ดร.ธีรวัฒน์ วิวัฒน์พาณิชย์ : ผู้พัฒนา ‘มดลูกจำลอง’ครั้งแรกของไทย

ขณะที่ 'อวัยะจำลอง' หรือ ออร์แกนอยด์ (organoids) กำลังถูกจับตาในฐานะเทคโนโลยีอันน่าอัศจรรย์ที่จะเป็นความหวังในการไขกลไกการเกิดโรคต่างๆ รวมถึงการรักษาและการพัฒนายาที่มีประสิทธิภาพให้แก่คนทั้งโลก สิ่งที่น่าทึ่งไม่แพ้กัน คือนักวิจัยชาวไทยสามารถพัฒนา ‘มดลูกจำลอง’ อวัยวะจิ๋วที่มีความเสมือนจริงเป็นครั้งแรกของประเทศไทยได้สำเร็จ

ดร.ธีรวัฒน์ วิวัฒน์พาณิชย์ คือหนึ่งในผู้เชี่ยวชาญด้านการพัฒนาอวัยวะจำลอง จบปริญญาตรีจากมหาวิทยาลัยโบวดินคอลเลจ (Bowdoin College) เมืองบรันส์วิค และปริญญาโท-เอก ในมหาวิทยาลัยนอร์ทเวสต์เทิร์น (Northwestern University) เมืองชิคาโก สหรัฐอเมริกา ภายใต้ทุนของกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (ปัจจุบันคือกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม) ก่อนจะกลับมาเป็นนักวิจัยในทีมวิจัยการออกแบบและวิศวกรรมชีวโมเลกุลขั้นแนวหน้า ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.)

เขาเริ่มลงมือพัฒนาลำไส้จำลองครั้งแรก เมื่อครั้งศึกษางานวิจัยเรื่องความผิดปกติของยีนที่มีผลกระทบต่อการได้ยินและระบบลำไส้ในหนูทดลอง ก่อนจะสานต่องานวิจัยถึงผลกระทบต่อระบบสืบพันธุ์ของหนูเพศเมียด้วยการสร้างมดลูกจำลองในเวลาต่อมา ขณะนี้เตรียมเดินหน้าสร้างรกจำลองเชื่อมต่อกับมดลูกจำลอง เพื่อศึกษายับยั้งการแพร่เชื้อไวรัสซิกาจากแม่สู่ลูก ซึ่งเป็น 1 ใน 5 โครงการใน TDR Global Crowdfunding Challenge Contest ขององค์การอนามัยโลก (WHO) และเป็นก้าวสำคัญสู่การสร้างระบบอวัยวะหรือกายจำลองเพื่อศึกษาการเกิดโรคและทดสอบยา

• ทำไมถึงสนใจศึกษาด้านการพัฒนาอวัยวะจำลอง

เทคโนโลยีนี้ถือเป็นความก้าวหน้าของการวิจัยทางชีววิทยาและทางการแพทย์ ที่จะเข้ามาช่วยปลดล็อคข้อจำกัดในการศึกษากลไกการเกิดโรคและทดสอบยาต่างๆ เพราะที่ผ่านมาจะเป็นการศึกษาในสัตว์ทดลอง ซึ่งกำลังมีปัญหาในเรื่องของหลักจริยธรรม ทำให้มีความพยายามนำเซลล์สัตว์หรือมนุษย์มาเพาะเลี้ยงให้ห้องปฏิบัติการ แต่ว่าที่ผ่านมายังเป็นการเลี้ยงเซลล์จำลองแบบ 2 มิติ คือเป็นการเลี้ยงเซลล์เป็นแผ่นบางๆ อยู่ที่ก้นจานเลี้ยงเชื้อ จากนั้นเซลล์เหล่านี้จะถูกนำมาศึกษาทดสอบ เช่น กลไกการโรคเป็นอย่างไร ยามีพิษหรือมีผลต่อเซลล์หรือไม่ แต่ระยะหลังนักวิจัยทั่วโลกเริ่มทบทวนว่า ร่างกายของคนเราแทบไม่มีอะไรที่เป็น 2 มิติเลย เพราะขนาดผิวหนังยังมีหลายชั้น ดังนั้นอาจจะมีระบบอื่นที่ใกล้เคียงกับมนุษย์มากขึ้น จึงนำมาสู่การพัฒนาเซลล์ในรูปแบบ 3 มิติ หรืออวัยวะจำลองซึ่งมีความใกล้เคียงกับอวัยวะจริงในร่างกายมากขึ้น และเมื่อมีการนำใปใช้ศึกษาก็พบว่ามีการตอบสนองที่ดีมากขึ้น ถือเป็นเทคโนโลยีที่มีความสำคัญอย่างมากในอนาคต

• อวัยวะจำลองที่พัฒนาขึ้นส่วนใหญ่มีรูปร่างหน้าตาเป็นอย่างไร

อวัยวะจำลองที่พัฒนาขึ้นส่วนใหญ่จะมีลักษณะเป็นกลุ่มก้อนเซลล์ที่มาจากการเพาะเลี้ยงแบบ 3 มิติจนมีลักษณะและคุณสมบัติเสมือนหรือคล้ายกับอวัยวะจริงในร่างกาย เป็นอวัยวะจิ๋วที่มีรูปร่างคล้ายลูกบอล มีขนาดเล็กๆ ไม่ถึงเซนติเมตร เกิดจากเซลล์ที่มาเกาะรวมกันในลักษณะ 3 มิติ หากเข้าไปดูระบบภายใน เราจะเห็นเซลล์มีการจัดเรียงตัวที่ซับซ้อนมากขึ้น และมีการเรียงตัวเป็นชั้นๆ คล้ายกับอวัยวะจริง เพียงแต่รูปร่างหน้าตาและขนาดจะไม่ได้เหมือนกับอวัยวะจริงๆ ที่จะนำไปใช้ปลูกถ่ายอวัยวะได้ แต่ก็หวังว่างานในครั้งนี้จะเป็นก้าวแรกในการพัฒนาอวัยวะจำลองสำหรับปลูกถ่ายอวัยวะในผู้ป่วยได้จริงในอนาคตข้างหน้า

• จุดเริ่มต้นในการพัฒนามดลูกจำลอง

ในช่วงที่เรียนปริญญาโท-เอก ได้ทำงานวิจัยเกี่ยวกับการได้ยินในหนูทดลอง ทั้งนี้ปกติคนทั่วไป เวลาเราอายุมากขึ้น ประสาทหูจะแย่ลง เราอยากรู้ว่ามีสาเหตุจากอะไร จึงทดลองทำให้หนูมีการกลายพันธุ์ของยีนชนิดหนึ่งซึ่งทำให้หนูสูญเสียการได้ยินตั้งแต่อายุน้อย ปรากฏว่ายีนดังกล่าวไม่ได้ส่งผลกระทบต่อการได้ยินเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อการทำงานของระบบลำไส้และระบบสืบพันธุ์ของหนูตัวเมียด้วย แต่เนื่องจากต้องศึกษาวิจัยแตกแขนงในหลายหัวข้อ จึงเลือกศึกษาเกี่ยวกับความผิดปกติของระบบการได้ยินและการทำงานของลำไส้ในหนูทดลองก่อน ซึ่งนั่นก็เป็นจุดเริ่มต้นให้เราได้ลงมือพัฒนาลำไส้จำลองของหนูเป็นครั้งแรก ส่วนหูไม่ได้ทำอวัยวะจำลองเพราะสามารถผ่าตัดนำหูชั้นในของหนูออกมาวิจัยได้เลย กระทั่งเมื่อเรียนจบปริญญาเอก อาจารย์ที่ปรึกษาท่านหนึ่งมาชวนให้วิจัยพัฒนาด้านมดลูกต่อ ช่วงนั้นเลยพยายามนำองค์ความรู้และเทคนิคต่างๆ ที่มีมาใช้เพาะเลี้ยงเซลล์เยื่อบุโพรงมดลูก กระทั่งสร้างมดลูกจำลองแบบสามมิติในห้องปฏิบัติการได้สำเร็จ

• ความยากและท้าทายในการพัฒนามดลูกจำลอง

ยากมากเลย (หัวเราะ) เพราะเป็นศาสตร์ที่ค่อนข้างใหม่ เพิ่งมีการพัฒนาในช่วง 10 ปีหลังมานี้ เทคนิคการพัฒนาอวัยวะจำลองช่วงแรกๆ จะยากพอสมควร เราต้องดูว่าจะใส่สารอาหารชนิดไหน ฮอร์โมนแบบไหน โปรตีนชนิดใด เพื่อให้เซลล์ตอบสนองและมีการมาเกาะรวมตัวกัน รวมทั้งมีการเรียงตัวให้เหมือนอวัยวะจริง เช่น มดลูกซึ่งเป็นอวัยวะที่ตอบสนองต่อฮอร์โมน เราต้องพยายามดูว่าจะใส่ฮอร์โมนชนิดใด ปริมาณเท่าไหร่ และต้องพยายามหาเทคนิคใหม่ๆ เพื่อเลี้ยงเซลล์ให้เจริญเติบโตได้และมีอัตราการรอดสูง ซึ่งกว่าจะได้เซลล์มดลูกจำลองแบบ 3 มิติ ที่มีความสมบูรณ์เสมือนจริงต้องใช้ระยะเวลานานเกือบปี พอนำมาย้อมสีเซลล์ โดยย้อมเซลล์ผิวของเยื่อบุโพรงมดลูกให้เป็นสีม่วง ย้อมเซลล์ชั้นเนื้อให้เป็นสีน้ำเงินได้ ภาพแรกที่เห็นเป็นมดลูกจำลองที่มีความสวยงามมาก แล้วก็เหมือนของจริงมาก เพราะว่าเราก็มีตัวอย่างชิ้นเนื้อจริงๆ มาเทียบด้วย

• หลังจากประสบความสำเร็จในการสร้างมดลูกจำลองแล้ว วางเป้าหมายต่อไปไว้อย่างไร

ก้าวต่อไปเราพยายามสร้างอวัยวะจำลองขึ้นมาหลายๆ อวัยวะ แล้วพยายามนำอวัยวะจำลองเหล่านี้มาเชื่อมต่อกันเพื่อลอกเลียนการทำงานของระบบอวัยวะในร่างกายมนุษย์มากขึ้น เพราะร่างกายคนเราประกอบด้วยระบบอวัยวะต่างๆ ที่ทำงานร่วมกัน เช่น ระบบไหลเวียนโลหิต ระบบทางเดินอาหาร ระบบสืบพันธุ์ เป็นต้น เราจึงพยายามสร้างอวัยวะจำลองต่างๆ มาทำงานร่วมกันเป็นระบบอวัยวะ เพื่อดูกลไกการเกิดโรค การติดเชื้อ หรือกลไกการออกฤทธิ์ของยา เช่น การสร้างอวัยวะจำลองตับกับลำไส้มาไว้ด้วยกันเพื่อทดสอบยา เพราะยาจะผ่านลำไส้ก่อนถูกดูดซึมเข้ากระแสเลือดแล้วไปที่ตับ โดยขณะนี้มีแผนทำโครงการวิจัยสร้างอวัยวะจำลองรกเพื่อทำงานร่วมกับมดลูกเพื่อศึกษากลไกการติดเชื้อไวรัสซิกาจากแม่สู่ทารกในระหว่างตั้งครรภ์ ซึ่งเป็นครั้งแรกที่จะมีการสร้างระบบอวัยวะจำลองด้วย

• ทำไมถึงพุ่งเป้าไปที่เชื้อไวรัสซิกา

ทุกวันนี้หลายประเทศทั่วโลกยังประสบปัญหาการแพร่ระบาดเชื้อไวรัสซิกา ซึ่งยังไม่มียารักษา และไม่มีวัคซีนป้องกัน ในขณะที่การติดเชื้อไวรัสซิกาในผู้ใหญ่ที่แข็งแรงจะไม่มีอาการรุนแรง หรืออาจไม่แสดงอาการออกมาเลยก็ได้ แต่สำหรับหญิงมีครรภ์หากได้รับเชื้อไวรัสซิกาอาจเป็นอันตราย และยังเพิ่มความเสี่ยงต่อทารกที่จะเสียชีวิตในครรภ์ เสียชีวิตขณะแรกเกิด หรือมีปัญหาพัฒนาการทางสมอง โดยร้อยละ 20 ของทารก หรือทารกกว่า 3,700 คน ที่รับเชื้อซิกาจากแม่มีปัญหาพัฒนาการทางสมอง สำหรับประเทศไทยแม้ว่าตัวเลขผู้ติดเชื้อไม่ได้สูงมาก แต่งานวิจัยพบว่า ไทยมีประวัติการแพร่เชื้อไวรัสซิกาอย่างน้อย 16 ปีมาแล้ว โดยผู้ป่วยที่มีอาการเข้าข่ายติดเชื้อ ตรวจพบเชื้อถึง 21 เปอร์เซ็นต์ ที่สำคัญคือเชื้อไวรัสซิกามีลักษณะทางพันธุกรรมใกล้เคียงกับเชื้อไวรัสเด็งกี่ที่ก่อให้เกิดโรคไข้เลือดออก และมีพาหะนำโรคคือยุงลายเช่นเดียวกับโรคไข้เลือดออก จึงเป็นไปได้ว่าในอนาคตไวรัสซิกาอาจแพร่ระบาดคล้ายกับไข้เลือดออกที่เป็นปัญหาหลักในไทย อีกทั้งตอนนี้ไบโอเทค สวทช. อยู่ระหว่างการศึกษาวิจัยเชื้อไวรัสซิกา แต่ยังไม่มีการศึกษาเรื่องการแพร่เชื้อจากแม่สู่ลูก เราเห็นช่องว่างตรงนี้ จึงคิดว่าเทคโนโลยีการสร้างอวัยวะจำลองจะเป็นเครื่องมือที่มาช่วยได้

• โครงการวิจัยฯ ดำเนินไปถึงขั้นตอนไหนแล้ว

ปัจจุบันโครงการวิจัยนี้ได้รับคัดเลือกเป็น 1 ใน 5 โครงการ จาก 121 ผู้สมัครจาก 37 ประเทศ ที่ชนะ TDR Global Crowdfunding Challenge Contest ขององค์การอนามัยโลก (WHO) ซึ่งจัดตั้งเพื่อให้การสนับสนุนงานวิจัยเกี่ยวกับโรคติดต่อในเขตร้อน โดยทางองค์การอนามัยโลกได้ให้การรับรอง 5 โครงการที่ได้รับคัดเลือกเพื่อจัดตั้ง Crowdfunding for Science หรือการระดมทุนเพื่องานวิจัย รวมไปถึงการฝึกอบรมการสื่อสารและประชาสัมพันธ์ทางวิทยาศาสตร์ ซึ่งทางทีมวิจัยได้ตั้งเป้าหมายงบประมาณในการดำเนินงานวิจัยเบื้องต้นไว้ที่ 8,000 ดอลลาร์สหรัฐ หรือประมาณ 260,000 บาท โดยจะเปิดโอกาสให้ผู้ที่ต้องการสนับสนุนโครงการสามารถร่วมบริจาคเงินให้กับโครงการได้ที่http://www.experiment.com/noZika4Baby ตั้งแต่วันที่ 15 ตุลาคม จนถึง 30 พฤศจิกายน 2563 เงินที่ระดมทุนได้จะนำไปใช้ในการสร้างระบบอวัยวะจำลองมดลูกและรกจากตัวอย่างเนื้อเยื่อคนไข้อาสาสมัคร เพื่อศึกษากระบวนการติดเชื้อไวรัสซิกาในมดลูก ทดสอบแอนติบอดี้ที่มีฤทธิ์ยับยั้งการเพิ่มจำนวนของเชื้อซิกา และการส่งต่อเชื้อจากแม่สู่ทารกในครรภ์

• ประโยชน์ที่จะเกิดขึ้นจากโครงการวิจัยและการพัฒนาอวัยวะจำลอง

การศึกษาวิจัยครั้งนี้นอกจากจะเป็นการเตรียมพร้อมรับมือการระบาดของโรคซิกาไวรัสในประเทศไทยแล้ว เราสามารถนำผลงานวิจัยไปช่วยผู้ป่วยในประเทศที่ประสบปัญหา รวมถึงต่อยอดไปสู่การป้องกันโรคต่างๆ ที่มีการส่งผ่านจากแม่ไปสู่ทารกในครรภ์ได้ด้วย แต่ที่สำคัญคือโครงการนี้จะเป็นฐานในการสร้างระบบอวัยวะจำลองในห้องปฏิบัติการที่มีคุณสมบัติคล้ายกับร่างกายคนจริงมากขึ้น รวมทั้งช่วยยกระดับการวิจัยพัฒนาระบบอวัยวะจำลองของประเทศไทย เพราะในวงการวิจัยยังไม่มีใครสามารถสร้างมดลูกและรกที่ทำงานร่วมกันอย่างสมบูรณ์ได้

ดังนั้นเราจะเป็นเจ้าแรกที่สร้างระบบอวัยวะจำลองสามมิติแบบนี้ขึ้นมา หากประสบความสำเร็จจะเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่จะช่วยให้เราศึกษาค้นพบกลไกการเกิดโรคพันธุกรรมต่างๆ อาทิ โรคเยื่อบุโพรงมดลูกเจริญผิดที่ (Endometriosis), ผลกระทบจากโรคเบาหวานต่อมะเร็งและเนื้องอกมดลูก และแม้กระทั่งการศึกษาความเสี่ยงการเกิดมะเร็งในอวัยวะต่างๆ ได้ดีขึ้น สามารถทดสอบและพัฒนายาที่มีประสิทธิภาพในระยะเวลาที่สั้นลง ช่วยลดการใช้สัตว์ทดลอง และลดความเสี่ยงในขั้นตอนการทดสอบในมนุษย์ เพราะอวัยวะจำลองมีความเหมือนมนุษย์มากที่สุดแล้ว