445 วิทย์คิดไม่ถึง สมองจำลองเปลี่ยนโลก

มีอวัยวะบางอย่างของร่างกายที่ศึกษายากเย็น สำหรับบางโรคแล้วแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะศึกษากับร่างกายคนจริง ๆ เพราะหมิ่นเหม่จะผิดจริยธรรม ที่เด่นชัดมาก ๆ อวัยวะหนึ่งคือสมอง

ลองนึกภาพว่าจะศึกษาสาเหตุและวิธีรักษาโรคสมองเสื่อมหรืออัลไซเมอร์ในคนจริง ๆ อย่างไร ถือเป็นเรื่องไม่ง่ายเลยจะดีแค่ไหนถ้ามีสมอง “นอกร่างกาย” ลักษณะใกล้เคียงกับสมองจริง ๆ ของเรา ที่นำมาใช้ทดลองเพื่อตรวจสอบและพิสูจน์สมมุติฐานต่าง ๆ ได้อย่างรวดเร็ว สะดวกสบาย และไม่ผิดจริยธรรม

เรื่องนี้เคยเป็นแค่ความฝัน แต่ถึงวันนี้ฝันกลายเป็นจริงแล้วในการศึกษาสมองบางแง่มุม

ข้อเท็จจริงเรื่องหนึ่งเวลานำเซลล์หรือเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของมนุษย์มาพยายามเพาะเลี้ยงให้อยู่ได้นาน ๆ และเพิ่มจำนวน รวมถึงพัฒนาจนกลายเป็นอวัยวะ สิ่งที่มักเกิดขึ้นก็คือมันมักจะตายในไม่ช้าหรือไม่ก็กลายเป็นเซลล์หรือเนื้อเยื่ออยู่อย่างนั้น ไม่กลายไปเป็นอวัยวะ

ใน ๒-๓ ทศวรรษที่ผ่านมามีความก้าวหน้าอย่างมากในเรื่องนี้ มีศาสตร์ที่มีชื่อเรียกหลายชื่อ แต่ที่แพร่หลายที่สุดคือวิศวกรรมเนื้อเยื่อ (tissue engineering) และชีววิศวกรรม (bioengineering) มุ่งศึกษาสภาวะเหมาะสมที่ใช้สร้างเนื้อเยื่อหรืออวัยวะขึ้นใหม่ “ภายนอก” ร่างกาย

มีการเพาะเลี้ยงเซลล์ ซึ่งก็มักจะตั้งต้นจากสเต็มเซลล์ จนในที่สุดกลายรูปร่างเป็นอวัยวะขนาดจิ๋ว ๆ เรียกเป็นศัพท์เทคนิคว่าเกิดเป็นออร์แกนอยด์ (organoid)

คำว่า organ ก็คืออวัยวะ คำว่า “ออร์แกนอยด์” จึงหมายถึง “อวัยวะจิ๋ว ๆ” บางครั้งยอดเยี่ยมมากขนาดทำอวัยวะจริง ๆ ขึ้นได้ในห้องแล็บด้วยซ้ำไป เช่นกรณีของผิวหนังเทียมและกระเพาะปัสสาวะเทียม

ที่น่าสนใจคือ สมองที่เป็นอวัยวะซับซ้อนมากที่สุดอวัยวะหนึ่งของร่างกายก็เพาะเลี้ยงแบบนี้ได้เช่นกัน เรียกว่าเบรนออร์แกนอยด์ (brain organoid) หรือ ซีบรัลออร์แกนอยด์ (cerebral organoid)

เรื่องแบบนี้ไม่ได้ทำเพื่อตอบสนองความอยากรู้อยากเห็นของนักวิทยาศาสตร์แค่นั้น แต่ชัดเจนว่ามีประโยชน์ เพราะอาจใช้เป็นแบบจำลองในการศึกษาโรคต่าง ๆ ได้อย่างสะดวกง่ายดายมากขึ้น

สมองในกะโหลกของเรานั้นประกอบด้วยเซลล์หลายชนิดที่เรียงตัวสอดประสานกันสลับซับซ้อนมาก แต่ “สมองเทียม” จิ๋ว ๆ ที่สร้างขึ้นมักมีเซลล์น้อยชนิดและหนาเพียงไม่กี่ชั้นเซลล์ เพราะเซลล์ที่อยู่ด้านในยากจะได้รับสารอาหารและออกซิเจนอย่างเหมาะสม จึงมักจะตายในที่สุด

ในอดีตความก้าวหน้าของความรู้ความเข้าใจเรื่องสมองมักเกิดจากความบังเอิญหรือโชคชะตา เช่น เกิดจากการศึกษาผู้ที่ได้รับอุบัติเหตุหรือเจ็บป่วยจนสมองมีรูปร่างและทำหน้าที่ผิดปรกติ ทำให้เราค่อย ๆ เข้าใจสมองทีละส่วน ๆ สะสมเรื่อยมา

แต่สำหรับกรณีของออร์แกนอยด์นั้น นักวิทยาศาสตร์จงใจสร้างขึ้น โดยนำสเต็มเซลล์มาเลี้ยงในอุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่าชีวปฏิกรณ์ (bioreactor) ซึ่งอาจนึกภาพคล้ายกับถังน้ำดื่มที่ใส่สารอาหารและสารอื่น ๆ เข้าไป หรือถ่ายเทออกมาได้ตามต้องการ อีกทั้งเครื่องที่ว่ายังมักเคลื่อนไหวหมุนไปมาได้ เพื่อให้สารต่าง ๆ เข้าถึงเซลล์สมองอย่างทั่วถึงตลอดเวลา

ในห้องแล็บ หลังจากนำสเต็มเซลล์เข้าไปเลี้ยงและใส่สารเคมีที่กระตุ้นอย่างเหมาะสม ราว ๑๐ วัน เซลล์ก็จะเปลี่ยนเป็นเซลล์ประสาท (neuron) ได้ และหลังจากผ่านไป ๓๐ วัน ก็จะเกิดเป็นโครงสร้างแบบสมองขึ้น แต่ยังมีขนาดจิ๋ว คือเส้นผ่านศูนย์กลางราว ๔ มิลลิเมตร หรือเท่ากับยางลบปลายดินสอเท่านั้น

สมองจิ๋วจะมีอายุต่อไปได้อีกราว ๆ ๑ ปี และสามารถนำมาใช้ในการทดลองต่าง ๆ ได้

แน่นอนว่าคงต้องมีคนสงสัยว่าทำไมมันถึงไม่ใหญ่กว่านั้น หรือทำไมไม่โตขึ้นเรื่อย ๆ จนขนาดเท่าสมองจริง ๆ ของคนเรา

คำตอบก็คือ เพราะสมองจิ๋วที่เพาะเลี้ยงไม่มี “หลอดเลือด” นี่เองที่เป็นข้อจำกัดหลัก ๆ ว่าทำไมสมองจึงยังคง จิ๋ว ๆ อยู่เช่นนั้น

แต่นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามอย่างเต็มกำลัง ไม่แน่ว่าอาจจะแก้ไขปัญหานี้ได้ในไม่ช้า

เซลล์ของสมองจิ๋วมีโครงสร้างคล้ายเซลล์ประสาทในส่วนเปลือกสมอง ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าพวกมันรับส่งกระแสไฟฟ้าได้ ยิ่งไปกว่านั้นยังมีการทดลองที่ชี้ให้เห็นว่า มันพัฒนาเป็นเซลล์ส่วนที่ไวแสงแบบเดียวกับเซลล์สมองที่เชื่อมต่อกับส่วนรับแสงของตาจริง ๆ ได้อีกด้วย

นอกจากนี้ยังมีการตรวจสอบการทำงานของยีนจำเพาะบางอย่างที่ทำงานเฉพาะในสมอง ซึ่งก็พบว่าใช้การได้จริง ๆ ในสมองจิ๋วพวกนี้มีการสร้างโปรตีนหลายอย่างที่พบได้ก็แต่ในเซลล์สมองเท่านั้น

สมองจิ๋วแบบนี้มีประโยชน์มาก นอกจากใช้ทดลองเพื่อพิสูจน์สมมุติฐานต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์แล้ว ยังมีการทดลองที่พิสูจน์ให้เห็นการประยุกต์ใช้ประโยชน์อย่างกว้างขวางและเพิ่มมากขึ้นเรื่อย ๆ ยกตัวอย่าง มีการสร้างสมองจิ๋วจากสเต็มเซลล์ของคน จากนั้นนำไปฉีดใส่สมองของหนูในบริเวณที่เสียหาย ปรากฏว่าเซลล์ที่นำไปจากสมองจิ๋วสามารถสร้างเซลล์สมองใหม่และเชื่อมต่อเข้ากับระบบหลอดเลือดเดิมของหนูได้ อีกทั้งไม่เกิดการต่อต้านจากระบบภูมิคุ้มกันของหนูด้วย !

อย่างไรก็ตามในบางกรณีต้องปรับเปลี่ยนสารพันธุกรรมเล็กน้อยเพื่อให้ได้ผลดังกล่าว

ผลการทดลองแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ที่จะฉีดเซลล์หรือเนื้อเยื่อสมองเข้าไป เพื่อรักษาสมองส่วนที่ได้รับความเสียหายจากอุบัติเหตุของผู้ป่วยได้

ประโยชน์อย่างกว้างขวางอีกเรื่องก็คือการใช้ทดสอบยา

สมองจิ๋วเพาะเลี้ยงแบบนี้เหมาะมากที่จะใช้ทดสอบยา และเป็นวิธีการเบื้องต้นที่ใช้ค้นหายาที่มีประสิทธิภาพดีและปลอดภัยสูง

การใช้ศึกษาหรือทดสอบโรคสมองแบบต่าง ๆ ก็น่าสนใจ

มีโรคหลายชนิดที่นำสมองจิ๋วไปใช้เป็น “แบบจำลอง” เพื่อศึกษาอาการของโรคหรือวิธีการรักษา เช่น โรคที่เกิดจากไวรัสซิกา (Zika virus) ถ้ายังจำกันได้

มีการระบาดอยู่ช่วงหนึ่งและทำให้คุณแม่ที่ตั้งท้องอยู่คลอดลูกที่มีขนาดสมองเล็กผิดปรกติมีการทดลองเอาไวรัสซิกาไปใส่ในสมองจิ๋ว ซึ่งก็พบว่าสมองเพาะเลี้ยงมีขนาดเล็กกว่าปรกติเช่นกัน นอกจากนี้ยังค้นพบด้วยว่าไวรัสไปลดจำนวนเซลล์สมองที่ทำหน้าที่แบ่งตัวเพิ่มจำนวน และทำให้เซลล์ที่ติดเชื้อไวรัสเข้าวงจรทำลายตัวเองจนตาย

นอกจากโรคสมองเล็กจากไวรัสซิกาแล้ว ยังมีการศึกษาอาการสมองเล็กกว่าปรกติทั่ว ๆ ไปจากสาเหตุอื่นด้วย ซึ่งทำในหนูทดลองไม่ได้ เพราะบางสาเหตุที่ส่งผลในคนไม่ส่งผลกระทบกับหนู

โคเคนเป็นสารเสพติดที่ทราบกันแล้วว่าทำให้หญิงตั้งครรภ์คลอดลูกที่มีรูปร่างผิดปรกติได้ การศึกษาในสมองจิ๋วแสดงให้เห็นว่าโคเคนไปขัดขวางการทำงานของเอนไซม์หลายชนิด

นอกจากโรคต่าง ๆ ที่เล่าแล้ว ยังมีการนำสมองจิ๋วมาใช้ศึกษาโรคอัลไซเมอร์ โรคออทิซึม และโรคอื่น ๆ อีกหลายโรค

แต่การใช้งานสมองจิ๋วก็มีข้อจำกัดเช่นกัน กว่าจะได้ออร์แกนอยด์มาต้องใช้เวลาเพาะเลี้ยงหลายเดือนทีเดียว วิธีการวิเคราะห์ก็ยังยุ่งยากและกินเวลามากอยู่ รวมถึงสมองจิ๋วพวกนี้ยังขาดส่วนจำเพาะของสมองบางอย่าง ทำให้อาจได้ผลไม่เหมือนในสมองจริง ๆ เสียทีเดียวนัก

นอกจากนี้ยังต้องระวังเรื่องความแปรผันของสมองแต่ละก้อนที่เพาะเลี้ยงและใช้ในการทดลองว่า อาจมีความแตกต่างเล็ก ๆ น้อย ๆ อยู่เช่นกัน

แต่ข้อจำกัดใหญ่สุดน่าจะเป็นเรื่องจริยธรรม

เราจะรู้ได้อย่างไรว่าสมองจิ๋วเหล่านี้ไม่เกิดการรับรู้ เกิดความรู้สึกเจ็บปวด ฯลฯ ซึ่งยากทั้งการพิสูจน์ว่าใช่และไม่ใช่

สิ่งที่เรารู้แน่ๆ คือ สมองแบบนี้จะเป็นเครื่องมือที่นำมาใช้ในการศึกษาสมองอย่างกว้างขวางมากขึ้น จะมีวิธีการเพาะเลี้ยงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และเราจะเข้าใจสมองจริงๆ ผ่านการศึกษา “สมองจำลอง” มากขึ้นในอนาคตอย่างแน่นอน