ซินโครตรอน ติดตามคุณภาพเซลล์มะเร็งผิวหนังในรูปแบบสามมิติ

มะเร็งผิวหนังชนิดเมลาโนมา (malignant melanoma) ซึ่งเป็นมะเร็งที่มีลักษณะความผิดปกติทางพันธุกรรมที่ซับซ้อน มีอุบัติการณ์การตายสูงเมื่อเปรียบเทียบกับมะเร็งผิวหนังชนิดอื่น ปัจจุบันการเพาะเลี้ยงเซลล์เพื่อการวิจัยและพัฒนายาสำหรับผู้ป่วยมะเร็งส่วนใหญ่จะเพาะเลี้ยงเซลล์ในรูปแบบสองมิติ (adherent cell model) ที่เซลล์จะเกาะติดกับภาชนะหนึ่งด้าน ส่วนอีกหนึ่งด้านจะสัมผัสกับอาหารเลี้ยงเซลล์ ทว่ารูปแบบเซลล์ดังกล่าวไม่สะท้อนถึงการจัดเรียงตัวตามธรรมชาติและไม่ตรงกับพยาธิสภาพของเซลล์มะเร็งในร่างกาย ดังนั้นการเพาะเลี้ยงเซลล์สามมิติ (three dimensional cell culture) จากเซลล์มะเร็งผิวหนังชนิดเมลาโนมา จึงถูกพัฒนาขึ้นเพื่อให้ได้รูปแบบเซลล์ที่มีความสอดคล้องกับสรีรวิทยาและพยาธิสภาพของโรคโดยเฉพาะมากกว่ารูปแบบเซลล์สองมิติ รูปแบบเซลล์สามมิติจะมีสภาพการกระจายตัว (cell distribution) อันตรกิริยาระหว่างเซลล์ (cell to cell interaction) ที่สอดคล้องกับสรีรวิทยาและพยาธิสภาพของโรคมะเร็ง (tumor physiology) ที่เซลล์มะเร็งมักจะจับกลุ่มเป็นก้อนอยู่ภายในชั้นเนื้อเยื่อมากกว่าการเติบโตเป็นชั้นเดียว (monolayer) และมีรูปแบบการได้รับอาหารเลี้ยงเชื้อต่างจากแบบสองมิติ (รูปที่ 1) อย่างไรก็ตามการเพาะเลี้ยงเซลล์สามมิติยังมีข้อจำกัดบางส่วน เช่น ความไม่แม่นยำของโมเดลในการเตรียมแต่ละครั้ง อาทิ อาจเกิดความแปรปรวนของลักษณะกายภาพ ลักษณะสัณฐานวิทยาของเซลล์ และองค์ประกอบภายในเซลล์ ซึ่งเปลี่ยนแปลงตามขนาดและรูปร่างของเซลล์รูปแบบสามมิติที่สร้างได้แต่ละครั้ง

ทีมวิจัยโดย รศ. ดร. นาถธิดา วีระปรียากูร และ นายธราพงษ์ ศรีสงคราม. นักศึกษาระดับปริญญาเอกจากหลักสูตรวิจัยและพัฒนาเภสัชภัณฑ์ สาขาวิชาเภสัชเคมี คณะเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยขอนแก่น โดยความร่วมมือกับดร.กาญจนา ธรรมนู ผู้จัดการระบบลำเลียงแสง 4.1 IR Microspectroscopy สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ได้มุ่งเป้าในการนำเทคนิค Synchrotron IR microspectroscopy มาใช้ตรวจสอบ ติดตามคุณภาพของเซลล์รูปแบบสามมิติที่เตรียมขึ้น เพื่อใช้เป็นแบบจำลองสำหรับการวิจัยและพัฒนาทางคลินิก โดยเทคนิคดังกล่าวมีข้อดี คือ มีศักยภาพสูงในการติดตามการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ สามารถลดเวลาการเตรียมตัวอย่าง และลดค่าใช้จ่ายในการวัดตัวอย่างแต่ละครั้งเมื่อเทียบกับเทคนิคอื่น เช่น เทคนิคการวัดปริมาณการแสดงออกของยีน (gene expression) ดังนั้นการนำเทคนิค SR-microFTIR มาวิเคราะห์ตรวจสอบคุณภาพของเซลล์สามมิติ จึงนำไปสู่ข้อมูลที่เป็นองค์ความรู้ใหม่และสามารถนำไปประยุกต์ใช้สำหรับงานวิจัยและการทดสอบทางคลินิกได้มากขึ้น จากการทดลองพบว่าการดูดกลืนแสงของเซลล์มะเร็งชนิดเมลาโนมารูปแบบสองมิติและสามมิติ มีค่าการดูดกลืนแสง FTIR ที่แตกต่างกัน โดยเซลล์ชนิดสามมิติมีปริมาณของไขมันและกรดนิวคลีอิกลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์รูปแบบสองมิติ และโครงสร้างของโปรตีนในเซลล์สามมิติต่างจากเซลล์สองมิติ ซึ่งผลดังกล่าวสอดคล้องกับการทำงานของโปรตีนภายในเซลล์ จากผลการวิจัยที่พบนี้นำไปสู่การประยุกต์ใช้เทคนิค SR-microFTIR สร้างดัชนีวัดทางชีวภาพ (biomarker) เพื่อวัดและติดตามคุณภาพของเซลล์ชนิดสามมิติ ซึ่งจะเป็นแบบจำลองเซลล์ที่นำไปสู่การพัฒนายา หรือพัฒนาวัคซีนต่อไปในอนาคต

เอกสารอ้างอิง

Tarapong Srisongkram, Natthida Weerapreeyakul and Kanjana Thumanu. Evaluation of Melanoma (SK-MEL-2) Cell Growth between Three-Dimensional (3D) and Two-Dimensional (2D) Cell Cultures with Fourier Transform Infrared (FTIR) Microspectroscopy. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 4141; doi:10.3390/ijms21114141