คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล คิดค้น นวัตกรรม ‘อนุภาคคาร์บอนเรืองแสง’ จากสารชีวพอลิเมอร์ทะลายปาล์ม เพื่อส่งยารักษามะเร็งลำไส้แบบมุ่งเป้า โดยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติ Nature.com ชูธงนาโนเทคโนโลยีผสานวิศวกรรมเคมีขั้นสูงและชีวพอลิเมอร์ที่ไม่เป็นพิษต่อร่างกาย ทั้งเพิ่มมูลค่าวัสดุการเกษตรเหลือทิ้งมาใช้ประโยชน์ทางการแพทย์
รศ.ดร.จักรกฤษณ์ ศุทธากรณ์ คณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่า โรคมะเร็งถือเป็นหนึ่งในสาเหตุของการเสียชีวิตอันดับต้นของประชากรที่มีอายุต่ํากว่า 70 ปี โดยในปี 2018 พบจํานวนผู้ป่วยใหม่ทั่วโลกมากถึง 18 ล้านคน ส่วนประเทศไทยมีผู้ป่วยใหม่ปีละ 1.4 แสนคน และเสียชีวิตปีละกว่า 8 หมื่นคน โดยมี 5 โรคมะเร็งที่คร่าชีวิตสูงสุด คือ มะเร็งตับ มะเร็งลำไส้ มะเร็งปอด มะเร็งปากมดลูก มะเร็งเต้านม การวิจัยพัฒนานวัตกรรมของคนไทยนี้เป็นที่น่าภาคภูมิใจและได้รับความสนใจจากนานาประเทศ
โดยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ชั้นนำของโลก Nature.com ทั้งนี้ทีมนักวิจัยไทย 5 คน ประกอบด้วย รศ.ดร.จุฬารัตน์ ศักดารณรงค์ หัวหน้าโครงการวิจัย ดร.สุธิดา บุญสิทธิ์ ดร.สาคร ราชหาด อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล อมรรัตน์ แสงจันทร์ นักศึกษา ป.โท สาขาวิศวกรรมเคมี ม.มหิดล และ ดร.กนกวรรณ ศันสนะพงษ์ปรีชา หน่วยปฏิบัติการเวชศาสตร์นาโน ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ สนง.พัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนโดยทุนอัจฉริยภาพนักวิจัยรุ่นกลาง สำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.)
รศ.ดร.จุฬารัตน์ ศักดารณรงค์ หัวหน้าโครงการวิจัย อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมเคมี คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวถึงที่มาของงานวิจัยว่า วิธีการรักษาโรคมะเร็งในปัจจุบันมีหลายวิธี อาทิ การผ่าตัดเอาเนื้อร้ายออก การฉายรังสีบําบัด และเคมีบําบัดซึ่งยังมีข้อด้อย เนื่องจากสารออกฤทธิ์ที่กว่าจะไปถึงเป้าหมายจะเหลือปริมาณตํ่า จึงต้องใช้ยาในปริมาณที่สูงขึ้น ซึ่งส่งผลกระทบต่อเซลล์ปกติ ทำให้ผู้ป่วยเกิดอาการข้างเคียงต่างๆ เราจึงมีแนวคิดในการพัฒนา ’นาโนเทคโนโลยี’ สำหรับการรักษาโรคมะเร็งแบบมุ่งเป้า
โดยใช้ ‘อนุภาคนาโน’ เป็นวัสดุในการนำส่งยาต้านมะเร็ง (Drug Delivery) สู่เซลล์เป้าหมาย ซึ่งเป็นอีกหนึ่งวิธีการรักษาที่ได้รับความสนใจอย่างมาก จากการศึกษาวิเคราะห์พบว่าอนุภาคคาร์บอน (Carbon Dots) มีคุณสมบัติความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ความเป็นพิษต่ำ มีความสามารถในการละลายน้ำสูง พื้นที่ผิวสูง ปรับปรุงหมู่ฟังก์ชันพื้นผิวได้ง่าย มีขนาดเฉลี่ยต่ำกว่า 10 นาโนเมตร ซึ่งเป็นขนาดที่เหมาะสม สามารถเคลื่อนที่เข้าไปในเซลล์ได้ดี และมีคุณสมบัติในการเรืองแสงหลายสีตามหมู่ฟังก์ชันที่ดัดแปลงซึ่งจะช่วยติดตามการบำบัดรักษาได้ว่ายาอยู่ส่วนไหนของร่างกาย
ทีมวิจัยจึงคิดค้น นวัตกรรม ‘อนุภาคคาร์บอนเรืองแสงจากสารชีวพอลิเมอร์ทะลายปาล์ม เพื่อส่งยารักษามะเร็งแบบมุ่งเป้า’ ซึ่งการใช้อนุภาคคาร์บอน ที่เป็นวัสดุนาโน ในการนําส่งยาเข้าสู่ร่างกาย เพื่อเข้าไปขัดขวางและยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็ง รวมถึงจํากัดบริเวณเพื่อให้ยาออกฤทธิ์เฉพาะที่อย่างแม่นยำ ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อเซลล์ปกติโดยรอบได้ และลดผลข้างเคียงจากการรักษาได้
สำหรับการสังเคราะห์อนุภาคคาร์บอนได้ทดลองพัฒนาด้วยหลากหลายกระบวนการ ในที่สุดทีมวิจัยได้เลือกใช้กระบวนการไฮโดรเทอมัล คาร์บอไนเซชัน เนื่องจากมีประสิทธิภาพ ต้นทุนต่ำ มีศักยภาพในการขยายขนาดในภาคอุตสาหกรรม เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และง่ายต่อการสังเคราะห์อนุภาคคาร์บอนใหม่ๆ จากสารตั้งต้นอื่นๆในอนาคต อาทิ เปลือกส้ม เปลือกมะม่วง ฟางข้าว นม สาหร่าย กรดซิตริค กรดโฟลิค ยูเรีย กลีเซอรอล เป็นต้น รวมทั้งใช้พลังงานต่ำและไม่ต้องปรับสภาพหรืออบแห้งชีวมวล
จุดเด่นของการสังเคราะห์อนุภาคคาร์บอนจากทะลายปาล์ม ซึ่งเป็นวัสดุระดับนาโนจากชีวมวลเหลือจากอุตสาหกรรมปาล์มน้ำมันนำมาหมุนเวียนใช้ประโยชน์และเพิ่มมูลค่าทางอุตสาหกรรมการแพทย์ โดยนำมาเป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรมการผลิตอนุภาคคาร์บอน ทั้งนี้โครงสร้างหลักของทะลายปาล์ม คือกลุ่มของลิกโนเซลลูโลส (Lignocellulose) ที่ประกอบด้วยเซลลูโลส (Cellulose) 35-50% เฮมิเซลลูโลส (Hemicellulose) 20-35% และลิกนิน (Lignin) 10-25% ซึ่งเมื่อผ่านกระบวนการปรับสภาพและแยกองค์ประกอบจะเป็นอนุภาคคาร์บอนที่ดี
รศ.ดร.จุฬารัตน์ กล่าวสรุปผลวิจัยว่า อนุภาคคาร์บอน (Carbon Dots) ที่ผลิตจากกระบวนการนี้จะเป็นสารละลายสีน้ำตาล จากการศึกษาพบว่าเมื่อนำอนุภาคคาร์บอนมากระตุ้นด้วยแสง UV จะให้ผลได้ควอนตัม และคุณสมบัติในการเรืองแสงสูงสุด ในกระบวนการนำส่งยาต้านมะเร็งสู่เซลล์มะเร็งเป้าหมาย จึงได้ทำปฏิกิริยาการเชื่อมโยงหมู่ฟังก์ชัน COOH บนอนุภาคคาร์บอนเข้ากับหมู่ OH ของโมเลกุลพอลิเอทิลีนไกลคอลที่ขนาดโมเลกุลต่างๆ และ NH2 ของยาต้านมะเร็ง ได้แก่ Doxorubicin จากนั้น การนำส่งยาจะถูกทดสอบกับเซลล์มะเร็งในหลอดทดลองเปรียบเทียบกับเซลล์ปกติ ด้วยนาโนเทคโนโลยีการเชื่อมขวางอนุภาคคาร์บอนเข้ากับ ’โปรตีนจำเพาะ’ ซึ่งจะไปต่อเข้ากับ ‘ตัวรับ’ หรือ ‘รีเซ็ปเตอร์’ ของเซลล์มะเร็ง เพิ่มประสิทธิภาพการนำส่งยาเข้าสู่เป้าหมายได้แม่นยำ ในอนาคตจะนำไปสู่การทดลองกับสัตว์และมนุษย์ต่อไป
ประโยชน์ของนวัตกรรม ‘อนุภาคคาร์บอนเรืองแสงจากสารชีวพอลิเมอร์ทะลายปาล์ม เพื่อส่งยารักษามะเร็งลำไส้แบบมุ่งเป้า’ เพิ่มอัตราการรอดชีวิตของผู้ป่วยโรคมะเร็งที่มีอัตราผู้ป่วยสูง เช่น มะเร็งลำไส้ ลดเวลาจากการรักษาโรคมะเร็งด้วยวิธีเคมีบำบัดแบบดั้งเดิม โดยเพิ่มทางเลือกในการรักษาด้วย ‘เคมีบำบัดแบบมุ่งเป้า’ ต้นทุนต่ำ และมีราคาถูก ไม่มีพิษต่อร่างกาย ลดความเหลื่อมล้ำช่วยให้ประชากรในประเทศสามารถเข้าถึงการรักษาที่มีประสิทธิภาพได้ทั่วถึง ส่งเสริมเทคโนโลยีการผลิตจากวัตถุดิบการเกษตรที่มีในประเทศ ลดการนำเข้าวัสดุนำส่งยาที่มีราคาแพง ตลอดจนโอกาสต่อยอดในอุตสาหกรรมการแพทย์และส่งเสริมประเทศไทยก้าวเป็นเมดิคัลฮับ โดยสอดคล้องกับแนวทาง BCG ของประเทศไทยและกลุ่มภูมิภาค APEC อีกด้วย นับเป็นความหวังและทางเลือกใหม่ในการบำบัดรักษาผู้ป่วยโรคมะเร็งในไทยและเพื่อนมนุษย์
