สาหร่ายกบังานวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

สาหร่ายกับงานวิศวกรรมเนื้อเยื่อ

ดร.จินตมัย สุวรรณประทีป ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ (เอ็มเทค)

            ความท้าทายของงานทางด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อนั้นคือ เมื่อนำไปฝังในร่างกายแล้ว จะทำอย่างไรให้สามารถชักนำการเจริญของเนื้อเยื่อเข้าไปสู่โครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์ให้เกิดขึ้นได้อย่างต่อเนื่องและรวดเร็ว เพื่อรักษาบาดแผลและซ่อมแซมเนื้อเยื่อ ปัญหาที่พบในปัจจุบันที่ส่งผลต่อความล้มเหลวในการใช้งานทางคลินิกของเทคโนโลยีวิศวกรรมเนื้อเยื่อคือ การขาดหรือการล่าช้าของการเจริญของหลอดเลือดเข้าไปในโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์ ทั้งนี้การขาดการเจริญของหลอดเลือดจะส่งผลให้เซลล์และเนื้อเยื่อขาดสารอาหาร เซลล์ และออกซิเจน ทั้งนี้ออกซิเจนนั้นถือได้ว่ามีความสำคัญและเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางด้านสรีรวิทยา และการรักษาตัวของบาดแผลและเนื้อเยื่อ จากการศึกษาก่อนหน้าพบว่า การขาดออกซิเจนจะส่งผลให้การรักษาตัวของบาดแผลและเนื้อเยื่อล่าช้า ถึงแม้ว่าจะมีการใช้งานของแฟคเตอร์กระตุ้นการเจริญของหลอดเลือด หรือการใส่เซลล์ต้นกำเนิดและกระตุ้นให้เปลี่ยนเป็นเซลล์หลอดเลือดเพื่อเพิ่มความสามารถในการสร้างการเจริญของหลอดเลือดเข้าไปในโครงสร้างรองรับการเจริญของเซลล์ แต่อย่างไรก็ตาม ระยะเวลาที่ใช้ในกระบวนการดังกล่าวยังคงกินเวลานาน

การเพิ่มปริมาณออกซิเจนสำหรับการใช้งานของเซลล์และเนื้อเยื่อถือเป็นอีกแนวทางหนึ่งที่สามารถช่วยการเจริญของเซลล์หรือการรักษาตัวของบาดแผลและเนื้อเยื่อได้ ซึ่งได้มีการวิจัยเพื่อใช้สารต่าง ๆ เพื่อเป็นแหล่งของออกซิเจน เช่น สารนำพาออกซิเจนในกลุ่มเปอร์ฟลูออโรคาร์บอน หรือฮีโมโกลบิน หรือการใช้วัสดุในกลุ่มโซเดียม เปอร์คาร์บอเนต ที่สามารถปลดปล่อยออกซิเจนออกมาเมื่อเกิดการสลายตัว อย่างไรก็ตาม สารต่าง ๆ ที่มีการใช้งานดังกล่าวยังคงสร้างความกังวลถึงความเป็นพิษและปฏิกิริยาต่อเนื้อเยื่อ เพื่อเป็นการแก้ไขปัญหาดังกล่าว ทีมวิจัยจากประเทศเยอรมนีได้แสดงถึงแนวความคิดใหม่ซึ่งเป็นการประยุกต์ใช้งานหลักการของการสังเคราะห์แสงซึ่งเป็นพื้นฐานของการสร้างออกซิเจนของสิ่งมีชีวิตในธรรมชาติ โดยได้ศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้สาหร่ายเซลล์เดียวในการเป็นแหล่งกำเนิดและจ่ายออกซิเจนในโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์

ภาพที่ 1 กระบวนการสังเคราะห์แสงของพืชในธรรมชาติที่เป็นการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ และปลดปล่อยออกซิเจนออกมา[1]

ทีมวิจัยได้ทดลองแนวคิดในการใส่ส่วนผสมของสาหร่ายเซลล์เดียว C. reinhardtii และไฟบริโนเจนเข้าไปในโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์ทางการค้าที่ผลิตจากคอลลาเจน แล้วนำไปเพาะเลี้ยงที่อุณหภูมิห้องภายใต้แสงขาวที่ระยะเวลาต่าง ๆ ซึ่งไฟบริโนเจนจะช่วยในการรักษาให้สาหร่ายอยู่ในบริเวณที่ต้องการและยังช่วยหุ้มเคลือบสาหร่ายไว้เพื่อลดปฏิกิริยาของสาหร่ายต่อเซลล์และเนื้อเยื่ออีกด้วย จากการศึกษาพบว่าสาหร่ายดังกล่าวนั้นสามารถถูกใส่เข้าไปในรูพรุนของโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์ได้อย่างสม่ำเสมอตลอดทั่วทั้งชิ้นงาน และยังสามารถเจริญเติบโตอยู่ภายในโครงร่างได้อย่างปกติ โดยพบว่ามีสีเขียวเพิ่มมากขึ้นตามระยะเวลาเพาะเลี้ยง เมื่อตรวจวัดปริมาณคลอโรฟิลล์และออกซิเจนพบว่ามีปริมาณเพิ่มขึ้นเมื่อระยะเวลาการเพาะเลี้ยงเพิ่มมากขึ้นเช่นกัน ซึ่งผลการทดลองเหล่านี้แสดงถึงความสามารถในการสร้างออกซิเจนจากกระบวนการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายที่ดำเนินไป และยังแสดงให้เห็นความเป็นไปได้ในการเป็นแหล่งจ่ายออกซิเจนภายในโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์ เมื่อนำตัวอย่างที่พัฒนาขึ้นไปทดลองฝังในผิวหนังของหนูทดลองเป็นระยะเวลา 5 วัน พบว่าไม่เกิดการอักเสบติดเชื้อในบริเวณที่ฝังชิ้นงานทดสอบแต่อย่างใด ตัวอย่างที่ฝังนั้นยังคงสามารถเจริญเติบโตได้และยังคงมีสีเขียว นอกจากนี้ยังพบว่ามีการเจริญของหลอดเลือดเข้ามาภายในโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์ได้

ภาพที่ 2โครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์แบบคอลลาเจนที่ใส่สาหร่ายเซลล์เดียว[2]

ภาพที่ 3 แสดงการกระจายตัวอย่างทั่วถึงของสาหร่ายเซลล์เดียวในโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์และการเจริญเติบโตของสาหร่ายภายหลังการใส่และเพาะเลี้ยงเป็นระยะเวลา 3 วันที่อุณหภูมิห้องภายใต้แสงขาว[3]

ภาพที่ 4 แสดงการเจริญเติบโตและความสามารถในการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายเซลล์เดียวในโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์ที่ระยะเวลา 1 วัน และ 7 วันภายหลังการเพาะเลี้ยง ซึ่งจะเห็นการเพิ่มขึ้นของปริมาณคลอโรฟิลล์และปริมาณออกซิเจนที่เพิ่มขึ้นจากค่าระยะเวลาที่ทำให้เซ็นเซอร์วัดออกซิเจนเกิดการอิ่มตัวที่ลดลง[3]

ภาพการศึกษาในสัตว์ทดลองของโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์แบบคอลลาเจนที่ใส่สาหร่ายเซลล์เดียวที่บริเวณผิวหนังของหนูทดลอง ซึ่งภายหลัง 5 วัน พบว่าตัวอย่างยังคงเจริญเติบโตดีและยังคงมีสีเขียว ไม่พบการอักเสบและติดเชื้อ และยังพบการเจริญของหลอดเลือดเข้ามาภายในโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์[3]

นอกจากออกซิเจนที่สร้างขึ้นจะช่วยในการเจริญของเซลล์และเนื้อเยื่อแล้ว คาดว่าออกซิเจนดังกล่าวจะยังช่วยป้องกันการติดเชื้อของบาดแผลจากการขัดขวางการเจริญของเชื้อแบคทีเรียที่ไม่ต้องการออกซิเจนในการเจริญอีกด้วย นอกจากนี้เมื่อมีการเจริญของเนื้อเยื่อหรือการรักษาตัวของบาดแผลเพียงพอแล้ว และไม่ต้องการสาหร่ายในการเป็นแหล่งจ่ายออกซิเจนแล้ว ก็จะมีหลายวิธีที่สามารถใช้ในการกำจัดสาหร่ายที่ใส่เข้าไปออกจากบริเวณใช้งานโดยการจำกัดการให้แสงในบริเวณดังกล่าวเพื่อหยุดการสังเคราะห์แสงหรือการใช้สารกำจัดวัชพืชที่ไม่เป็นพิษ แต่อย่างไรก็ตาม การศึกษานี้ยังคงเป็นเพียงการศึกษาเบื้องต้นที่แสดงความเป็นไปได้ในการใช้งานสาหร่ายเซลล์เดียวสำหรับการเป็นแหล่งออกซิเจนให้กับโครงร่างรองรับการเจริญของเซลล์เท่านั้น แนวความคิดต่าง ๆ เหล่านี้ยังคงต้องมีการศึกษาทางด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพของการใช้งานสาหร่ายดังกล่าวเพิ่มเติมเพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่มีปัญหาในการนำไปใช้งานทางคลินิกในอนาคต

เอกสารอ้างอิง

  1. http://espanol.apologeticspress.org/articles/2538
  2. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702115000516
  3. T. L. Schenck, U. Hopfner, M. N. Chávez, H. G. Machens, I. Somlai-Schweiger, R. E. Giunta, A. V. Bohne, Jörg Nickelsen, M. L. Allende and J. T. Egaña (2015) Acta Biomaterialia, 15, p.39.