"แผ่นแปะเข็มไมโคร" นวัตกรรมใหม่ของการ "ตรวจภูมิคุ้มกันโดยไม่ต้องเจาะเลือด"

ดร.อนันต์ จงแก้ววัฒนา นักไวรัสวิทยา ไบโอเทค สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ได้โพสต์เฟซบุ๊ก Anan Jongkaewwattana เกี่ยวกับการตรวจภูมิคุ้มกันโดยไม่ต้องเจาะเลือด ระบุว่า

นวัตกรรมแผ่นแปะเข็มไมโคร มิติใหม่ของการตรวจภูมิคุ้มกันโดยไม่ต้องเจาะเลือด

การตรวจติดตามการทำงานของระบบภูมิคุ้มกัน ไม่ว่าจะเป็นการตรวจสอบประสิทธิภาพของวัคซีน การติดตามการรักษาโรคมะเร็ง หรือการเฝ้าระวังโรคติดเชื้อและโรคภูมิแพ้ตัวเอง มีความสำคัญมาก ซึ่งโดยปกติแล้ว วิธีการมาตรฐานคือการเจาะเลือดเพื่อนำไปวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ หรือในบางกรณีที่ต้องการข้อมูลเชิงลึกอาจต้องใช้วิธีที่เจ็บปวดกว่านั้น เช่น การตัดชิ้นเนื้อ หรือ Biopsy แต่วิธีการเหล่านี้มีข้อจำกัดที่สำคัญคือ เซลล์ภูมิคุ้มกันชนิดพิเศษที่มีความสำคัญต่อการต่อสู้กับโรคนั้น มักจะมีจำนวนน้อยมากในกระแสเลือด หรือกระจายตัวอยู่ตามเนื้อเยื่อต่างๆ ทำให้การตรวจเลือดทั่วไปอาจตรวจไม่พบ หรือไม่สะท้อนภาพรวมของภูมิคุ้มกันที่แท้จริง 

เมื่อวานนี้ ทีมนักวิจัยจากหลายสถาบันใน USA ได้ตีพิมพ์วิธีแก้ปัญหาดังกล่าวด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่ผสมผสานความรู้ด้านภูมิคุ้มกันวิทยาเข้ากับวิศวกรรมชีวการแพทย์ จนเกิดเป็น "แผ่นแปะผิวหนังเข็มไมโคร" (Microneedle Skin Patches) ที่สามารถดึงเซลล์ภูมิคุ้มกันออกมาตรวจได้โดยไม่ต้องเจาะเลือด และไม่สร้างความเจ็บปวดให้กับผู้ใช้แผ่นแปะนั้นเลย

หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีนี้อยู่ที่การทำงานร่วมกันระหว่างวิศวกรรมวัสดุศาสตร์และกลไกธรรมชาติของระบบภูมิคุ้มกันร่างกายที่เรียกว่า "Tissue-Resident Memory T cells" หรือเรียกสั้นๆ ว่า T-RMs ซึ่งเป็น T cells ชนิดพิเศษที่ทำหน้าที่จดจำเชื้อโรคและฝังตัวอาศัยอยู่ในเนื้อเยื่อต่างๆ โดยไม่ไหลเวียนกลับเข้าไปในกระแสเลือดเหมือนเซลล์เม็ดเลือดขาวทั่วไป โดยปกติแล้ว T-RMs เหล่านี้จะทำหน้าที่เสมือนยามเฝ้าระวังภัยที่ประจำการอยู่ตามด่านหน้าของร่างกายที่มีโอกาสสัมผัสเชื้อโรคได้ง่าย เช่น ผิวหนัง ปอด หรือลำไส้ เพื่อเตรียมพร้อมรับมือกับการรุกรานซ้ำ 

เมื่อใดก็ตามที่ T-RMs ตรวจพบสิ่งแปลกปลอมที่เคยจดจำไว้ได้ ไม่ว่าจะเป็นชิ้นส่วนของไวรัสหรือโปรตีนจากวัคซีน เซลล์นี้จะทำหน้าที่ส่งสัญญาณเตือนภัย หรือ กดปุ่มฉุกเฉินทันที เพื่อปล่อยสารเคมีดึงดูดและเรียกพลพรรคเซลล์ภูมิคุ้มกันชนิดอื่นๆ ที่ไหลเวียนอยู่ในกระแสเลือดให้รีบเดินทางมารวมตัวกัน ณ จุดที่เกิดเหตุอย่างรวดเร็วและหนาแน่น เพื่อจัดการกับสิ่งแปลกปลอมนั้น

ทีมวิจัยได้นำหลักการทำงานตามธรรมชาตินี้มาประยุกต์ใช้เป็นกลยุทธ์ในการดักจับเซลล์ภูมิคุ้มกัน โดยเริ่มจากการกระตุ้น T-RMs บริเวณผิวหนังจุดเล็กๆ ด้วยการฉีดแอนติเจนหรือสารกระตุ้นภูมิคุ้มกันในปริมาณเพียงเล็กน้อย เพื่อจำลองสถานการณ์ให้ร่างกายเข้าใจว่ามีการรุกรานเกิดขึ้น กระบวนการนี้จะกระตุ้นให้ T-RMs ส่งสัญญาณเรียกเซลล์ภูมิคุ้มกันหายากจากทั่วร่างกายให้มารวมตัวกันที่ผิวหนังบริเวณนั้นในปริมาณที่เข้มข้นสูงกว่าในกระแสเลือดหลายเท่าตัว เมื่อเซลล์มารวมตัวกันแล้ว ทีมวิจัยจึงนำแผ่นแปะเข็มไมโครที่มีเข็มขนาดเล็กจิ๋วจำนวนมากแปะลงไปบนผิวหนังบริเวณดังกล่าว 

เข็มเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษให้มีความยาวที่พอเหมาะ คือสามารถเจาะผ่านชั้นหนังกำพร้าลงไปถึงชั้นหนังแท้ตื้นๆ ซึ่งเป็นที่อยู่ของเซลล์ภูมิคุ้มกันและของเหลวระหว่างเซลล์ แต่ไม่ลึกพอที่จะไปสัมผัสกับปลายประสาทรับความรู้สึกเจ็บปวด ทำให้ผู้ใช้แทบไม่รู้สึกเจ็บขณะแปะแผ่น

ความพิเศษอีกประการหนึ่งอยู่ที่ตัวเข็มไมโคร ซึ่งถูกเคลือบด้วยไฮโดรเจลชนิดพิเศษที่ทำจากอัลจิเนต (Alginate) สูตรเฉพาะที่ผ่านการคัดเลือกมาแล้วว่ามีคุณสมบัติทางกายภาพที่เหมาะสมที่สุด เมื่อแผ่นแปะสัมผัสกับผิวหนัง ไฮโดรเจลจะดูดซับของเหลวจากเนื้อเยื่อและพองตัวขึ้น สร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนเอื้อให้เซลล์ภูมิคุ้มกันที่ถูกเรียกมารวมตัวกันนั้น สามารถเคลื่อนที่ออกจากเนื้อเยื่อและแทรกตัวเข้ามาติดอยู่ในชั้นเจลของแผ่นแปะได้ ผลการทดลองในหนูทดลองพิสูจน์ให้เห็นว่า วิธีการนี้สามารถดักจับเซลล์ภูมิคุ้มกันที่มีชีวิตได้จำนวนมาก รวมถึงสามารถตรวจพบเซลล์หายากที่มีความจำเพาะต่อแอนติเจน ซึ่งปกติแล้วมักจะหลุดรอดสายตาไปในการตรวจเลือดแบบดั้งเดิมเนื่องจากมีปริมาณน้อยมากในกระแสเลือด

นอกจากความสำเร็จในสัตว์ทดลองแล้ว การทดสอบกับอาสาสมัครมนุษย์ที่มีภาวะผื่นแพ้สัมผัสยังให้ผลลัพธ์ที่น่าสนใจ โดยพบว่าแผ่นแปะนี้สามารถเก็บตัวอย่างเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิดต่างๆ และโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ใกล้เคียงหรือดีกว่าวิธีการมาตรฐานเดิมที่ใช้เครื่องดูดสุญญากาศทำตุ่มพอง (Suction blistering) เพื่อเก็บของเหลวใต้ผิวหนัง ซึ่งวิธีเดิมนั้นต้องใช้เวลานาน สร้างความเจ็บปวด และเสี่ยงต่อการเกิดรอยแผลเป็นหรือเม็ดสีผิวผิดปกติ ในขณะที่แผ่นแปะเข็มไมโครสร้างเพียงรอยแดงจางๆ ที่หายไปเองได้ในเวลาไม่นาน และที่สำคัญคือเซลล์ที่เก็บได้ยังเป็นเซลล์ที่มีชีวิต ซึ่งสามารถนำไปเพาะเลี้ยงหรือวิเคราะห์เชิงลึกต่อในห้องปฏิบัติการได้ ช่วยให้แพทย์และนักวิจัยเข้าใจกลไกการเกิดโรคหรือการตอบสนองต่อวัคซีนได้อย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น

เทคโนโลยีแผ่นแปะเข็มไมโครร่วมกับการกระตุ้นเซลล์ความจำเฉพาะที่นี้ จะช่วยให้แพทย์สามารถตรวจสอบการตอบสนองของภูมิคุ้มกันได้อย่างแม่นยำและละเอียดอ่อนยิ่งขึ้น ไม่ว่าจะเป็นการประเมินว่าวัคซีนที่ฉีดไปกระตุ้นภูมิได้จริงหรือไม่ หรือการติดตามอาการของผู้ป่วยโรคภูมิแพ้และโรคภูมิคุ้มกันทำลายตนเอง อีกทั้งยังเป็นวิธีที่ปลอดภัย ใช้งานง่าย และลดความเจ็บปวด ซึ่งจะเป็นประโยชน์มากๆสำหรับผู้ป่วยเด็ก ผู้สูงอายุ หรือผู้ที่ต้องได้รับการตรวจติดตามผลอย่างต่อเนื่องในระยะยาว เปลี่ยนภาพจำของการตรวจภูมิคุ้มกันที่น่ากลัวให้กลายเป็นเรื่องง่ายเพียงแค่การแปะแผ่นสติ๊กเกอร์ลงบนผิวหนัง

ดร.อนันต์ จงแก้ววัฒนา นักไวรัสวิทยา ไบโอเทค สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)