”เข็มจิ๋วนาโน” ย่อการผ่าตัดให้ยิ่งเล็กและยิ่งลึกถึงระดับเซลล์

บีบีซีนิวส์/เนเจอร์ – เข็มขนาดบางจิ๋วความกว้างเพียงแค่ 1 ส่วนพันล้านเมตร จะกลายเป็นมือมีดสำคัญในการเจาะเข้าผ่าตัดในระดับเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ซึ่งสามารถช่วยนักชีววิทยาเพิ่มหรือย้ายยีนเพื่อการวิจัยต่อสู้กับโรคร้ายต่างๆ พร้อมกับการพัฒนายาใหม่ๆ

ที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์มีความพยายามที่จะยักย้ายถ่ายเทเซลล์ โดยใช้กล้องจุลทรรศน์และเข็มเล็กๆ (microcapillary) เจาะเข้าไปในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเพื่อเข้าสู่โมเลกุล อย่างโปรตีน เปปไตตส์ และสารทางพันธุกรรมอื่นๆ โดยต้องการใส่หรือนำผลผลิตที่ได้จากไข่ที่ปฏิสนธิแล้วออกมา นับเป็นเทคนิกที่เหล่านักวิจัยใช้กันอยู่ในปัจจุบัน แต่ว่าเข็มเล็กๆ เหล่านั้น ยังดูเทอะทะและยากที่จะควบคุมให้ได้ดั่งใจ โดยจะต้องไม่ทำลายเซลล์ขณะที่กำลังเจาะทะลุเข้าไปในผนังเซลล์ ซึ่งตรงกระบวนการนี้บ่อยครั้งที่กลายเป็นอุปสรรคสำคัญทำให้เซลล์เปลี่ยนรูปและตายไปในที่สุด

แต่ขณะนี้ ทีมวิจัยชาวญี่ปุ่นก็ได้นำ “กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม” หรือ “เอเอฟเอ็ม” (atomic force microscope : AFM) มาใช้เป็นอุปรณ์ในการผ่าตัดระดับเซลล์ ซึ่งสามารถเพิ่มหรือเคลื่อนย้ายโมเลกุลไปไว้ในตำแหน่งที่แม่นยำโดยไม่ทำลายเซลล์ชิ้นนั้นๆ

กล้องจุทรรศน์เอเอฟเอ็มมีลักษณะเหมือนแขนของเครื่องบันทึกเทป ปลายเล็กๆ บางๆ ที่ติดอยู่ส่วนล่างสุดต่อจากแขน ซึ่งรับแรงสัมผัสจากการลากผ่านพื้นผิว เครื่องมือนี้ใช้ในการสร้างแผนที่ระดับโมเลกุลสำหรับเซลล์ใหม่ ต่างจากเข็มขนาดเล็กแบบเดิม เพราะเอเอฟเอ็มสามารถรับรู้ถึงแรงที่สัมผัสกับเซลล์ ทำให้ตอบสนองได้อย่างเต็มที่

ดร.โนริยูกิ นากามูระ (Noriyuki Nakamura) จากสถาบันพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเพื่อการอุตสาหกรรมแห่งญี่ปุ่นหรือเอไอเอสที (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology : AIST) ในเมืองเฮียวโงะ (Hyogo) ประเทศญี่ปุ่นอธิบายถึงเครื่องมือชิ้นนี้ผ่านตัวอักษรลงในวารสารนาโนเล็ตเตอร์ (Nano-Letters) พร้อมกับเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีและการเกษตรแห่งโตเกียว (Tokyo University of Agriculture and Technology)

ทีมวิจัยได้ใช้ลำแสงอิออนเหลาปลายของเอเอฟเอ็มที่เป็นซิลิกอนให้แหลมเป็นเข็มยาวเพียง 8 ไมโครเมตรและกว้าง 200 นาโนเมตร

เมื่อนักวิจัยแยงเข็มเข้าไปในเซลล์ไตของตัวอ่อนมนุษย์ ผนังเซลล์แหว่งออกไปเพียงแค่ 1 ไมโครเมตร ซึ่งดูละเอียดและประณีตบรรจงกว่าการใช้เข็มขนาดเล็กธรรมดา ที่ใช้กันอยู๋ในปัจจุบัน และหลังจากการผ่าตัดผนังเซลล์ก็จะกลับคืนสู่สภาพปกติอย่างรวดเร็ว อีกทั้งเข็มจิ๋วก็ยังเจาะเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์ ซึ่งคณะวิจัยอ้างว่านี่เป็นครั้งแรกที่มีของแข็งทะลวงเข้าไปถึงนิวเคลียสในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตได้อย่างแม่นยำ

”การใช้ในระดับเซลล์จะอยู่ในระดับไมโครเมตร แต่พวกเราได้ปรับกระบวนการสำหรับระดับนาโนเมตรด้วยการใช้เอเอฟเอ็ม” ดร.นากามูระเผย พร้อมทั้งกล่าวว่าการผ่าตัดในระดับเซลล์เช่นนี้ยังสามารถทำให้เข้าปรับหน้าที่การทำงานของเซลล์ได้อีกด้วย อย่างไรก็ดี ดร.นากามูระมีจุดมุ่งหมายใช้เทคนิกนี้บนเซลล์ต้นกำเนิดตัวอ่อน เพื่อควบคุมความแตกต่างของเซลล์ ในระหว่างที่กำลังพัฒนากลายเป็นส่วนต่างๆ ของร่างกาย โดยต้องการศึกษาดูว่าเซลล์เหล่านี้จะโตเติบและแตกตัวออกมาอย่างไร

ททางด้าน ซาลว์ เทนด์เลอร์ (Saul Tendler) นักชีวฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยน็อตติงแฮม (Nottingham University) ในอังกฤษ ซึ่งปกติเขาใช้เครื่องเอเอฟเอ็มศึกษาระบบทางชีววิทยา กล่าวว่า เข็มจิ๋วนี้จะช่วยให้นักวิจัยฉีดโมเลกุลเข้าไปในตำแหน่งต่างๆ ของเซลล์ตามที่ต้องการ ยกต้วอย่างเช่น สายของดีเอ็นเอจะสามารถแทรกตัวโดยตรงเข้าไปในนิวเคลียส เพื่อทดสอบเทคนิกใหม่ทางด้านอายุรเวชเกี่ยวกับยีน (gene therapy) ได้เป็นต้น