ได้น้อยหน้าในเทรนด์การศึกษาที่กำลังเป็นกระแสอยู่ทั้งเรื่องของ Lab-on-a-Chip และ Personalized Medicine แต่คำถามคือแล้วนอกจากการทดลองพื้นฐานทั่วไป การไหล การผสมสาร การเลี้ยงเซลล์ Lab-on-a-Chip มันจะทำการทดลองอะไรได้อีกแล้วมันจะเพิ่มคุณภาพชีวิตของเราทุกคนได้อย่างไร
การทดลอง TIGERS-X ส่งมอบให้กับยุโรปแล้ว เตรียมเดินทางสู่สถานีอวกาศนานาชาติเดือนพฤษภาคม
Lab-on-Chip คือประตูสู่การศึกษาที่เป็นไปได้มากยิ่งขึ้น
เมื่อเรามาถึงจุดที่เราสามารถเอาเซลล์หลาย ๆ ชนิดมาทำการเพาะเลี้ยงบนชิปและให้มันสามารถเป็นอวัยวะที่ทำงานบนชิปได้แล้ว หรือเราสามารถสร้างเครื่องผสมสารบนชิป ไปจนถึงสร้างเครื่อง RT-PCR ความแม่นยำสูงเพื่อการตรวจหาเชื้อ COVID-19 ในช่วงการระบาดใหญ่ได้ จนไปถึงการเป็นอวัยวะจำลองของนักบินอวกาศเพื่อใช้ในการทดลองในอวกาศ ทั้งหมดนี้มันเกิดขึ้นบนชิปขนาดเล็กเท่ากับกระจกสไลด์
แล้วคำถามคืออนาคตของ Lab-on-Chip จะไปที่ไหนต่อ สิ่งหนึ่งที่มันจะเป็นคือเราคงไม่ได้เพียงแค่การสร้างระบบที่มีอยู่แล้วให้ดีกว่าเดิมเพียงอย่างเดียวแต่เรากำลังทำการทดลองใหม่ ๆ ให้ดีมากยิ่งขึ้นด้วย หนึ่งในความคาดหวังที่มีหลายคนสนใจและอยากให้มันเกิดขึ้น คือการสร้าง Body-on-a-Chip ที่เราสามารถดู side effect ของยาได้โดยไม่ได้แค่จากภาพของอวัยวะใดอวัยวะหนึ่งเท่านั้น ซึ่งเอาเข้าจริงสิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยมากในวงการแพทย์ที่พบว่ายาตัวหนึ่งที่ใช้ในการรักษาโรคหนึ่งกลับมาผลกระทบต่ออวัยวะอื่นหรือมีคุณสมบัติในการรักษาโรคอื่นร่วมด้วยทั้งที่กลไกยาไม่ได้เกี่ยวข้องกันเลย ซึ่งหากสร้าง Body-on-a-Chip ได้จริงเราอาจจะถึงวันที่เราสามารถที่จะยุติการทดลองในสัตว์ทดลองได้
แต่ภาพที่เห็นชัดที่สุดของเทคโนโลยี Lab-on-a-Chip คือการลดต้นทุนการศึกษา ทำการทดลอง อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ลองจินตนาการดูว่า หากนักศึกษาแพทย์ นักวิจัย หรือแม้แต่นักเรียนมัธยม สามารถเข้าถึงการทดลองอย่างการตรวจ DNA แบบ RT-PCR หรือดูการทำงานของหัวใจ ปอด ผิวหนังได้จากภายในห้องเรียนวิทยาศาสตร์ สิ่งนี้จะเปิดโลกการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และการแพทย์อย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน โดยไม่ต้องพึ่งพาห้องปฏิบัติการขนาดใหญ่ราคาหลายล้าน การเข้าถึงเครื่องมือเหล่านี้จะทำให้เกิดการเร่งสปีดของนวัตกรรมทางการแพทย์แบบก้าวกระโดด (Democratization of Science)
และเมื่อต้นทุนการผลิตชิปเหล่านี้ถูกลงจนถึงขีดสุด มันจะไม่ได้หยุดอยู่แค่ในห้องทดลองอีกต่อไป แต่มันจะก้าวเข้ามาอยู่บนร่างกายของเราในฐานะ Wearable Device แห่งอนาคต ในปัจจุบัน เราอาจคุ้นเคยกับสมาร์ทวอทช์ที่วัดชีพจรหรือระดับออกซิเจนในเลือดด้วยแสงอินฟราเรด แต่ด้วย Lab-on-a-Chip เรากำลังพูดถึงนวัตกรรมที่ล้ำหน้าไปกว่านั้น เช่น แผ่นแปะผิวหนังอัจฉริยะ (Smart patch) ที่มีท่อไมโครฟลูอิดิกฝังอยู่ภายใน ทำหน้าที่ดึงเหงื่อ น้ำตา หรือของเหลวใต้ผิวหนัง (Interstitial fluid) เข้าไปวิเคราะห์หาสารบ่งชี้ทางชีวภาพ (Biomarkers) แบบเรียลไทม์
สิ่งนี้จะพลิกโฉมการดูแลผู้ป่วย โดยเฉพาะกลุ่มที่เราอาจเรียกได้ว่าเป็น Cyborg Patients หรือผู้ป่วยที่ต้องพึ่งพาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เชื่อมต่อกับร่างกาย ไม่ว่าจะเป็นแขนขาเทียมอัจฉริยะที่เชื่อมต่อกับระบบประสาท เครื่องกระตุ้นหัวใจ หรือระบบปล่อยยาอินซูลินอัตโนมัติ ชิป Lab-on-a-Chip จะทำหน้าที่เป็น Interface ระหว่างจักรกลและระบบชีววิทยาของมนุษย์ มันสามารถอ่านค่าจากร่างกายแล้วสั่งให้อุปกรณ์เหล่านั้นปรับการทำงาน หรือปล่อยยาเข้าสู่ร่างกายด้วยปริมาณที่แม่นยำในระดับวินาทีต่อวินาที
เมื่อเรานำภาพย่อยทั้งหมดมาประกอบกัน ทั้ง Body-on-a-Chip ที่ช่วยให้เราทดสอบผลข้างเคียงของยาได้โดยไม่ต้องเสี่ยงกับร่างกายมนุษย์จริง และ Wearable Lab-on-a-Chip ที่คอยติดตามข้อมูลทางชีวภาพของเราตลอด 24 ชั่วโมง ภาพใหญ่ที่สุดที่มนุษยชาติจะได้รับจากเทคโนโลยีนี้ก็คือ Personalized Medicine หรือการแพทย์แบบจำเพาะบุคคล
ในอนาคต การเดินเข้าโรงพยาบาลอาจไม่ใช่การรับยาแบบเหมารวมครอบจักรวาลแบบที่ใช้สูตรเดียวกันกับคนนับล้านอีกต่อไป แต่แพทย์จะวิเคราะห์ข้อมูลแบบเรียลไทม์จาก Wearable device บนตัวคุณ ผสมผสานกับการจำลองผลลัพธ์ของยาลงบน Body-on-a-Chip ที่สร้างขึ้นจากสเต็มเซลล์ของคุณเอง เพื่อสังเคราะห์ยาที่สั่งทำพิเศษให้เข้ากับตัวของคุณโดยเฉพาะ ทำให้การรักษามีประสิทธิภาพสูงอย่างที่ไม่เคยเป็นมาก่อน
ซึ่งภาพทั้งหมดนี้อาจจะเหมือนกับเรื่องวาดฝันของนักวิทยาศาสตร์ที่กำลังฝันเฟื่องถึงการทดลองบนชิปที่ทำสิ่งต่าง ๆ นานาได้ราวกับเป็นตัวแทนของร่างกายมนุษย์หรือหุ่นยนต์ที่จะทำให้เรากลายเป็น Cyborg แต่มันคือเป้าหมายปลายทางที่เทคโนโลยี Lab-on-a-Chip กำลังพาเราไป เป็นอนาคตที่การแพทย์จะมีความแม่นยำสูงสุด ปลอดภัยสูงสุด และที่สำคัญที่สุดคือ Lab-on-a-Chip เป็นเทคโนโลยีที่จะทำให้ศาสตร์ขั้นสูงลดต้นทุนมาในราคาที่ผู้คนทั่วไปสามารถจับต้องได้และเข้าถึงทุกคนได้จริง
เรียบเรียงโดย ทีมงาน Spaceth.co
