นาโนเทคโนโลยีซึ่งมีความไวและความแม่นยำสูงสามารถนำมาใช้ในการตรวจสอบสภาพการปลี่ยนแปลงของเซลล์ที่ผิดปกติในร่างกายแม้เพิ่งเริ่มเกิดขึ้น เช่น การพัฒนาแขนของกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Atomic force microscope; AFM) ที่เรียกว่า คานติลิเวอร์ส  (Cantilevers) สำหรับการตรวจสอบมะเร็งในระยะแรก โดยที่ปลายของ Cantilever สามารถดักจับโมเลกุลของสารที่พบบนเซลล์มะเร็ง เช่น สายดีเอ็นเอหรือโปรตีน เมื่อทำการสแกนด้วยปลายของ Cantilevers ผ่านเซลล์และพบโมเลกุลดังกล่าวจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าแรงตึงผิว เป็นผลให้เกิดการงอของ Cantilevers ซึ่งทำให้ทราบได้ว่าเซลล์ชนิดใดเป็นเซลล์มะเร็ง มีประโยชน์ต่อการการวินิจฉัยควบคู่ไปกับการรักษา  ตัวอย่างเช่น ศาสตราจารย์อรุน มาจัมดาร์ (Arun Majumdar) แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียแห่งเบิร์กเลย์ (University of California, Berkeley) ประเทศสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาเครื่องตรวจจับเซลล์มะเร็งต่อมลูกหมาก (Prostate cancer) ที่เรียกว่า Biochemooptomechanical (BioCOM) chip โดยที่ปลายทำจากซิลิคอนไนไตรด์  (Silicon nitride) และหุ้มด้วยส่วนของแอนติบอดีที่มีความเฉพาะเจาะจงสูงกับแอนติเจนบนเซลล์มะเร็ง (Prostate-specific antigens, PSAs) เมื่อเกิดการจับกันจะทำให้เกิดการงอของ Cantilever และการสะท้อน (Deflection) ของแสงเลเซอร์เปลี่ยนไป จากจุดนี้เองสามารถนำมาใช้ในการวินิจฉัยได้ว่าเนื้องอกที่ตรวจอยู่ในสภาวะใดของโรค 
 
         การตรวจวินิจฉัยมะเร็งยังสามารถทำได้ด้วยการตรวจการเปลี่ยนแปลงบนสายดีเอ็นเอที่ผิดปรกติซึ่งมีความเชื่อมโยงกับเนื้อร้ายที่เกิดขึ้น ได้มีแนวคิดในการพัฒนาให้สามารถทำการตรวจสอบได้ง่ายขึ้นโดยการใช้ท่อนาโน (nanotube) ที่มีขนาดเล็กกว่าเส้นผ่าศูนย์กลางของโมเลกุลดีเอ็นเอ โดยส่วนปลายของท่อนาโนจะทำหน้าที่เคลื่อนที่บนผิวดีเอ็นเอเพื่อตรวจสอบลักษณะภายนอก  และเมื่อพบบริเวณที่มีความผิดปรกติ (Mutated region) จะรายงานไปยังหน่วยประมวลผลเพื่อตรวจแยกแยะชนิดของยีนที่เปลี่ยนไปและอาจส่งผลต่อการเกิดโรคมะเร็งด้วยหลักการเดียวกันได้มีงานวิจัยเพื่อพัฒนาวัสดุนาโนในรูปแบบอื่น เช่น รูหรือช่องผ่านนาโน (nanopore) เพื่อนำมาใช้ในการควบคุมการผ่านของดีเอ็นเอของเนื้อเยื่อที่ต้องการตรวจสอบ โดยที่รูจะมีขนาดเล็กและยอมให้ดีเอ็นเอผ่านได้ครั้งละ 1 สาย จึงสามารถติดตามรูปร่างและค่าทางไฟฟ้าของแต่ละเบสในสายดีเอ็นเอได้ซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้เป็นค่าที่เฉพาะตัวทำให้มีประโยชน์ในการแยกแยะลำดับเบสของดีเอ็นเอที่มีความผิดปรกติและอาจก่อให้เกิดมะเร็งได้ 
  
         นอกจากนี้ได้มีความพยายามในการวินิจฉัยสัญญาณผิดปรกติจากดีเอ็นเอหรือเนื้อเยื่อของมะเร็งที่เกิดขึ้นโดยไม่จำเป็นต้องมีการนำชิ้นส่วนเนื้อเยื่อนั้นๆออกจากร่างกาย ด้วยการใช้ควอนตัมดอท (Quantum dot) ซึ่งเป็นโมเลกุลคริสตัลในระดับนาโนเมตรของสารกึ่งตัวนำ ที่สามารถเกิดการเปล่งแสงได้เมื่อมีการกระตุ้นด้วยรังสีอุลตราไวโอเลต โดยที่ความยาวคลื่นหรือสีที่เกิดขึ้นจะขึ้นอยู่กับขนาดของผลึกคริสตัล สามารถนำมาประยุกต์ใช้ในการรักษาด้วยการติดสารแอนติบอดี  ทำให้ควอนตัมดอทเหล่านี้มีความเฉพาะเจาะจงกับแอนติเจนบนผิวเซลล์มะเร็ง หรือกับดีเอ็นเอที่เกี่ยวข้องกับการเกิดโรคที่ต้องการทดสอบได้ โดยเมื่อถูกกระตุ้นด้วยรังสีอุลตราไวโอเลทจากภายนอกร่างกายจะทำให้เกิดการเปล่งแสงจากควอนตัมดอทนี้ ทำให้แพทย์สามารถทราบตำแหน่งของเนื้อเยื่อที่เกิดโรคได 
         นอกเหนือจากการเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจสอบเซลล์มะเร็งแล้ว นาโนเทคโนโลยีสามารถนำมาใช้ในการรักษาได้เช่นกัน ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์พยายามคิดค้นหาวิธีที่สามารถเป็นไปได้ในการเตรียมอนุภาคนาโน (Nanoparticles) ที่ภายในบรรจุสารเพื่อการรักษาซึ่งเมื่อนำเข้าสู่ร่างกายของผู้ป่วยโดยการฉีดเข้าเส้นเลือดสามารถใช้ในการค้นหาตำแหน่งของเซลล์มะเร็งและเมื่อพบตำแหน่งของเนื้อร้าย อนุภาคนาโนจะสามารถทำการรักษาหรือเป็นตัวบอกตำแหน่งของเซลล์ได้ 

พัฒนาเทคโนโลยีนาโนเพื่อนำส่งยาเข้าสู่ระบบร่างกายมนุษย์

         ดร.จอห์น ฮาเซิล (Dr. John D. Hazle) จากคณะฟิสิกส์เชิงภาพเสมือน (Department of Imaging Physics) จาก สถาบันมะเร็งเอ็มดี แอนเดอร์สัน (M. D. Anderson Cancer Institute) กับคณะทำงานของ ดร. นาโอมิ ฮาลาส (Dr. Naomi Halas) และดร.เจนนิเฟอร์ เวสต์ (Dr. Jennifer West แห่ง) มหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice  University) ประเทศสหรัฐอเมริกา เริ่มพัฒนากระบวนการเตรียมอนุภาคนาโนขนาดเล็ก ที่เรียกว่า เปลือกนาโน (Nanoshells) มาตั้งแต่ปี 2540  โดยที่เปลือกนาโนนี้จะทำหน้าที่เหมือนเปลือกนอกของยาแคปซูลที่เราพบเห็นโดยทั่วไป ภายในสามารถบรรจุตัวยาหรือแอนติบอดีได้ โดยที่อนุภาคภายในประกอบด้วยแกนที่ทำจากซิลิกาและมีเปลือกทำจากทอง การที่มีทองเป็นส่วนประกอบมีข้อดีคือ มีความเป็นพิษต่ำ ทำให้เปลือกนาโนสามารถนำความร้อนได้ดี ไวต่อการกระตุ้นด้วยแสงอินฟราเรดซึ่งใช้ในการรักษาโรคมะเร็งได้ดี และไม่มีผลกระตุ้นการกำจัดเปลือกนาโนออกจากร่างกายด้วยระบบภูมิคุ้มกัน ทีมนักวิจัยทำการศึกษาโดยการเปลี่ยนขนาดของแกนซิลิกาและความหนาของเปลือกทองที่เคลือบเพื่อใช้ในการควบคุมการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นต่างๆ 

         เป้าหมายในการนำเปลือกนาโนมาใช้ในการรักษามะเร็ง คือการนำเข้าสู่กระแสเลือดเพื่อเดินทางไปสู่เซลล์มะเร็งเป้าหมายด้วยตัวนำที่ติดอยู่ที่เปลือก เมื่อไปถึงเป้าหมาย แพทย์จะทำการฉายแสงอินฟราเรด ซึ่งแสงจะไปกระตุ้นให้เปลือกนาโนดูดกลืนแสงและเปลี่ยนรูปไปเป็นความร้อน ทำให้เซลล์มะเร็งมีอุณหภูมิที่สูงขึ้นจนถึง 55 องศาเซลเซียสและร้อนจนเกิดการแตกออกในที่สุด ซึ่งสามารถแสดงให้เห็นขนาด รูปร่างและตำแหน่งของเซลล์มะเร็งนั้นได้ นอกจากนี้หากบรรจุตัวยาไว้ภายในด้วย เมื่อเปลือกนาโนได้รับการกระตุ้นจากแสงอินฟราเรด จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างบนเปลือกและขับยาออกสู่เซลล์มะเร็งรอบๆ ได้ ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์ได้ทดลองใช้เปลือกนาโนในผู้ป่วยมะเร็งเต้านมและในหนูทดลอง พบว่าประสบความสำเร็จในระดับที่น่าพอใจ ข้อดีของเปลือกนาโนที่เหนือกว่าการใช้เคมีบำบัดคือ มีความเฉพาะเจาะจงต่อเซลล์มะเร็งมากกว่า นอกจากนี้การใส่ตัวพาบนผิวเปลือกทำให้ไม่เกิดการทำลายเซลล์ปรกติข้างเคียง ซึ่งหากใช้เคมีบำบัดแล้วจะทำลายทั้งเซลล์มะเร็งและเซลล์ปรกติ ส่งผลให้ผู้ป่วยได้รับผลจากอาการข้างเคียง คือ อ่อนเพลียและผมร่วง จะเห็นได้ว่าเปลือกนาโนเป็นอีกแนวทางที่น่าสนใจ
  
         ได้มีแนวความคิดในการพัฒนาระบบนำส่งยาเพื่อการทำเคมีบำบัดโดยการใช้คาร์บอน 60 อะตอม (C60) ในรูปแบบทรงกลมหรือที่รู้จักกันดีว่าบัคกี้บอล (buckyball) ซึ่งเป็นโมเลกุลที่นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกกำลังศึกษาวิจัยเพื่อหาคุณสมบัติหรือประโยชน์ในการนำมาใช้ โดยกลุ่มนักวิจัยของศาสตราจารย์ ไมเคิล โรเซ็นบลูม (Michael G. Rosenblum) แห่งภาควิชาชีววิทยาภูมิคุ้มกัน (Bioimmunotherapy) แห่งสถาบันมะเร็งแอนเดอร์สัน (Anderson Cancer Center) ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ทำการเตรียมอนุภาคนาโนจากบัคกี้บอลและทำการติดยาสำหรับการรักษาโรคที่ผิวของบัคกี้บอลหรือเก็บกักสารกัมมันตรังสีเช่นเรดอน (Radon) และแอกติเนียม-225 (Actinium-225) ไว้ภายในบัคกี้บอลร่วมกับการติดตัวพาคือ แอนติบอดีที่เฉพาะเจาะจงกับเซลล์มะเร็งเป้าหมาย ซึ่งผลพบว่าสารกัมมันตรังสีจะไม่ออกมาภายนอกจนกว่าถึงเซลล์เป้าหมาย
  
         นอกเหนือจากการนำส่งยารักษามะเร็งในรูปแบบอนุภาคนาโน (Nanoparticles) ได้มีการนำเอาโพลิเมอร์เดนดริเมอร์ (dendrimer) ที่มีคุณสมบัติเด่นเหนือโพลิเมอร์ทั่วไปด้วยขนาด 1-10 นาโนเมตร รูปร่างที่เป็นสาขา (พื้นที่ผิวบนโมเลกุลสูง) และมีขนาดโมเลกุลที่แน่นอน มาใช้เพื่อนำส่งยาในการรักษามะเร็งได้ โดยกลุ่มนักวิจัยของศาสตราจารย์ เจมส์ เบเกอร์ (James Bager) แห่งมหาวิทยาลัยมิชิแกน (Michigan University) ได้พัฒนาระบบนำส่งวัสดุฉลาดที่ประกอบด้วยเดนดริเมอร์ เรียกระบบนี้ว่าเทคโทรเดนดริเมอร์ (Tectrodendrimer) ประกอบด้วยเดนดริเมอร์ 5 ชิ้น ที่ล้อมรอบแกนกลางที่บรรจุยา  เทคโทรเดนดริเมอร์สามารถบอกตำแหน่งเซลล์มะเร็งป้าหมาย วินิจฉัยระยะของโรคมะเร็ง นำส่งยาในการรักษา บอกตำแหน่งของระบบนำส่ง และรายงานผลการรักษา ซึ่งปัจจุบันกำลังอยู่ในช่วงการพัฒนาและสังเคราะห์ส่วนประกอบแต่ละชิ้น เพื่อนำมาประกอบกันเป็น เทคโทรเดนดริเมอร์ ซึ่งยังต้องรอผลการวิจัยในห้องปฏิบัติการ และผลทดสอบทางคลินิกต่อไป
  
         บริษัททางเทคโนโลยีชีวภาพ ไซวิดา (pSivida) ได้พัฒนาอุปกรณ์ระดับนาโนเพื่อใช้ในการขนส่งยาไปสู่ตำแหน่งที่มีมะเร็งโดยตรง ด้วยอุปกรณ์จิ๋วมีชื่อว่า เบรคีซิล (BrachySil) ซึ่งมีส่วนประกอบหลักเป็นซิลิกอนที่มีลักษณะเป็นรูพรุน มีกระแสไฟฟ้า และปรับตัวได้ เนื่องจากคุณสมบัติสารกึ่งตัวนำ (Semi conductor) ของซิลิกอนทำให้มีกระแสไฟฟ้าในตัวเองและทำให้สามารถควบคุมอัตราการสลายตัวได้ของอนุภาคและปริมาณยาที่ถูกปล่อยออกมาตามที่ต้องการได้ อนุภาคนาโนนี้สร้างขึ้นจากการอัดฟอสฟอรัสลงไปในรูพรุนของซิลิกอน จากนั้นก็กระตุ้นให้เกิดเป็นสารรังสีไอโซโทป P-32 เพื่อทำลายมะเร็ง โดยที่อนุภาคนี้มีครึ่งชีวิตถึง 14 วัน ซึ่งนานกว่ากัมมันตรังสีที่ใช้ทั่วไปในปัจจุบันที่มีค่าครึ่งชีวิตเพียง 60 ชั่วโมง ด้วยลักษณะเป็นรูพรุนของซิลิกอน ในรูขนาดประมาณ 10 อะตอมเหล่านี้สามารถบรรจุ ยา โปรตีน ยีน วัคซีน หรือสารที่ใช้ในการรักษาอื่นๆได้ นอกจากนี้ยังสามารถย่อยสลายได้ตามธรรมชาติโดยการละลายอยู่ในร่างกายในรูปของกรดซิลิซิก (Silicic acid) ซึ่งเป็นกรดที่พบได้ตามธรรมชาติและไม่เป็นอันตราย จากผลการทดสอบในเนื้องอกที่ตับของหนูทดลองและคนพบว่าอนุภาคนาโนมีความคงตัวอยู่ในตับได้ดี และแทบจะไม่มีสารรังสีหลุดออกมาในกระแสเลือดหรือเนื้อเยื่อปกติรอบๆ และเนื้อร้ายก็ถูกทำลายในระดับที่น่าพอใจ ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์มีศักยภาพที่จะผลิตอนุภาคนาโนชนิดนี้ออกสู่ตลาดเพื่อนำมาใช้ในมะเร็งแบบอื่นๆ ได้ ทั้งมะเร็งสมอง หรือมะเร็งตับอ่อนเป็นต้น

พัฒนาอนุภาคนาโนเพื่อรักษามะเร็งสมอง

         ดร. มิกิน ซาง (Dr. Miqin Zhang) นักวัสดุศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยวอชิงตันแห่งซีแอตเติล  ได้พัฒนาอนุภาคนาโนสำหรับการวินิจฉัยและรักษาโรคมะเร็งที่สมอง โดยเรียกอนุภาคว่า อนุภาคนาโนแม่เหล็กที่ชาญฉลาด (Smart superparamagnetic nanoparticle) ที่มีขนาดเล็กเพียงแค่ 20 นาโนเมตร ซึ่งประกอบด้วย เหล็กออกไซด์และตัวยารักษามะเร็ง อนุภาคนาโนชนิดนี้สามารถเคลื่อนที่ได้ด้วยคลื่นแม่เหล็กในกระแสเลือดและมุ่งตรงไปยังเซลล์มะเร็งเป้าหมายได้ด้วยการติดตัวพาไว้  เนื่องจากขนาดของอนุภาคนาโนที่มีขนาดเล็กมากทำให้สามารถแทรกผ่านเนื้อเยื่อและเยื่อหุ้มในสมองไปสู่เซลล์มะเร็งได้ง่ายขึ้น เกิดการปลดปล่อยยาเมทโทรเทรเซต ( Methotrexate) สำหรับการรักษาพร้อมกับส่งสัญญาณกลับมา ทำให้ทราบตำแหน่งของเซลล์มะเร็งได้อย่างชัดเจนและมีข้อดีคือสามารถวินิจฉัยโรคในระยะแรกๆ ได้ ซึ่งยารักษามะเร็งส่วนใหญ่ไม่สามารถผ่านเยื่อกั้นเหล่านี้ได้
นอกเหนือจากการค้นคว้าในห้องทดลองแล้ว ปัจจุบันบริษัทยา 2 แห่งในสหรัฐอเมริกายังได้ให้ความสนใจและได้นำนาโนเทคโนโลยีมาใช้ในการรักษามะเร็งเช่นกัน คือบริษัทไตรตอน ไบโอซิสเต็ม (Triton BioSystems Inc.) ใน และนาโนสเปกตรา ไบโอไซน์ (Nanospectra Biosciences Inc.)  ในสหรัฐอเมริกา โดยบริษัท Triton BioSystems ใช้อนุภาคนาโนที่เตรียมจากเหล็กและแอนติบอดีเชื่อมต่อกับตัวส่งสัญญาณชีวภาพ (Bioprobes) ขนาด 40 นาโนเมตร เมื่อนำส่งเข้าสู่ร่างกายแอนติบอดีที่อนุภาคจะพาไปสู่เซลล์มะเร็งและจับอยู่รอบๆ เยื่อหุ้มของเซลล์ เมื่อเซลล์มะเร็งถูกห่อหุ้มด้วยตัวส่งสัญญาณชีวภาพจะเกิดการเหนี่ยวนำพลังงานแม่เหล็กรอบๆบริเวณนั้นทำให้อนุภาคเหล็กเกิดความร้อนขึ้นจนถึง 170 องศาและทำให้เซลล์มะเร็งตายในที่สุด อย่างไรก็ดีในขณะนี้อยู่ในช่วงของการศึกษาและทำการทดลองในสัตว์ คาดว่าต้องอาศัยระยะเวลาไม่ต่ำกว่า 2 ปี จึงจะสามารถมาใช้กับมนุษย์ได้จริง

         จะเห็นได้ว่านาโนเทคโนโลยีเป็นแนวทางหนึ่งที่มีความสำคัญต่อการวินิจฉัยและรักษาโรคมะร็ง ประโยชน์ที่เกิดขึ้นจะมากน้องเพียงใดนั้น ก็อยู่ที่การนำความรู้และความเข้าใจในหลายศาสตร์ อาทิ วิศวกรรม การแพทย์ เภสัชกรรม ชีววิทยา เทคโนโลยีชีวภาพ  ภูมิคุ้มกันวิทยา รวมถึงวัสดุศาสตร์มาใช้ควบคู่กันเพื่อให้เกิดเป็นการพัฒนาวัสดุ เครื่องมือ และระบบนำส่งที่มีประสิทธิภาพที่สุด

 

หัวข้อที่เกี่ยวข้อง: การรักษาโรคมะเร็ง

แหล่งข้อมูลอ้างอิง
1. http://www.coe.berkeley.edu/labnotes/0502/majumdar.html
2. http://press2.nci.nih.gov/nanotech/nano12.htm
3.http://www.smalltimes.com/document_display.cfm?document_id=5867
4. http://www2.mdanderson.org/depts/oncolog/articles/03/7-8-julaug/7-8-03-1.html
5. http://nano.med.umich.edu/
6. http://nanotech-now.com/2003-Awards/Best-Discoveries-2003.htm
7. http://cancerweb.ncl.ac.uk/cancernet/400388.html
8. http://www.technologyreview.com//articles/04/04/wo_harney043004.asp
9. http://www.nano.gov/
10. http://news.bbc.co.uk/go/pr/fr/-/2/hi/science/nature/3812987.stm
11. http://www.sciscoop.com/story/2004/6/18/113834/143
12. Advanced Drug delivery reviews, 2004, Nanoparticle and targeted systems for cancer therapy, Volume 56, Issue 11, 1649-1659