“พันธุศาสตร์ไฟฟ้า” ควบคุมการทำงานของยีนด้วยแบตเตอรีก้อนเล็กสำเร็จ

ในอนาคตอันใกล้นี้ เทคโนโลยีทางการแพทย์จะก้าวหน้าขึ้นไปอีกระดับหนึ่งด้วย “พันธุศาสตร์ไฟฟ้า” (electrogenetic) ซึ่งเป็นวิธีควบคุมการทำงานของหน่วยพันธุกรรมหรือยีนในร่างกาย เพื่อให้ยีนแสดงออกหรือหยุดการทำงานได้ตามใจชอบ โดยอาศัยเพียงการส่งสัญญาณไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรีขนาดเล็ก อย่างเช่นถ่าน AA หรือ AAA เท่านั้น

ในรายงานวิจัยล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Metabolism ทีมนักวิทยาศาสตร์จากสถาบัน ETH Zurich ของสวิตเซอร์แลนด์ ประสบความสำเร็จในการใช้เทคนิคพันธุศาสตร์ไฟฟ้า ควบคุมการทำงานของเซลล์ร่างกายมนุษย์ที่ผ่านการตัดต่อพันธุกรรมและปลูกถ่ายลงในตัวหนูทดลอง จนเซลล์ที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษดังกล่าว สามารถผลิตฮอร์โมนอินซูลินได้ตามคำสั่ง และสามารถแก้ไขภาวะน้ำตาลในเลือดสูงของหนูที่ป่วยเป็นโรคเบาหวานได้

ทีมผู้วิจัยหวังว่าจะสามารถนำวิธีการข้างต้นไปประยุกต์ใช้ เพื่อสร้างอุปกรณ์ทางการแพทย์อัจฉริยะที่คนไข้สามารถสวมหรือพกติดตัวได้ตลอดเวลา เหมือนกับนาฬิกาสมาร์ตวอตช์ (smart watch) ที่สามารถวัดความดันโลหิต อัตราการเต้นของหัวใจ และระดับน้ำตาลในเลือดได้แล้วในปัจจุบัน เพียงแต่อุปกรณ์อัจฉริยะรุ่นใหม่จะสามารถสั่งเปิด-ปิดสวิตช์การทำงานของยีนได้ด้วย

เทคโนโลยีดังกล่าวมีชื่อว่า “ดาร์ต” (DC-actuated regulation technology – DART) โดยศาสตราจารย์มาร์ติน ฟุซเซเนกเกอร์ ผู้นำทีมวิจัย บอกว่ามันสามารถทำงานได้โดยใช้ไฟฟ้ากระแสตรงระดับมาตรฐานเพียง 1.5 โวลต์

ทีมผู้วิจัยใช้เข็ม 2 เล่ม แบบเดียวกับที่แพทย์จีนใช้ฝังเข็มมาทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้า โดยฝังลงในหลังของหนูทดลองบริเวณใกล้กับเซลล์พิเศษที่ปลูกถ่ายไว้ ทั้งมีสายไฟเชื่อมต่อตัวเข็มกับแบตเตอรีที่อยู่นอกร่างกายด้วย

เมื่อเปิดสวิตช์ปล่อยกระแสไฟฟ้า เซลล์พิเศษที่ปลูกถ่ายไว้จะถูกกระตุ้นให้ผลิตและสะสมโมเลกุลของอนุมูลอิสระชนิด ROS จนเกิดเป็นภาวะเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันขึ้น ซึ่งภาวะนี้จะส่งสัญญาณให้โปรตีนที่เป็นตัวรับรู้หรือเซนเซอร์เข้าจับกับดีเอ็นเอในตำแหน่งที่กำหนดไว้ จนสามารถเปิดสวิตช์การทำงานของยีน และสั่งให้เซลล์ผลิตฮอร์โมนอินซูลินออกมาได้ในเวลาที่ต้องการ

เมื่อหยุดการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า จนปริมาณของอนุมูลอิสระในเซลล์ลดลงแล้ว ยีนที่สั่งให้มีการผลิตอินซูลินจะหยุดทำงานในทันที ซึ่งทีมผู้วิจัยพบว่าการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าเพียงวันละ 10 วินาที ก็เพียงพอแล้วที่จะควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดของหนูทดลองให้เป็นปกติได้

ก่อนหน้านี้ทีมวิจัยของศ.ฟุซเซเนกเกอร์ เคยพยายามคิดค้นอุปกรณ์แบบเดียวกันโดยใช้ไฟฟ้ากระแสสลับพลังสูงมาแล้ว แต่ไม่ประสบความสำเร็จ เพราะกระแสไฟฟ้าแบบดังกล่าวไม่เหมาะต่อการนำมาประดิษฐ์เป็นอุปกรณ์สวมใส่หรือพกพา

ด้าน ศ.วิลเลียม เบนต์ลีย์ นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยแมริแลนด์ของสหรัฐฯ หนึ่งในผู้บุกเบิกเทคโนโลยีพันธุศาสตร์ไฟฟ้า แสดงความเห็นว่า ผลงานของทีมศ.ฟุซเซเนกเกอร์ ในครั้งนี้ ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งอาจปูทางไปสู่การแพทย์สมัยใหม่ที่สามารถสั่งการรักษาโรคหรือให้ยาทางไกลผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ตได้ ในทันทีที่ตรวจพบอาการผิดปกติในร่างกาย

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีใหม่นี้ยังคงต้องรอการทดสอบระดับคลินิกในมนุษย์อีกหลายปี เพื่อให้แน่ใจว่ามีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพจริง ส่วนการที่ต้องปลูกถ่ายเซลล์พิเศษลงไปด้วยนั้น อาจเป็นข้อจำกัดที่ทำให้คนไข้หลายคนไม่ต้องการใช้อุปกรณ์นี้ได้เช่นกัน