Gaminuniverse fto Gaminuniverse Gaminuniverse

Science & Technology NEws

Full S&T News

Science Event Update

Full Event Update

OSTC Announcement

Full OSTC Announcement
ข่าววันที่ 1 มิถุนายน 2554

 

Science & Technology News Jan 2011

S&T News June. 2011

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3–D Printers สร้างอวัยวะมนุษย์ขึ้นแทนที่

เครื่องมือดังกล่าวที่เรียกว่า 3-D Bioprinting โดยเป็นเครื่อง พิมพ์แบบ desktop ซึ่งเป็น
สามมิติสามารถพิมพ์ส่วนต่างๆ ของร่างกาย ขึ้นมาใหม่ แทนที่การพิมพ์ด้วยหมึกธรรมดา
บนกระดาษ เครื่องพิมพ์ จะเรียงซ้อนวัสดุที่มีชีวิตเพื่อสร้างเป็นรูปสามมิติได้ เทคโนโลยีนี้มี การพัฒนามากว่าสองทศวรรษแล้วเพื่อใช้สนับสนุนการทำงานของ หมอฟัน ช่างเพชร ช่างเครื่องกลและแม้แต่คนผลิตช็อคโกแลต ให้สามารถสร้างชิ้นส่วนโดยไม่ต้องสร้างแม่พิมพ์ (mold) แบบดั้งเดิม ที่เคยทำ ในช่วงต้นศตวรรษที่ 2000 นักวิทยาศาสตร์และแพทย์ได้ เห็นศักยภาพเทคโนโลยีนี้ ในการนำมาใช้สร้างเนื้อเยื่อที่มีชีวิต (living tissue) หรือแม้แต่อวัยวะของมนุษย์ และในห้องปฏิบัติการทั่วโลก ผู้เชี่ยวชาญด้านเคมี ชีวภาพ เภสัชและวิศวกรรม กำลังร่วมกันพัฒนา โดยตั้งเป้าหมายให้เครื่องมือนี้สามารถพิมพ์ ตับมนุษย์ ไตหรือหัวใจ ที่มีการทำงานถูกต้องโดยใช้เซลล์ของผู้ป่่วยเอง หากทำสำเร็จการ บริจาคอวัยวะที่ต้องคอยรอคิวกันนานจะกลายเป็นอดีตไป


Tony Atala, ผู้อำนวยการของ Wake Forest Institute for Regenerative Medicine ใน North Carolina มองว่า Dell Computer Model ซึ่งศัลยแพทย์ใช้งานโดยป้อนคำสั่งใส่ใน hard drive ต่อไปคงต้องกำหนดสเปคให้ใช้กับเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตมากกว่าเน้นเรื่องอิเล็กทรอนิกส์อย่างเดียว เพราะเทคโนโลยี Bioprinting ได้รับการ พัฒนามานาน จนสามารถสร้างอวัยวะที่ซับซ้อนได้แล้ว แต่นักวิทยาศาสตร์ยังคงใช้มันเพียงการพิมพ์ผิวหนังและหมอนรองกระดูกทำหน้าที่รองรับการกระแทก หรือ vertebral discs (เนื้อเยื่อบางๆ ที่เติบโต ในกระดูกสันหลังระหว่างข้อกระดูกสันหลัง) และนำมันมาใส่ในร่างกาย ของมนุษย์ แต่ไม่นานมานี้ เราไม่ต้องใช้อวัยวะมนุษย์จริงแล้ว เพียงแต่ พิมพ์อวัยวะต่างๆ มาใส่แทนที่ก็พร้อมสำหรับทดสอบในมนุษย์แล้ว Lawrence Bonassar, Cornell University กล่าวว่า ความเป็นไปได้ของเทคโนโลยีชนิดนี้ยังไม่มีขอบเขต และยังกล่าวว่ามนุษย์อาจต้องรอคอยการใช้หมอนรองกระดูกหรือไตของญาติพี่น้องมาเปลี่ยนแทน แต่ขณะนี้ยังไม่มีความพร้อมที่จะช่วยคนเหล่านั้น

ความเป็นจริงก็คือ การเปลี่ยนอวัยวะดังกล่าว เช่น หมอนรอง กระดูก (vertebral discs) และ
กระดูกหัวเข่าซึ่งเป็นกระดูกรองรับ นํ้าหนักค่อนข้างง่ายกว่าการสร้างอวัยวะที่ซับซ้อนที่ทำหน้าที่กรอง ของเสีย สูบฉีดโลหิต หรือรักษาร่างกายให้มีชีวิต ดังนั้นสิ่งที่เป็น ข้อท้าทายทางเทคนิคของ
นักวิทยาศาสตร์คือ การสร้างอวัยวะขึ้นด้วย ตัวมันเองโดยทำสำเนาในเครือข่ายเส้นเลือดของ
ตัวเองด้วยการให้อาหารและออกซิเจน นักวิศวกรรมเนื้อเยื่อเชื่อว่าวิธีการที่ดีที่สุดขณะนี้อาจ
เป็นการพิมพ์อวัยวะที่สามารถเชื่อมกับเส้นเลือดให้ได้มากที่สุดและสามารถให้เวลาการบ่ม
เพาะกับเซลล์ของเส้นเลือด เนื้อที่ และสภาพแวดล้อมซึ่งจะสร้างส่วนต่างๆ ที่เหลือได้เอง หลังจากนั้นอวัยวะก็จะถูกปลูกถ่ายได้ ภายหลังที่เซลล์ได้เข้าไป ทำหน้า
ที่ในร่างกายแล้ว ไม่ว่าจะเป็นส่วนที่เป็นเนื้อเยื่อหรือ ส่วนที่ถูกเปลี่ยน หรือเป็นเซลล์ต้นตอ
(stem cell) ในไขมันและ เนื้อเยื่อส่วนใน stem cell ของผู้บริจาคสามารถนำมาใช้ได้แต่ ถ้าจะให้ดี เซลล์ต่างๆ ควรนำมาจากผู้ป่่วยโดยตรง Rocky Tuan ผู้อำนวยการของ Center for Cellular and Molecular Engineering, University of Pittsburgh บอกว่า เซลล์ก็ทำหน้าที่ เหมือนวิศวกร ด้านเนื้อเยื่อ คนที่ทำหน้าที่ต่างๆ ก็คือ เชียร์ลีดเดอร์เท่านั้น เมื่อเราทำวิศวกรรมเนื้อเยื่อ เราก็เพียง กระตุ้นให้เซลล์ทำหน้าที่อย่างที่เคยเป็น หากเซลล์ทำหน้าที่ ถูกต้องอวัยวะต่างๆ ก็มีชีวิตและ เติบโตตามปกติปัญหาท้าทายอีกประการได้แก่ การขาดเงินสนับสนุน นักวิจัยกล่าวว่าหาก รัฐบาลริเริ่มโครงการอวัยวะของมนุษย์ และต้องการให้มีการสร้างไตใหม่ อาจทำได้ในสิบปีด้วยเครื่อง พิมพ์ bioprinter แบบ high-end ซึ่งต้องการพันธสัญญาจาก ประชาชน แหล่งทรัพยากร และเงินเป็นจำนวนพันล้านเหรียญฯ

Bioprinter ทำงานได้อย่างไร
Bioprinting หรืออาจกล่าวว่าเป็นกระบวนการสร้าง เนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิต ด้วย printer แบบ 3-D และยังไม่มี กระบวนการทำงานที่สมบูรณ์ กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ต่างใช้วิธีการ พัฒนาที่แตกต่างกันออกไป และหวังว่าเทคโนโลยีนี้จะใช้แทนที่ ลิ้นหัวใจ (valve) สำหรับเด็กที่เป็นโรคหัวใจ Bioprinting ทำงานในห้องแลบโดย:

1.ใช้ถ่ายภาพอวัยวะ (image)
MRI หรือ CT scan หรือ 3–D image สามารถแสดงมิติที่ชัดเจนของเนื้อเยื่อซึ่งจะนำมาเปลี่ยน ทำให้เนื้อเยื่อควรอยู่ในสภาวะเหมาะสมที่ศัลยแพทย์จะปลูก ถ่ายเนื้อเยื่อโดยไม่ต้องปรับแก้ไขมาก

 

 

2. ใช้สร้างพิมพ์เขียว (Blueprint)
ผู้ออกแบบซอฟท์แวร์จะพัฒนา file ที่มีรายละเอียด ที่สามารถบอก printer ว่า ที่ใดจะจัดวางประเภทของเซลล์ และวัสดุที่แตกต่างกัน เพื่อหลีกเลี่ยงการทำซํ้าและผิดพลาด ผู้เชี่ยวชาญอาจปรับ image ได้

 

 

3. ใช้สร้าง “หมึกพิมพ์
ในทางความคิด เซลล์ที่มีชีวิตจะเข้ากันได้กับวัสดุที่ เป็นมิตรกับเซลล์ เช่น คอลลาเจน ซึ่งจะช่วยเซลล์ให้เจริญ เติบโต ประเภทของเซลล์ขึ้นกับอวัยวะในร่างกายจะต้องการ เช่น เซลล์กล้ามเนื้อ เซลล์เส้นเลือด นักวิทยาศาสตร์สามารถ รวบรวมสิ่งที่ทำหน้าที่สนับสนุนการทำงานที่ถูกต้องของเซลล์ เช่น เนื้อเยื่อที่มีไฟเบอร์พอเพียงและสามารถเชื่อมต่อกับ กล้ามเนื้อได้ทันที

 

 

4. ต่อไปก็เป็นเรื่องของ printer และการ print
เครื่อง bioprinter เครื่องแรกเป็นเครื่อง desktop แบบ inkjet ปัจจุบันในห้องปฏิบัติการ หรือแลป (labs) บางแห่ง ใช้เครื่องจักรที่ออกแบบสำหรับ bioprinting โดยเฉพาะ และ มีราคาสูงถึง 300,000 เหรียญสหรัฐฯ แลปของมหาวิทยาลัย Cornell มีการใช้ printer แบบอเนกประสงค์ และปรับเพื่อใช้ กับระบบ bioprinting ได้ printer จะใส่วัสดุของเซลล์ที่มีชีวิต ในชั้นบางๆ ประมาณ ½ mm หรือน้อยกว่า ซึ่งอยู่ในรูปของ ของเหลวเหนียวข้นคล้ายยาสีฟัน

 

 

5. ทำให้แต่ละชั้นแข็งตัวด้วยแสง UV
โดยแต่ละชั้นเริ่มจากของเหลวแต่เนื้อเยื่อต้องหนาแน่น
และมีรูปทรงคงที่ ก่อนที่จะเรียงเป็นชั้น การผสมผสานและ การทำให้หนาแน่นเรียกว่า crosslinking ซึ่ง Butcher แลปใช้ แสง UV เพื่อทำให้เกิดการ crosslinking ส่วนที่อื่นใช้ ความร้อนหรือสารเคมี

 

 

6. การบ่มเพาะเนื้อเยื่อใหม่
นักวิทยาศาสตร์ตั้งความหวังไว้ว่าจะสามารถพิมพ์ ชิ้นส่วนที่จะใช้เปลี่ยนแทนที่ในร่างกายมนุษย์ได้โดยตรงให้ได้ สักวัน ปัจจุบัน ต้องใช้เวลาสองสามสัปดาห์เพื่อให้เนื้อเยื่อ แข็งแรงพอ โดยวิธีการบ่มเพาะที่เรียกว่า bioreactor ซึ่งสามารถ test drive เข้าไปในกระแสเลือดโดยผ่านลิ้นหัวใจ หรือการใช้วิธี ยืดระบบกล้ามเนื้อ หรือการส่งของเหลวผ่านไปสู่ตับ

 

ที่มาและรูปภาพ: the Washington Post, Tuesday, May 10, 2011