นักวิจัยสามารถศึกษาและทำความเข้าใจเกี่ยวกับโรคต่างๆที่เกิดขึ้นได้อย่างลึกซึ้งมากยิ่งขึ้น โดยการใส่ยีนที่ควบคุมลักษณะทางพันธุกรรมเข้าไปในเซลล์เพื่อให้เกิดการพัฒนาย้อนกลับ แล้ววิเคราะห์เซลล์นั้นเพื่อหาสาเหตุและกระบวนการการเกิดโรค

หลังจากความพยายามอันยาวนาน นักวิทยาศาสตร์ได้ประสบความสำเร็จในการค้นพบวิธีการเปลี่ยนแปลงเซลล์ของมนุษย์ โดยการนำเซลล์ผิวหนังของผู้ป่วยที่ป่วยจากโรคต่างๆมาเปลี่ยน (Reprogram) ให้มีคุณสมบัติเหมือนกับเซลล์ต้นตอ จากนั้นนักวิทยาศาสตร์จะนำเซลล์ที่ถูกเปลี่ยนคุณสมบัติเหล่านี้มาเลี้ยงในห้องทดลอง เพื่อศึกษากระบวนการของการเกิดโรคในผู้ป่วยโดยการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นของเซลล์ ความสำเร็จครั้งนี้จะเป็นบันไดสำคัญในการก้าวไปสู่การรักษาผู้ป่วยโดยใช้เซลล์ของผู้ป่วยเอง

การเปลี่ยนแปลงเซลล์นี้จะต้องใช้เทคนิคทางพันธุกรรมพิเศษ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้เคยทดลองกับเซลล์ของหนูเมื่อสองปีที่แล้ว ในคราวนั้นนักวิทยาศาสตร์ได้กำจัดหน่วยความจำการที่เกี่ยวกับพัฒนาการของเซลล์ เป็นเหตุให้เซลล์พัฒนากลับไปสู่ระยะเริ่มต้นของ ตัวอ่อน แล้วจึงเลี้ยงเซลล์นั้นให้เจริญไปเป็นส่วนอื่นๆ นอกจากนี้ความสำเร็จครั้งนี้ยังช่วยขจัดการเสื่อมเสียชื่อเสียงของวงการวิจัยที่เกิดขึ้นสามปีที่แล้ว เมื่อนักวิทยาศาสตร์จากประเทศเกาหลีใต้ได้อ้างผลสำเร็จใช้เทคนิคการย้ายฝากนิวเคลียส (Somatic Cell Nuclear Transfer) ซึ่งเป็นวิธีเดียวกับการโคลนแกะดอลลี่ ในการสร้างเซลล์ต้นตอของผู้ป่วยที่ป่วยด้วยโรคเบาหวานชนิดที่ 1 (Type 1 Diabetes) โรคภาวะการบาดเจ็บจากเส้นประสาทไขสันหลัง (Spinal Cord Injury) และโรคผิดปกติทางภูมิคุ้มกันแต่กำเนิด (Congenital Immune Disease) การแอบอ้างครั้งนั้นได้ก่อให้เกิดผลเสียเป็นอย่างมากและแนวคิดของการผลิตเซลล์ต้นตอที่มีความเฉพาะกับผู้ป่วยจึงเป็นกลายเรื่องที่ ห่างไกล

ความสำเร็จของการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติเซลล์ครั้งนี้มีรากฐานมาจากงานวิจัยสองชิ้นในอดีต ในเดือนพฤศจิกายนเมื่อสิบปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์จากวิสคอนซินได้ประสบความสำเร็จในการเพาะเลี้ยงเซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนมนุษย์ (Human Embryonic Stem (hES) Cells) ซึ่งมีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงเป็นเซลล์ชนิดใดก็ได้ในร่างกาย ความสามารถของเซลล์ในการเปลี่ยนแปลงนี้มีชื่อเรียกเฉพาะว่าพลูริโพเทนท์ซี่ (Pluripotency) ได้นำไปสู่การพัฒนาครั้งใหญ่ของวงการชีววิทยาและงานวิจัยทางการแพทย์ อย่างไรก็ตามงานวิจัยครั้งนั้นได้ก็ได้ก่อให้เกิดข้อขัดแย้งครั้งยิ่งใหญ่ที่เกี่ยวกับจริยศาสตร์ชีวภาพ (Bioethics) อันเนื่องมาจากการสกัดแยกเซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนของมนุษย์นั้นจะต้องมีการทำลายตัวอ่อน รัฐบาลในหลายๆประเทศรวมทั้งสหรัฐอเมริกาได้ออกกฎหมายห้ามหรือจำกัดงานวิจัยที่เกี่ยวกับเซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนมนุษย์

ในปีพ.ศ. 2549 นักวิจัยจากญี่ปุ่นได้รายงานการค้นพบวิธีการพัฒนาเซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนมนุษย์ที่ช่วยลดปัญหาทางด้านจริยธรรมและมีประสิทธิภาพ ในทางปฏิบัติมากขึ้น โดยการใส่ยีนสี่ชนิดเข้าไปในเซลล์หางของหนูทดลอง นักวิจัยกลุ่มนี้พบว่าพวกเขาสามารถสร้างเซลล์ที่มีลักษณะและคุณสมบัติคล้ายกับเซลล์ตัวอ่อนและได้เรียกเซลล์ที่ได้ครั้งนี้ว่า อินดิวซ์พลูริโพเทนท์สเต็มเซลล์ หรือ ไอพีเอสเซลล์ (Induced Pluripotent Stem (iPS) Cells) หลังจากนั้นในปีที่ผ่านมา นักวิจัยกลุ่มเดิมและนักวิจัยอีกสองคนจากสหรัฐฯได้ร่วมกันต่อยอดงานวิจัยชิ้นเดิมเพื่อหาวิธีการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์มนุษย์ ซึ่งผลของงานวิจัยชิ้นนี้ได้นำไปสู่งานวิจัยชิ้นใหม่อื่นๆอีกมากมาย

การสร้างเซลล์ตามความต้องการ (Made to Order) จึงจัดว่าเป็นแนวโน้มใหม่ที่น่าติดตาม นับเป็นเวลาเกือบทศวรรษที่นักชีววิทยาทางด้านเซลล์ต้นตอได้พยายามหาวิธีการในการสร้างกลุ่มเซลล์ที่คงอยู่ได้นานจากผู้ป่วยซึ่ง ป่วยด้วยโรคที่ในอดีตไม่สามารถศึกษาได้ (โดยปกติแล้วเซลล์ที่เจริญวัยเต็มที่แล้วจะไม่สามารถอยู่รอดได้ในสภาวะของการเพาะเลี้ยงในห้องทดลอง ดังนั้นการสกัดเซลล์จากผู้ป่วยโดยตรงจึงไม่ประสบความสำเร็จ) ในปี พ.ศ. 2551 นักวิจัยสองกลุ่มได้ประสบความสำเร็จในการสร้างกลุ่มเซลล์ชนิดนี้ นักวิจัยกลุ่มแรกได้สร้างกลุ่มไอพีเอสเซลล์จากเซลล์ผิวหนังของผู้หญิงอายุ 82 ปี ซึ่งป่วยด้วยโรคการเสื่อมสลายของเซลล์ประสาทที่ควบคุมการทำงานของกล้ามเนื้อ หรือที่เรียกอีกอย่างว่าโรคลูเกห์ริกส์ (Amyotrophic Lateral Sclerosis/Lou Gehrig’s Disease) ซึ่งเป็นโรคที่เซลล์ประสาทสั่งการถูกทำลายและกลายเป็นอัมพาตในที่สุด นักวิทยาศาสตร์ได้มุ่งความสนใจไปที่เซลล์ที่จะเปลี่ยนไปเป็นเซลล์ประสาท (Neurons) และเซลล์ล้อมรอบเซลล์ประสาท (Glia) โดยเซลล์ทั้งสองชนิดนี้เป็นเซลล์ที่จะโดนทำลายมากที่สุดในผู้ป่วยที่ป่วยด้วยโรคลูเกห์ริกส์

ภายหลังจากนั้นหนึ่งสัปดาห์ นักวิจัยอีกกลุ่มได้รายงานว่าพวกเข้าประสบความสำเร็จในการสร้างกลุ่มไอพีเอสเซลล์ที่มีความจำเพาะกับผู้ป่วยจากผู้ป่วยที่ป่วย ด้วยโรคต่างๆเพิ่มขึ้นอีก 10 ชนิด (ดังแสดงในตาราง)

โรคเหล่านี้ส่วนใหญ่แล้วนักวิจัยจะไม่สามารถศึกษาได้หรือยากที่จะวิเคราะห์เมื่อใช้สัตว์ทดลองเป็นต้นแบบ ดังนั้นเซลล์ของผู้ป่วยที่ถูกเปลี่ยนคุณสมบัติจึงเป็นเครื่องมือที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาโรคต่างๆเหล่านี้ได้ถึงระดับโมเลกุล นอกจากนี้เซลล์เหล่านี้ยังมีประโยชน์ในการทดลองและคัดเลือกยาชนิดใหม่ๆที่มีประสิทธิภาพเพื่อช่วยรักษาผู้ป่วย ท้ายที่สุดแล้วเทคนิคไอพีเอสเซลล์ยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถแก้ไขข้อบกพร่องทางพันธุกรรมกับเซลล์เหล่านั้น แล้วนำเซลล์ที่ได้รับการบำบัดแล้วไปรักษาผู้ป่วยด้วยเซลล์ของผู้ป่วยเอง

เอกสารรายงานวิจัยอีกชิ้นหนึ่งที่ตีพิมพ์ในปลายปี 2551 ได้มีกล่าวถึงการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ว่าไม่จำเป็นที่เซลล์จะต้องเปลี่ยนถูกคุณสมบัติให้กลับไปเป็นเหมือนเซลล์ตัวอ่อน เซลล์นั้นสามารถถูกเปลี่ยนคุณสมบัติให้เป็นเหมือนเซลล์ที่เจริญวัยเต็มที่แล้วก็ได้ นักวิจัยชาวสหรัฐฯได้ทำการทดลองในหนู โดยเลือกเซลล์ตับอ่อนของหนูที่เจริญวัยเต็มที่แล้ว ที่เรียกว่าเซลล์เอ็กโซครายน์ (Exocrine Cells) มาเปลี่ยนคุณสมบัติให้เป็นเหมือนเซลล์เบต้า (Beta Cells) ซึ่งเป็นเซลล์ในตับอ่อนทำหน้าที่ผลิตอินซูลิน และเซลล์นี้จะถูกทำลายในผู้ป่วยที่เป็นโรคเบาหวานชนิดที่ 1 ทีมนักวิจัยกลุ่มนี้ได้ทำการฉีดส่วนผสมซึ่งประกอบด้วยไวรัสสามชนิดเข้าไปในตับอ่อนของหนูที่เจริญวัยเต็มที่แล้ว ไวรัสทั้งสามชนิดนั้นได้แพร่เข้าไปสู่เซลล์เอ็กโซครายน์ โดยไวรัสแต่ละชนิดได้ถูกบรรจุยีนที่แตกต่างกันซึ่งยีนเหล่านี้จะมีบทบาทในการพัฒนาเบต้าเซลล์ หลังจากนั้นประมาณสองถึงสามวัน หนูที่ถูกฉีดไวรัสจะเริ่มสร้างเซลล์ที่สามารถผลิตอินซูลินได้ และเซลล์นี้มีรูปร่างและทำหน้าที่เหมือนกับเบต้าเซลล์ที่แท้จริง

ผลลัพธ์จากงานวิจัยครั้งนี้เป็นที่น่าสนใจเป็นอย่างมาก เนื่องจากปกติแล้วเซลล์ที่ทำหน้าที่เฉพาะในสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่แล้วจะไม่สามารถเปลี่ยนไปเป็นเซลล์ชนิดอื่นที่ทำหน้าที่แตกต่างออก ไปได้ แต่ผลการทดลองครั้งนี้ได้แสดงให้เห็นว่าเซลล์เหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงได้ เป็นต้นว่าเปลี่ยนจากเซลล์กล้ามเนื้อไปเป็นเซลล์ปอด การรักษาผู้ป่วยโดยการใช้เซลล์ที่ถูกเปลี่ยนคุณสมบัติโดยตรงเช่นนี้อาจจะทำได้ง่ายและปลอดภัยกว่าการรักษาโดยใช้พลูริโพเทนท์ สเต็มเซลล์ หรือเซลล์จากตัวอ่อน เทคนิคนี้ยังอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สร้างเซลล์โดยการกำหนดปัจจัยเพื่อที่จะเปลี่ยนเซลล์เป็นเซลล์ชนิดที่ต้องการในห้องทดลอง ได้รวดเร็วขึ้น

ถึงแม้ว่านักวิจัยจะประสบความสำเร็จในการพัฒนาวิธีการและเทคนิคต่างๆได้ในปีพ.ศ. 2551 อย่างไรก็ตามการที่จะนำเซลล์ที่ถูกเปลี่ยนคุณสมบัติไปรักษาผู้ป่วยนั้นจะต้องมีการพัฒนาเพิ่มเติม เพื่อหาวิธีการที่มีประสิทธิภาพและน่าเชื่อถือได้ในการกระตุ้นเซลล์ให้เกิดการเปลี่ยนแปลง นอกจากนี้จะต้องให้แน่ใจว่าปลอดภัยเพียงพอที่จะนำไปรักษาผู้ป่วย นักวิจัยจะต้องเข้าใจอย่างถ่องแท้ถึงกระบวนการการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์นี้ มีงานวิจัยและทดลองที่เกี่ยวกับการเปลี่ยนการคุณสมบัติของเซลล์เกิดขึ้นมากมาย แต่ไม่มีใครสามารถรู้ถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นภายในตัวเซลล์อย่างแท้จริง และมีความเป็นไปได้หลายประการที่เป็นตัวกระตุ้นให้เซลล์เกิดการเปลี่ยนคุณสมบัติ ทฤษฎีที่มีความเป็นไปได้มากที่สุดคือปัจจัยที่ถูกใช้ในการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์บางประการนั้นไปคลายสายดีเอ็นเอที่อยู่ใน นิวเคลียส ของเซลล์ออก ทำให้ยีนที่ควบคุมการสร้างลักษณะของเซลล์นั้นถูกกระตุ้นให้เปลี่ยนแปลงได้ง่าย จากนั้นปัจจัยส่วนอื่นจะเข้าไปช่วยให้เกิดการปล่อยกระแสสัญญาณของโปรตีนที่ทำให้เซลล์เปลี่ยนไปเป็นเซลล์ชนิดใหม่

เทคนิคการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์โดยแรกเริ่มจะใช้ไวรัสซึ่งบรรจุยีนที่สามารถกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใส่เข้าไปในเซลล์ โดยไวรัสนี้จะแพร่เข้าไปที่ยีนของเซลล์และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ดีเอ็นเออย่างถาวร ในแต่ขั้นตอนของการเปลี่ยนคุณสมบัติเซลล์นั้น นักวิทยาศาสตร์จะใช้ความระมัดระวังเป็นอย่างยิ่งด้วยเหตุผลบางประการ

ประการแรก ดีเอ็นเอที่ถูกใส่เข้าไปในเซลล์นั้นอาจจะมีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของยีนที่มีอยู่ตั้งแต่แรกในเซลล์ ตัวอย่างเช่นไปเปลี่ยนยีนที่ทำหน้าที่ป้องกันการเกิดมะเร็ง เป็นผลให้เซลล์มีโอกาสเกิดเป็นเนื้องอก อีกประการหนึ่งคือ ถึงแม้ว่ายีนที่ถูกใส่เข้าไปในเซลล์นั้นจะหยุดการทำหน้าที่และปล่อยให้ยีนที่มีอยู่ในเซลล์แต่เดิมกลับมาทำงานอีกครั้งหลังจากที่การ เปลี่ยนคุณสมบัติเสร็จสิ้นแล้ว นักวิทยาศาสตร์ก็ยังมีความกังวลว่ายีนที่ถูกใส่เข้าไปในเซลล์จะถูกกระตุ้นให้ทำงานอีกครั้งหรืออาจก่อให้เกิดผลบางประการกับเซลล์

ด้วยเหตุผลเช่นนี้ นักวิทยาศาสตร์จากทั่วทุกมุมโลกจึงพยายามทดลองและค้นหาหนทางอื่นๆในการกระตุ้นการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ ในปี 2551 นี้วิธีการใหม่ๆมีการพัฒนาอย่างรวดเร็ว นักวิทยาศาสตร์หลายกลุ่มได้ค้นพบว่าสารเคมีบางชนิดสามารถนำมาใช้แทนยีนเพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ได้ บางกลุ่มค้นพบว่า อดิโนไวรัส (Adenoviruses) สามารถนำมาใช้ได้เช่นเดียวกัน อย่างน้อยก็สามารถนำมาใช้กับเซลล์ของหนูทดลองได้ อดิโนไวรัสซึ่งเป็นไวรัสที่เป็นสาเหตุของไข้หวัดนั้นเมื่อใส่เข้าไปในเซลล์แล้วจะไม่แพร่เข้าไปที่กลุ่มยีนของเซลล์ อดิโนไวรัสจะมียีนที่เป็นสายยาวเพียงพอที่จะเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ แต่เมื่อเซลล์แบ่งตัวเองแล้วอดิโนไวรัสจะสลายลดลงจนอยู่ในระดับที่ไม่สามารถตรวจวัดได้ ดังนั้นกลุ่มยีนของเซลล์ที่มีอยู่แต่เดิมจึงไม่ถูก เปลี่ยนแปลง นักวิจัยจากประเทศญี่ปุ่นได้แสดงให้เห็นว่าวงแหวนของดีเอ็นเอที่เรียกว่าพลาสมิด (Plasmids) สามารถบรรจุยีนที่ใช้กระตุ้นการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของเซลล์ได้เช่นกัน แม้กระนั้นวิธีการที่กล่าวมานี้ยังมีประสิทธิภาพที่ด้อยกว่าวิธีการดั้งเดิม และส่วนใหญ่แล้วยังไม่ประสบความสำเร็จในการทดลองกับเซลล์ของมนุษย์ซึ่งมีความซับซ้อนและยุ่งยากกว่าการเปลี่ยนคุณสมบัติ โดยใช้เซลล์ของหนู

การเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ยังต้องการการพัฒนาเทคนิคให้มีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีการในปัจจุบัน ทั้งนี้การทดลองส่วนใหญ่จะสามารถเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ในอัตราส่วนที่น้อยกว่า 1 ใน 10,000 เซลล์ อย่างไรก็ตามในปีนี้นักวิจัยสองกลุ่มได้ค้นพบว่าเซลล์ผิวหนังที่เรียกว่าเคราติโนไซต์ (Keratinocytes) ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการเปลี่ยนคุณสมบัติได้ง่าย นักวิจัยสามารถนำเคราติโนไซต์มาเปลี่ยนคุณสมบัติได้ประมาณ 1 เปอร์เซ็นต์ จากเคราติโนไซต์ทั้งหมดที่นำมาทดลอง และกระบวนการเปลี่ยนคุณสมบัตินี้ใช้เวลาเพียง 10 วัน เมื่อเทียบกับเซลล์ชนิดอื่นที่ต้องใช้ระยะเวลาหลายสัปดาห์ เคราติโนไซต์มีอยู่มากมายในรูขุมขน (Hair Follicles) นักวิจัยจากแคลิฟอร์เนียและสเปนแสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถสกัดกลุ่มเซลล์ของแต่ละบุคคลจากเส้นผมที่ถอนมาจากหนังศีรษะ ของมนุษย์ ซึ่งเส้นผมนี้เป็นแหล่งของเซลล์ที่หาได้ง่ายกว่าการตัดชิ้นส่วนจากผิวหนังของมนุษย์

ท้ายที่สุดแล้วการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ยังต้องการการควบคุมคุณภาพที่ดีกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน ในปีนี้กลุ่มนักวิจัยชาวอเมริกันได้ค้นพบวิธีการใหม่ในการเปลี่ยนคุณสมบัติของยีนโดยการใส่สารที่เรียกว่าแอนตี้ไบโอติค ดอกซีซัยคลิน (Antibiotic Doxycycline) เข้าไปในเซลล์ จากนั้นพวกเขาได้ใช้เซลล์ที่ถูกเปลี่ยนคุณสมบัติแล้วมาสร้างไอพีเอสเซลล์รุ่นที่ 2 (Second Generation iPS Cells) ซึ่งมีลักษณะทางพันธุกรรมที่เหมือนกันทุกเซลล์ นอกจากนี้แต่ละเซลล์จะถูกใส่ไวรัสที่เหมือนกัน ไอพีเอสเซลล์รุ่นที่ 2 นี้ จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษากระบวนการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์เป็นครั้งแรกภายใต้สภาวะที่เป็นมาตรฐานเดียวกัน และยังช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเข้าใจถึงกระบวนการการพัฒนาและการเปลี่ยนแปลงจากรูปแบบ เดิมทางชีวเคมีของเซลล์ที่เจริญวัยเต็มที่แล้ว

ข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ยังไม่เพียงพอและยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ในปัจจุบัน นอกจากนี้นับเป็นระยะเวลา 10 ปีหลังจากการค้นพบเซลล์ต้นตอจากตัวอ่อนมนุษย์ที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงทำการทดลองหาวิธีการที่จะเปลี่ยนคุณสมบัติของเซลล์ต้นตอ จากตัวอ่อนหรือพลูริโพเทนท์สเต็มเซลล์ไปเป็นเนื้อเยื่อที่เจริญวัยเต็มที่แล้ว ปัญหาที่สำคัญคือพลูริโพเทนท์เซลล์ที่จะนำมาใช้ในการรักษาผู้ป่วยอาจกระตุ้นให้เกิดเนื้องอกที่เป็นอันตรายได้ และแม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะสามารถเปลี่ยนพลูริโพเทนท์เซลล์ไปเป็นเซลล์หัวใจได้อย่างรวดเร็วในห้องทดลอง แต่ยังไม่มีใครที่สามารถค้นพบวิธีการที่สมบูรณ์แบบในการนำเซลล์นั้นเข้าไปรวมกับเนื้อเยื่อเพื่อแทนที่หรือรักษาส่วนที่ปัญหาในร่างกาย อย่างไรก็ตามนักวิจัยก็ได้พัฒนาวิธีการต่างๆมากมายที่ก่อให้เกิดความก้าวหน้ามากกว่าที่ใครเคยคาดหวังหรือคาดคิดมาก่อน

(ที่มา : Science, December 19, 2008)