เทคโนโลยีควบคุมยีนโดยใช้แสง

“นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีการใช้แสงควบคุมระดับน้ำตาลใน
เลือดของหนูทดลอง”

Power of light: These diabetic mice have been implanted with cells genetically engineered
to trigger insulin production when exposed to blue light. Credit: AAAS/Science

นักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นวิธีการควบคุมการแสดงออกยีน (Gene) ด้วยแสง โดยใช้โปรตีน
จากจอประสาทตา (Retina) มนุษย์ และสามารถนำเทคโนโลยีดังกล่าวไปใช้ประโยชน์ได้
ในระยะสั้น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตยาชีวภาพ (Biological Drugs) ในการรักษา
โรคมะเร็งด้วยการควบคุมการผลิตโปรตีนที่มีปริมาณ มากเกินความจำเป็น ส่วนประโยชน์
ระยะยาว นักวิจัยจะทำการ ตัดแต่งเซลล์ให้มีความไวต่อแสง ซึ่งทำหน้าที่คล้ายปุ่มปิดเปิด
ไฟ เพื่อให้ผู้ป่วยสามารถผลิตฮอร์โมน (Hormone) ที่ขาดหายไปเช่น อินซูลิน (Insulin)
ตามปริมาณที่กำหนดได้

นักวิจัยได้นำเซลล์ที่ได้รับการตัดแต่งพันธุกรรมที่มี ชิ้นส่วนของยีนที่สามารถผลิตโปรตีน
ไวต่อแสง (Light-Sensitive Protein) จากจอประสาทตา ซึ่งสามารถเรียกโปรตีนดังกล่าว
ว่า Melanopsin โดยโปรตีนดังกล่าวยินยอมให้แคลเซียมผ่านเข้าใน เซลล์ได้หลังจากได้
รับแสง และแคลเซียมดังกล่าวจะไปกระตุ้นให้ โปรตีน (ที่เป็นตัวกระตุ้น) ให้ยีนที่เราสนใจ
ทำงานได้

เมื่อเซลล์ได้รับแสงจะทำให้ แคลเซียมไหลเข้าไปในเซลล์ ซึ่งจะไปกระตุ้นให้โปรตีนไป
กระตุ้นให้ยีนเป้าหมายสามารถทำงาน ได้อีกชั้นหนึ่ง จากผลการวิจัยของเซลล์ที่เพาะเลี้ยง
ไว้พบว่า ระยะเวลาและปริมาณความเข้มข้นของแสงมีผลต่อปริมาณและ ระยะเวลาในการ
ผลิตของยีนเป้าหมาย

นักวิจัยได้ทดลองนำเซลล์ที่สามารถใช้แสงในการควบคุม ฝังในหนูทดลองที่ป่วยเป็นโรค
เบาหวาน และใช้แสงในการปรับ ปริมาณอินซูลินในเลือด เมื่อฝังเซลล์ดังกล่าวไว้ใต้ผิวหนัง
แล้ว เซลล์จะดักจับแสงสีฟ้า (Blue Light) ทำให้เกิดการผลิตอินซูลินขึ้น นอกจากนั้น
นักวิจัยได้ทดลองนำเซลล์ดังกล่าวบรรจุลงในวัสดุที่มี รูพรุน (Porous Material) และฝังลง
ลึกลงไปในร่างกายของหนู ทดลองที่ป่วยเป็นโรคเบาหวานเช่นเดียวกัน โดยมีสายใยแก้ว
นำแสง (Fiber Optic Cable) ฝังติดไปด้วยเพื่อใช้เป็นตัวนำแสงตาม ความต้องการจาก
ผลงานวิจัยดังกล่าวได้พบว่า วิธีการทั้งสองแบบ สามารถควบคุมปริมาณน้ำตาลในเลือด
ของหนูทดลองได้เช่นเดียวกัน

นักวิจัยจาก Boston University กล่าวว่า แนวโน้มของ งานวิจัยในอนาคตด้านชีววิทยา
จะมีการนำเทคนิคการใช้แสง เป็นตัวควบคุมการเปิดปิดการทำงานของยีนเพิ่มมากขึ้น
โดยเฉพาะงานวิจัยด้านชีวภาพสังเคราะห์ (Synthetic Biology) ซึ่ง เป็นการศึกษาวิจัย
ในระดับโมเลกุลชีววิทยาที่มีการนำเซลล์มา ตัดแต่งพันธุกรรมเพื่อให้เซลล์สามารถปฏิบัติ
งานได้ตามที่ต้องการ ทั้งนี้ การใช้แสงเสมือนเป็นไกปืน (Trigger) เพื่อใช้ในการเหนี่ยวไก
ให้เกิดกระบวนการผลิตสารชีวภาพที่แตกจากการกระบวนการที่ ใช้สารเคมีเป็นตัวเหนี่ยวนำ
ทำให้นักวิจัยสามารถจำกัดพื้นที่หรือ บริเวณที่จะเกิดปฏิกิริยาได้ง่ายขึ้น

ทั้งนี้ เทคโนโลยีในการผลิตอินซูลินโดยใช้แสง สามารถ นำไปประยุกต์ใช้ในการขนส่งโปรตีน
เพื่อการรักษาด้านอื่นๆ เช่น Growth Hormone หรือฮอร์โมนที่มีผลต่อการเจริญเติบโต ซึ่งใน
ปัจจุบันจะใช้วิธีการผลิตฮอร์โมนดังกล่าวโดยใช้ Bioreactor (ถังปฏิกรณ์ชีวภาพ) เป็นตัวผลิต
แล้วจึงฉีดฮอร์โมนดังกล่าวเข้าไป ในร่างกายของผู้ป่วย แต่เทคนิคการใช้แสงช่วยให้ไม่ต้องฉีด
ฮอร์โมนเข้าไปในร่างกายอีก เพียงแค่ใช้แสงเป็นตัวกระตุ้นให้เกิด การผลิตฮอร์โมนขึ้น

ปัจจุบัน เทคโนโลยีการผลิตโปรตีนเพื่อการรักษาต่างๆ จะใช้เซลล์ในการผลิต แต่เมื่อกระตุ้น
ให้เซลล์ผลิตโปรตีนใน ปริมาณมากจนเกินความจำเป็นจะทำให้เซลล์เป็นพิษ และไป ขัดขวาง
การเจริญเติบโตของเซลล์ ดังนั้น เทคโนโลยีการใช้แสงจึง เป็นทางเลือกใหม่ที่จะทำให้เซลล์
เจริญเติบโต และสามารถ ควบคุมปริมาณการผลิตโปรตีน เพื่อไม่ให้เซลล์เป็นพิษได้ ทำให้
การผลิตโปรตีนเพื่อการรักษามีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้น

ที่มาและภาพประกอบ: Technology Review, June 23, 2011