งานวิจัยใหม่ชี้ หน่วยสังเคราะห์แสงจากพืชอาจช่วยฟื้นฟูเซลล์ที่อ่อนแอ

ดร.อนันต์ จงแก้ววัฒนา ผู้อำนวยการกลุ่มวิจัยนวัตกรรมสุขภาพสัตว์และการจัดการ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) สวทช. ให้ความรู้ ผ่านเพจ Anan Jongkaewwattana โดยระบุว่า 

บทเรียนวิชาชีววิทยาที่คุณครูสอนมาบอกไว้ชัดเจนว่าร่างกายของเราประกอบขึ้นจากเซลล์จำนวนมหาศาล ซึ่งภายในเซลล์แต่ละเซลล์นั้นจะมีโครงสร้างขนาดเล็กที่เรียกว่าออร์แกเนลล์ทำหน้าที่เสมือนอวัยวะย่อยๆ คอยทำงานประสานกันเพื่อให้เซลล์มีชีวิตและทำงานได้อย่างปกติ แต่ว่าเมื่อร่างกายเผชิญกับความเครียดหรือความเสื่อมตามวัย การสื่อสารและทำงานร่วมกันระหว่างออร์แกเนลล์เหล่านี้มักจะล้มเหลว 

ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้เกิดโรคความเสื่อมต่างๆ ในขณะที่เซลล์สัตว์หรือคนเรามักจะพ่ายแพ้ต่อภาวะวิกฤตเหล่านี้ แต่ที่น่าสนใจมากๆคือ เซลล์พืชกลับมีความสามารถพิเศษในการปรับตัวและเอาตัวรอดได้ดีกว่า เนื่องจากพืชมีระบบการสังเคราะห์แสงที่ช่วยรักษาสมดุลของพลังงานภายในเซลล์ ด้วยเหตุผลนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงเกิดแนวคิดนอกกรอบตำราเรียน ในการนำระบบสังเคราะห์แสงของพืชมาช่วยฟื้นฟูเซลล์ของสัตว์ที่กำลังอ่อนแอ

งานวิจัยชิ้นนี้เพิ่งตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications พิสูจน์แนวคิดนี้โดยได้ทำการสกัดเอาหน่วยสังเคราะห์แสงขนาดเล็กมากๆที่เรียกว่า "นาโนไทลาคอยด์" ซึ่งเป็นโครงสร้างสำคัญที่พบในใบพืชทั่วไปอย่างเช่นผักโขม ออกมาใช้งาน แต่ว่าการจะนำสิ่งแปลกปลอมเข้าไปในเซลล์ของสัตว์นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย เพราะตามธรรมชาติแล้วเซลล์จะมีระบบคอยกำจัดสิ่งแปลกปลอมทิ้ง 

เพื่อแก้ปัญหานี้ ทีมวิจัยจึงได้นำนาโนไทลาคอยด์มาห่อหุ้มด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ชนิดเดียวกับเซลล์เป้าหมาย เพื่อใช้เป็นผ้าคลุมล่องหนที่ช่วยพรางตัวให้ระบบภูมิคุ้มกันของเซลล์จดจำไม่ได้และยอมรับให้เข้าไปภายในได้อย่างปลอดภัย เมื่อหน่วยสังเคราะห์แสงเหล่านี้เข้าไปฝังตัวอยู่ในเซลล์ที่กำลังป่วยและได้รับแสงสว่าง พวกมันจะเริ่มกระบวนการสังเคราะห์แสงและทำหน้าที่เสมือน "โรงไฟฟ้าขนาดย่อม" ที่คอยป้อนพลังงานให้กับเซลล์ 

นอกจากนี้ยังช่วยปรับสมดุลของแคลเซียมภายในเซลล์ที่มักจะทำงานรวนเมื่อเซลล์เกิดความเครียด ผลลัพธ์ที่น่าทึ่งคือ พลังงานที่ได้นี้ช่วยฟื้นฟูความยืดหยุ่นของเยื่อหุ้มออร์แกเนลล์ต่างๆ ลดการเกาะติดกันผิดปกติระหว่างไมโทคอนเดรียและร่างแหเอนโดพลาซึมซึ่งเป็นสาเหตุหลักของความเสื่อม และยังช่วยกระตุ้นให้ไมโทคอนเดรียที่เคยอ่อนแอสามารถกลับมาทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลักของเซลล์ได้อย่างสมบูรณ์อีกครั้ง

เพื่อพิสูจน์ให้เห็นว่าแนวคิดระดับเซลล์นี้สามารถนำมาใช้รักษาโรคได้จริง นักวิจัยได้เลือกทำการทดสอบกับโรคหมอนรองกระดูกสันหลังเสื่อม โดย ธรรมชาติของหมอนรองกระดูกนั้นอยู่ในจุดที่ลึกและมีเลือดไปเลี้ยงน้อยมาก เมื่อเซลล์บริเวณนี้เกิดความเครียดและขาดพลังงาน ระบบภายในเซลล์จะล้มเหลว ทำให้สูญเสียความสามารถในการสร้างสารหล่อลื่นและเนื้อเยื่อเพื่อซ่อมแซมตัวเอง ในการทดลอง ทีมวิจัยได้ทำการฉีดหน่วยสังเคราะห์แสงที่ห่อหุ้มพรางตัวแล้วนี้เข้าไปในหมอนรองกระดูกที่กำลังเสื่อมสภาพ เมื่อทำการกระตุ้นด้วยแสงสว่างตามระยะเวลาที่กำหนด 

พบว่าเซลล์ที่เคยอ่อนแอสามารถกลับมาสร้างพลังงานได้อีกครั้ง พลังงานเหล่านี้ไปกระตุ้นให้เซลล์กลับมาสร้างคอลลาเจนและสารประกอบสำคัญที่ช่วยรักษามวลกระดูกอ่อน ทำให้หมอนรองกระดูกที่เคยฟีบแบนสามารถฟื้นตัว กลับมามีความหนาและกักเก็บน้ำได้ดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับกลุ่มทดลองที่ไม่ได้รับการกระตุ้นด้วยแสงที่หมอนรองกระดูกยังคงเสื่อมสภาพลงเรื่อยๆ

อย่างไรก็ตาม การจะนำเทคโนโลยีนี้มาใช้จริงกับมนุษย์ยังมีอุปสรรคทางกายภาพที่สำคัญมาก นั่นคือการส่งแสงสว่างเข้าไปให้ถึงอวัยวะที่อยู่ลึกอย่างหมอนรองกระดูกสันหลัง เนื่องจากแสงจากภายนอกไม่สามารถทะลุผ่านชั้นผิวหนัง ไขมัน และกล้ามเนื้อที่หนาเตอะเข้าไปได้ลึกพอ ในขณะที่การใช้สายนำแสงสอดเข้าไปก็ต้องมีสายไฟระโยงระยางออกมานอกร่างกาย ซึ่งเสี่ยงต่อการติดเชื้อและไม่สะดวกต่อการใช้ชีวิตประจำวัน เพื่อแก้ข้อจำกัดนี้ ทีมวิจัยจึงได้คิดค้นและประดิษฐ์อุปกรณ์หลอดไฟแอลอีดีขนาดเล็กจิ๋วที่สามารถฝังเข้าไปในร่างกายได้แบบถาวร อุปกรณ์นี้ถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุโพลียูรีเทนที่มีความปลอดภัยสูง เข้ากับเนื้อเยื่อของร่างกายได้ดีและไม่ก่อให้เกิดการต่อต้าน ความน่าสนใจของอุปกรณ์นี้คือการออกแบบมาให้ทำงานด้วยระบบรับส่งพลังงานแบบไร้สาย คล้ายกับการชาร์จโทรศัพท์มือถือแบบไร้สาย โดยแพทย์หรือผู้ป่วยสามารถใช้เครื่องส่งสัญญาณทาบที่ผิวหนังด้านนอก แล้วควบคุมการเปิดปิดหลอดไฟที่ฝังอยู่ด้านในผ่านแอปพลิเคชันบนสมาร์ทโฟนได้โดยตรง นวัตกรรมนี้ทำให้แพทย์สามารถสั่งการให้แสงสว่างเข้าไปกระตุ้นระบบสังเคราะห์แสงในจุดที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ กำหนดระยะเวลาการฉายแสงได้อย่างพอดีในแต่ละวัน โดยที่ผู้ป่วยไม่ต้องเจ็บตัวเพิ่มและสามารถใช้ชีวิตได้อย่างปกติสุข

อ่านงานวิจัยนี้จบรู้สึกว่านวัตกรรมนี้ไม่ธรรมดา แนวคิดที่จะผสานเอาความมหัศจรรย์ของธรรมชาติจากพืชเข้ากับเทคโนโลยีวิศวกรรมขั้นสูง โดยการนำระบบสังเคราะห์แสงมาใช้เพื่อซ่อมแซมเครือข่ายการทำงานภายในเซลล์มนุษย์เป็นอะไรที่น่าทึ่งมากครับ เป็นตัวอย่างที่ดีมากๆว่าวิทยาศาสตร์สามารถหยิบยืมกลไกของธรรมชาติมาประยุกต์ใช้เพื่อยกระดับคุณภาพชีวิตและการรักษาโรคในอนาคตได้หากคิดนอกกรอบเป็น

อ่านที่เพจดร.อนันต์ >> https://www.facebook.com/share/p/18GQjDE3Zm/