ภก.รศ.ดร.ธีรศักดิ์ โรจนราธา

คณะเภสัชศาสตร์ ม.ศิลปากร สร้างสรรค์ “กระดาษ” สู่งานวิจัยระดับสากล

เมื่อพูดถึง “กระดาษ” คนส่วนใหญ่มักจะนึกถึงวัสดุที่ใช้เขียนหรือพิมพ์ข้อความ แต่ความจริงแล้ว กระดาษยังเป็นวัสดุที่สามารถนำไปใช้สร้างสรรค์นวัตกรรมหรืองานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ได้อีกด้วย ในวันนี้เราจะตามไปดูผลงานวิจัยของ ภก.รศ.ดร.ธีรศักดิ์ โรจนราธา คณะเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยศิลปากร วิทยาเขตพระราชวังสนามจันทร์ จ.นครปฐม ซึ่งได้นำกระดาษมาพัฒนาเป็นอุปกรณ์สำหรับตรวจวิเคราะห์ในทางเภสัชกรรม จนสามารถนำไปใช้ประโยชน์และตีพิมพ์เผยแพร่เป็นบทความวิจัยในวารสารวิชาการระดับนานาชาติได้

ด้วยคุณสมบัติที่ดีหลายประการของกระดาษ ได้แก่ สามารถดูดซับของเหลวได้ดี มีความยืดหยุ่น ราคาถูก น้ำหนักเบา และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากย่อยสลายหรือทำลายทิ้งได้ง่ายหลังจากใช้งาน ทำให้ในปัจจุบันมีการนำกระดาษมาพัฒนาเป็นอุปกรณ์สำหรับตรวจวิเคราะห์สารเพิ่มมากขึ้น ทั้งในทางอาหาร สิ่งแวดล้อม และชีวภาพ ตัวอย่างเช่น ในทางการแพทย์มีการพัฒนาแผ่นตรวจวิเคราะห์ระดับน้ำตาลในปัสสาวะ โดยใช้แถบกระดาษจุ่มลงในตัวอย่าง ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยาระหว่างน้ำตาลกับสารที่ยึดติดไว้บนกระดาษและปรากฏสีขึ้น จากนั้นจึงนำผลที่ได้ไปเปรียบเทียบกับสีมาตรฐานเพื่ออ่านเป็นค่าความเข้มข้นหรือระดับน้ำตาลในปัสสาวะ ข้อดีของอุปกรณ์ดังกล่าวคือ มีราคาถูก พกพาสะดวก และใช้งานได้ง่ายโดยไม่ต้องอาศัยเครื่องมือที่ซับซ้อนหรือความชำนาญในการแปลผล ภก.รศ.ดร.ธีรศักดิ์ ให้ข้อมูลเบื้องต้นว่า

สำหรับผลงานวิจัยที่ ภก.รศ.ดร.ธีรศักดิ์ และคณะ พัฒนาขึ้นเป็นการนำกระดาษมาใช้ในงานเภสัชวิเคราะห์ โดยงานวิจัยแรกเป็นการพัฒนาเทคนิคบนแผ่นกระดาษสำหรับหาอัตราส่วนที่เหมาะสมระหว่างดีเอ็นเอกับตัวพาที่มีประจุบวก (cationic carriers) เพื่อใช้ในการตั้งตำรับสำหรับนำส่งยีน เนื่องจากปัจจุบันและในอนาคตอันใกล้ ยีนบำบัด (gene therapy) จะเป็นแนวทางใหม่ของการรักษาโรค โดยการถ่ายยีนซึ่งเป็นสารพันธุกรรม ได้แก่ ดีเอ็นเอ หรืออาร์เอ็นเอ เข้าไปในเซลล์ของร่างกายเพื่อทดแทนยีนที่ขาดไปหรือทำงานบกพร่อง หรือเพื่อยับยั้งการทำงานของยีนที่ผิดปกติ เช่น ในโรคมะเร็ง หรือโรคทางพันธุกรรม จากการศึกษาที่ผ่านมาพบว่าความสำเร็จของยีนบำบัด นอกจากจะขึ้นอยู่กับการเลือกใช้ยีนซึ่งมีลำดับของนิวคลีโอไทด์ที่เหมาะสมแล้ว ในการถ่ายยีนเข้าสู่เซลล์จำเป็นต้องใช้ตัวพาที่เหมาะสมร่วมด้วย เนื่องจากสารพันธุกรรมหรือกรดนิวคลีอิกเป็นชีวโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่และมีประจุลบ ทำให้ผ่านเข้าเซลล์ได้ยาก และยังถูกทำลายได้ง่ายโดยเอนไซม์ในร่างกาย โดยตัวพาจะรวมตัวเข้ากับกรดนิวคลีอิกที่จะถูกนำส่งเข้าเซลล์ เกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อน ทำให้กรดนิวคลีอิกซึ่งเป็นสายยาวหดตัวกลายเป็นอนุภาคที่มีขนาดเล็กลงและมีประจุที่เป็นกลางหรือเป็นบวกเล็กน้อย จึงสามารถเกาะกับผิวเซลล์และเข้าสู่ภายในเซลล์ได้ดีขึ้น ในปัจจุบันตัวพาประเภทหนึ่งที่นิยมใช้ในการศึกษาเพื่อเตรียมตำรับนำส่งยีน ได้แก่ พอลิเมอร์หรืออนุภาคไขมันที่มีประจุบวก เช่น พอลิเอทิลีนอิมีน (polyethyleneimine: PEI), ลิโพโซมประจุบวก (cationic liposome) หรือนิโอโซมประจุบวก (cationic niosome) 

อย่างไรก็ดี ในการตั้งตำรับเพื่อนำส่งยีนให้มีประสิทธิภาพและความปลอดภัยนั้น จะต้องผสมตัวพาในปริมาณที่เหมาะสมเข้ากับสารพันธุกรรม กล่าวคือ หากตำรับมีตัวพาซึ่งมีประจุบวกน้อยเกินไปจะทำให้ประจุสุทธิของตำรับยังคงเป็นลบและมีประสิทธิภาพต่ำในการเข้าสู่เซลล์ ในทางกลับกันหากตำรับมีตัวพาในปริมาณมากจนเกินไปก็อาจเป็นพิษต่อเซลล์ได้ ด้วยเหตุนี้ในทางปฏิบัติจึงต้องหาอัตราส่วนของปริมาณที่เหมาะสมระหว่างดีเอ็นเอกับตัวพาโดยใช้เทคนิคต่าง ๆ เช่น เจลอิเล็กโทรโฟรีซิส หรือการวัดค่าศักย์ไฟฟ้าที่พื้นผิวของอนุภาค หรือที่เรียกว่าค่าศักย์ซีต้า (zeta potential) อย่างไรก็ตาม วิธีเหล่านี้มีขั้นตอนยุ่งยาก ใช้เวลานาน ใช้สารเคมีที่เป็นอันตราย เช่น เอธิเดียมโบรไมด์ หรือต้องอาศัยเครื่องมือซึ่งมีราคาแพง เช่น zetasizer เป็นต้น

จากข้อจำกัดดังกล่าว ภก.รศ.ดร.ธีรศักดิ์ และคณะ จึงได้พัฒนาวิธีใหม่สำหรับตรวจหาอัตราส่วนที่เหมาะสมระหว่างดีเอ็นเอกับตัวพาเบื้องต้น โดยเลือกใช้แผ่นกระดาษเป็นวัสดุรองรับในการทำปฏิกิริยาแทนการวิเคราะห์ในหลอดทดลอง ขั้นตอนการวิเคราะห์เริ่มต้นจากการหยดตำรับซึ่งมีปริมาณตัวพาต่อดีเอ็นเอในอัตราส่วนต่าง ๆ ที่เพิ่มขึ้น ลงบนแผ่นกระดาษกรองซึ่งใช้ทั่วไปในห้องปฏิบัติการ จากนั้นรอให้สารแห้งแล้วจึงหยดน้ำยาสีย้อม 2′,7′-ไดคลอโรฟลูออเรสซีนซึ่งมีสีเขียวตามลงไป เนื่องจากสีย้อมชนิดนี้จะถูกดูดซับบนอนุภาคเมื่อพื้นผิวของอนุภาคเริ่มมีประจุบวก แล้วเปลี่ยนเป็นสีชมพูได้ ดังนั้น ตำรับแรกที่มีจุดสีชมพูปรากฏจึงบ่งบอกถึงปริมาณตัวพาและดีเอ็นเอที่พอดีกันมากที่สุด กล่าวคือ เริ่มมีประจุเป็นบวกเล็กน้อยแต่ไม่มากจนเกินไป จากการศึกษาพบว่ากระดาษกรองเป็นวัสดุที่เหมาะสมในการวิเคราะห์นี้อย่างยิ่ง เพราะนอกจากจะมีสีขาวที่ทำให้ง่ายต่อการอ่านผลโดยการสังเกตสีที่เกิดขึ้นแล้ว กระดาษยังมีคุณสมบัติเป็นตัวดูดซับที่ดีเนื่องจากการมีร่างแหของเส้นใยเซลลูโลสเป็นองค์ประกอบ และการที่พื้นผิวของกระดาษเองมีประจุเป็นลบอย่างอ่อน ๆ จึงช่วยจับอนุภาคของสารประกอบเชิงซ้อนระหว่างดีเอ็นเอและตัวพาซึ่งมีประจุบวกให้ยึดเกาะกับกระดาษด้วยแรงทางไฟฟ้ากระจุกตัวอยู่ในบริเวณแคบ ๆ ดังนั้น เมื่อหยดสีย้อมจะทำให้เกิดจุดที่มีสีชมพูเข้มและชัดเจน ซึ่งหากเป็นการทำปฏิกิริยาในหลอดทดลองจะต้องทำการปั่นเหวี่ยงเพื่อให้อนุภาคตกตะกอนลงมารวมตัวกันที่ก้นหลอดจึงจะสามารถสังเกตสีชมพูที่เกิดขึ้นได้ ดังนั้น เทคนิคการตรวจวิเคราะห์ที่พัฒนาขึ้นบนกระดาษนี้จึงไม่ต้องใช้เครื่องปั่นเหวี่ยง พลังงานไฟฟ้า รวมถึงหลอดพลาสติกสำหรับปั่นเหวี่ยง (microcentrifuge tubes) ซึ่งจะกลายเป็นขยะพลาสติกจำนวนมากหลังการวิเคราะห์ต่อไป เมื่อนำวิธีนี้ไปใช้ทดสอบกับตัวพาซึ่งมีประจุบวกชนิดต่าง ๆ ได้แก่ พอลิเอทิลีนอิมีน ลิโพโซม นิโอโซม รวมถึงเดนไดรเมอร์ พบว่าสามารถใช้หาอัตราส่วนที่เหมาะสมได้ภายในเวลา 5 นาที และให้ผลการวิเคราะห์สอดคล้องกับวิธีเดิม ได้แก่ เจลอิเล็กโทรโฟรีซิส และวิธีวัดศักย์ซีต้า ดังนั้น จึงเป็นอีกทางเลือกหนึ่งซึ่งประหยัด รวดเร็ว ปลอดภัย และเป็นประโยชน์ในการเตรียมตำรับเพื่อใช้นำส่งยีน ผลงานวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์เผยแพร่ในวารสาร European Journal of Pharmaceutical Sciences

งานวิจัยอีกเรื่องหนึ่งเป็นการพัฒนาวิธีวิเคราะห์เบื้องต้นสำหรับตรวจหาไฮโดรควิโนนและกรดเรทิโนอิก ซึ่งเป็นสารที่ห้ามใช้เป็นส่วนผสมในเครื่องสำอางเนื่องจากอาจก่อให้เกิดอันตรายกับผู้ใช้ อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันพบว่ามีการลักลอบผสมสารดังกล่าวในผลิตภัณฑ์ซึ่งถือว่าผิดกฎหมาย ภก.รศ.ดร.ธีรศักดิ์ กล่าวว่า ในปัจจุบันการตรวจหาสารดังกล่าวเบื้องต้นในเครื่องสำอางทำได้โดยใช้ชุดทดสอบสำเร็จรูป หรือใช้วิธีวิเคราะห์ซึ่งอาศัยการแยกสารด้วยเทคนิคโครมาโทกราฟี อย่างไรก็ดี วิธีดังกล่าวมีข้อจำกัดคือ จะต้องใช้ชุดทดสอบสำหรับไฮโดรควิโนนหนึ่งชุด และชุดทดสอบสำหรับกรดเรทิโนอิกอีกหนึ่งชุดแยกจากกัน นอกจากนี้หากมีสารรบกวนบางชนิดผสมอยู่ในตัวอย่าง ชุดทดสอบก็อาจจะสรุปผลผิดพลาดได้ ส่วนวิธีโครมาโทกราฟีมีข้อดีคือ มีความถูกต้องและสามารถตรวจหาสารทั้งสองชนิดได้พร้อมกัน แต่มีข้อเสียคือ มักใช้ตัวทำละลายอินทรีย์ซึ่งไม่ปลอดภัยต่อผู้ปฏิบัติงานและสิ่งแวดล้อม และยังใช้แผ่นโครมาโทกราฟีซึ่งในปัจจุบันประเทศไทยยังต้องนำเข้าจากต่างประเทศ

ดังนั้น เพื่อแก้ไขข้อจำกัดดังกล่าวจึงได้พัฒนาแผ่นโครมาโทกราฟีแบบประหยัดขึ้นเองในห้องปฏิบัติการ โดยใช้กระดาษกรองซึ่งชุบด้วยน้ำมันมะพร้าวแทนแผ่นโครมาโทกราฟีชนิดซิลิกาเจลเพื่อแยกและวิเคราะห์สารทั้งสองชนิดในครั้งเดียวกัน จากการศึกษาพบว่ากระดาษกรองเองไม่สามารถแยกไฮโดรควิโนนและกรดเรทิโนอิกออกจากกันได้ แต่เมื่อผ่านการชุบด้วยน้ำมันมะพร้าวที่มีความเข้มข้น 15% ในตัวทำละลายโพรพานอลเพื่อทำให้ระดับความมีขั้ว (polarity) ของแผ่นกระดาษลดลง จะสามารถแยกสารทั้งสองชนิดออกจากกันได้เมื่อใช้สารละลายผสมของเอทานอล น้ำ และกรดอะซิติก ซึ่งมีความปลอดภัยและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าตัวทำละลายอินทรีย์ชนิดอื่น ๆ ทำหน้าที่เป็นตัวพาสารตัวอย่างให้เคลื่อนที่ไปบนแผ่นกระดาษ และใช้การพ่นสารละลายกรดฟอสโฟโมลิบดิกลงบนแผ่นกระดาษเพื่อตรวจหาตำแหน่งของสารแต่ละชนิดซึ่งจะปรากฏเป็นจุดที่มีสีและสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า วิธีนี้สามารถตรวจวิเคราะห์ไฮโดรควิโนนและกรดเรทิโนอิกได้ในปริมาณต่ำสุด 0.05 ไมโครกรัม โดยไม่ถูกรบกวนจากสารอื่น ๆ ที่มักผสมอยู่ในเครื่องสำอาง เช่น วิตามินซี วิตามินอี แอลฟ่าอาร์บูติน และโซเดียมเมตาไบซัลไฟต์ รวมทั้งให้ผลการวิเคราะห์ถูกต้องและสอดคล้องกับวิธีมาตรฐานที่ใช้ยืนยันผลเมื่อนำแผ่นกระดาษและวิธีวิเคราะห์ที่พัฒนาขึ้นไปใช้ตรวจสอบตัวอย่างเครื่องสำอาง ตามโครงการบริการวิชาการของคณะเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยศิลปากร ดังนั้น จึงเป็นตัวอย่างของงานวิจัยสร้างสรรค์ที่เกิดจากการประยุกต์ใช้วัสดุที่หาได้ง่ายทั่วไป ได้แก่ กระดาษ และน้ำมันมะพร้าวซึ่งผลิตได้ในประเทศ

นอกจากนำไปใช้ประโยชน์ในการตรวจวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์เพื่อความปลอดภัยของผู้บริโภคแล้ว งานวิจัยนี้ยังมีความน่าสนใจในอีกแง่มุมหนึ่ง กล่าวคือ ได้ใช้งานวิจัยเรื่องนี้ในการจัดการเรียนการสอนแบบ research based learning โดยเปิดโอกาสให้นักศึกษาเภสัชศาสตร์ชั้นปีที่ 5 ที่สนใจได้เข้ามาเรียนรู้และมีส่วนร่วมในการทำวิจัย ควบคู่กับการทดลองในห้องปฏิบัติการ นักศึกษากลุ่มนี้ยังมีโอกาสได้ลงพื้นที่จริงในชุมชนเพื่อเก็บตัวอย่างเครื่องสำอางมาตรวจวิเคราะห์ รวมทั้งจัดทำสื่อเผยแพร่ความรู้ให้แก่ประชาชนเกี่ยวกับอันตรายจากการใช้เครื่องสำอางที่ผิดกฏหมายอีกด้วย กิจกรรมเหล่านี้ส่งเสริมให้นักศึกษาได้ทำงานแบบจิตอาสาเพื่อชุมชนตามแนวทางการเรียนรู้แบบ service based learning หรือ community engagement นอกจากนี้ ภก.รศ.ดร.ธีรศักดิ์ ยังได้นำแนวคิด ผลการศึกษา ตลอดจนความรู้และประสบการณ์ที่เกิดขึ้นจากการทำงานวิจัยเรื่องนี้ไปสอดแทรกในการสอนรายวิชาด้านเภสัชวิเคราะห์ให้แก่นักศึกษาชั้นปีที่ 3 โดยใช้เป็นตัวอย่างหรือกรณีศึกษา ซึ่งจากผลการประเมินการสอนและความพึงพอใจของนักศึกษาชี้ให้เห็นว่า การถ่ายทอดประสบการณ์จากงานวิจัยของอาจารย์ไปสู่ชั้นเรียนในลักษณะดังกล่าวช่วยกระตุ้นและส่งเสริมให้ผู้เรียนเกิดความสนใจและเข้าใจในเนื้อหาวิชาได้ดียิ่งขึ้น เช่น เข้าใจหลักการแยกสารโดยเทคนิคโครมาโทกราฟี กระบวนการพัฒนาวิธีวิเคราะห์ เภสัชวิเคราะห์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม (green pharmaceutical analysis) ฯลฯ อีกทั้งยังทำให้ผู้เรียนได้เห็นความสำคัญของการนำความรู้และงานวิจัยที่เกิดจากของใกล้ตัวไปใช้ให้เกิดประโยชน์ รวมถึงสร้างความตระหนักในบทบาทของวิชาชีพเภสัชกรรมในงานวิเคราะห์มากขึ้น ด้วยคุณค่าในเชิงวิชาการ การประยุกต์ใช้ในงานวิเคราะห์ และการบูรณาการเข้ากับการเรียนการสอน ผลงานวิจัยเรื่องนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Journal of Chemical Education ซึ่งเป็นวารสารวิชาการระดับนานาชาติด้านเคมีศึกษาของ American Chemical Society ในชื่อเรื่อง Fabrication of chromatographic devices for screening cosmetics for hydroquinone and retinoic acid as a chemistry project to connect with the community

นอกจากผลงานที่กล่าวมาแล้ว ภก.รศ.ดร.ธีรศักดิ์ ยังมีผลงานวิจัยอื่น ๆ อีกหลายเรื่อง เช่น การเตรียมวัสดุซึ่งคล้ายกับแผ่นกระดาษโดยใช้เทคนิคการปั่นเส้นใยด้วยไฟฟ้าสถิต (electrospinning) เพื่อผลิตแผ่นเส้นใยซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กมากในระดับนาโนเมตรจากพอลิเมอร์เซลลูโลสอะซีเทต และสามารถนำไปใช้ตรวจวิเคราะห์สารสเตียรอยด์ในยาแผนโบราณได้โดยใช้เทคนิคโครมาโทกราฟี และงานวิจัยซึ่งกำลังทำร่วมกับ ผศ.ดร.วนิดา หลายวัฒนไพศาล คณะสหเวชศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เรื่องการพัฒนาอุปกรณ์ตรวจวิเคราะห์สารสเตียรอยด์โดยใช้กระดาษร่วมกับเทคนิคการตรวจวัดทางเคมีไฟฟ้า (electrochemical detection) ซึ่งจะทำให้ทราบทั้งชนิดและปริมาณของสเตียรอยด์ที่มีอยู่ในตัวอย่าง

จะเห็นได้ว่า กระดาษซึ่งเป็นวัสดุธรรมดา ๆ ที่เราคุ้นเคยกันดี สามารถสร้างงานวิจัยและนวัตกรรมที่มีคุณค่าได้หลากหลาย ซึ่ง ภก.รศ.ดร.ธีรศักดิ์ ได้กล่าวทิ้งท้ายว่า “ความสนุกและความท้าทายอย่างหนึ่งของการทำงานวิจัยคือ การที่สามารถนำสิ่งที่อยู่รอบตัวไปประยุกต์ใช้ร่วมกับความรู้ในศาสตร์ต่าง ๆ อย่างลงตัว เกิดเป็นสิ่งใหม่ ๆ และนำไปใช้ประโยชน์ได้ ในขณะที่ศิลปินหรือจิตรกรใช้กระดาษในการวาดภาพและสร้างงานศิลปะ นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถนำกระดาษมาพัฒนาเป็นอุปกรณ์ต่าง ๆ ได้เช่นเดียวกัน” ดังนั้น กล่าวได้ว่าผลงานต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นจากความทุ่มเทและความคิดสร้างสรรค์ในการทำงานวิจัยของเภสัชกรที่สอดคล้องอย่างยิ่งกับวิสัยทัศน์ของมหาวิทยาลัยศิลปากรซึ่งอาจารย์ทำงานอยู่ที่ว่า “ศิลปากรเป็นมหาวิทยาลัยชั้นนำแห่งการสร้างสรรค์”