Spheroid Culture Technology
ในปัจจุบันการศึกษาและพัฒนาหาคุณสมบัติของตัวยาใหม่เพื่อนำมาใช้ในการรักษาโรคนั้นจะต้องอาศัยกระบวนการขั้นตอนต่าง ๆ ในการทดสอบด้านการออกฤทธิ์ ความปลอดภัย หลายขั้นตอน ซึ่งแต่ละขั้นตอนต้องใช้เวลานานและค่าใช้จ่ายสูงมาก ได้มีนักวิทยาศาสตร์หลายคนได้พยายามคิดหาวิธีต่าง ๆ เพื่อที่จะใช้ทดสอบฤทธิ์และความปลอดภัยได้รวดเร็ว และใช้ค่าใช้จ่ายน้อยโดยเฉพาะการสร้างรูปแบบจำลองหรือ model ที่ใช้ใน in vitro แต่มีความใกล้เคียงกับ in vivo study มากที่สุด
ดังนั้น การพิสูจน์ (identification) คุณสมบัติและเอกลักษณ์ของสารประกอบตัวอย่างเพื่อใช้ในการพัฒนาตัวยานั้น เป็นสิ่งจำเป็นหรือเป็นที่ต้องการในการคัดกรองสารประกอบถึงฤทธิ์หรือประสิทธิภาพ (efficacy) และความเป็นพิษ (toxicity) การศึกษา in vivo-like in vitro model เป็นกุญแจสำคัญ ในปัจจุบันได้มีการศึกษาและจำลอง model ที่เรียกว่า spheroid culture หรือ organ-like 3D cell culture โดยอาศัยรูปทรง 3 มิติของเซลล์มาใช้ในการทำนายผลการทดลองในฤทธิ์และประสิทธิภาพ spheroid จะสามารถจำลองการเจริญเติบโตตามธรรมชาติของเซลล์มะเร็ง และเซลล์ที่อยู่ใต้ภาวะนี้จะเติบโตเร็ว ขณะที่ kinetics และ activity ของเซลล์จะขึ้นอยู่กับการซึมผ่านของสารอาหารในการเลี้ยงเซลล์(1-4)
รูปที่ 1 SEM image of a mature rat liver spheroid(1)
รูปที่ 2 SEM image of a mature rat liver spheroid after expose to a toxin(1)
จากรูปที่ 1 แสดงให้เห็นรูปร่าง 3 มิติของเซลล์ตับหนูปกติ ซึ่งเมื่อถูกกระตุ้นด้วย toxin แล้วให้ผลมีการเปลี่ยนแปลงดังในรูปที่ 2 ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างไปจากเดิม จากตัวอย่างดังกล่าวได้มีสถาบันวิจัยต่าง ๆ ใช้ลักษณะการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวมาเป็นแนวทางในการศึกษาและพัฒนายาต่าง ๆ โดยเฉพาะยาที่ใช้กับโรคมะเร็ง
รูปที่ 3 แสดง 3D Tumor Model(2)
ในมหาวิทยาลัย South West England ได้มีการพัฒนา Spheroid Culture Technology โดยการใช้ spheroid ของตับภายใต้สภาวะ strict gyratory condition หรือการหมุนวน ทำให้เห็น hepatocytes ในรูปแบบ 3 มิติ โดยการศึกษาผลการทดสอบ toxicity ที่ออกมาสามารถใช้เวลาไม่กี่วัน โดยทำให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของ hepatocytes function ต่าง ๆ ได้ ทำให้ทำนายการเกิดพิษได้ใกล้เคียงกับผลการทดลองใน in vivo
ประโยชน์และการประยุกต์ใช้(1-4) คือ
- สามารถช่วยลดค่าใช้จ่ายและเวลาในกระบวนการพัฒนาตัวยา
- สามารถใช้สำหรับการทดสอบต่าง ๆ เช่น การทดสอบความเป็นพิษ (toxicity testing), การศึกษากระบวนการเมตาบอลิสม (metabolism study), การคัดกรองตัวยา (drug screening)
- Spheroid สามารถเตรียมขึ้นได้สำหรับเนื้อเยื่อและเซลล์มากมายหลายชนิดสำหรับทดสอบหรือทดลองได้หลากหลายสปีชีส์ รวมถึงมนุษย์
- เป็นรูปแบบที่ดีสำหรับ in vivo situation
- เป็นทางเลือกหนึ่งที่ประหยัดในการศึกษาอย่างมีประสิทธิภาพใน primary tissue
- สามารถลดจำนวนการใช้สัตว์ทดลองในการทำ drug screening
- สามารถลดระยะเวลาในการศึกษา
จากที่ได้กล่าวมาแล้วในขั้นต้นจะเห็นว่า การใช้ spheroid culture นั้นเป็นแบบจำลอง in vitro ที่สามารถให้ผลใกล้เคียงกับ in vivo ที่สามารถนำมาใช้ในการศึกษาและพัฒนายาต่าง ๆ ได้ ซึ่งจะทำให้ลดค่าใช้จ่ายจากการศึกษาแบบเดิมที่ต้องใช้เวลาและสัตว์ทดลองจำนวนมากและทำซ้ำ ๆ เพื่อให้ได้ผลที่ถูกต้องน่าเชื่อถือ แต่ spheroid culture นั้นใช้วิธีของการเลี้ยงเนื้อเยื่อทำให้สามารถทำได้ในหลาย ๆ ตัวอย่าง ถ้าในนักวิทยาศาสตร์และเภสัชกรในประเทศไทยนำเทคโนโลยีนี้มาทำการศึกษาฤทธิ์ของสารสกัดจากสมุนไพรในประเทศ เราจะสามารถพัฒนาวงการแพทย์และยาไปใช้ต่อไปได้ในอนาคต
เอกสารอ้างอิง
- Spheroid Culture Technology. http://imp.uwe.ac.uk/imp_public/displayEntry.asp?URN=3025&pID=16
- 3D Tumor Model for Drug Screening. http://www.nfcr.org/ResearchPrograms/FormerProgramsandScientists/NFCRFormerProgramHighlights/3DTumorModelforDrugScreening/tabid/396/Default.aspx
- Spheroid Cultures for Cancer Research and Treatment. http://www.curedisease.com/Perspectives/vol_2_1990/Spheroid.html
- http://www.ircnet.lu/matching/completerec.cfm?BBS_ID=23517&org=106&back=true
