การเพาะเลี้ยงสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนทำอย่างไร

ความสนใจเรื่องสเต็มเซลล์มีมานานแล้ว เมื่อ 150 ปีก่อน รูดอลฟ์ เวอร์โช ได้เสนอว่า เซลล์ทั้งหลายต่างกำเนิดมาจากเซลล์ ในวงการแพทย์สมัยใหม่เองก็มีการใช้สเต็มเซลล์ ในการรักษาผู้ป่วยมานับสิบปีแล้ว แต่ก็ยังไม่มีใครที่สามารถพบหรือแยกสเต็มเซลล์ ในไขกระดูกออกมาได้จนกระทั่งปลายปี 2541 คณะนักวิจัยที่นำโดย เจมส์ ทอมสัน จึงสามารถแยกสเต็มเซลล์ออกมาได้ และตีพิมพ์ผลงานของเขาในวารสาร Scienceฉบับวันที่ 6 พฤศจิกายน 2541 งานวิจัยของทอมสันยังแสดงให้เห็นว่า สเต็มเซลล์ของมนุษย์ที่เขาเตรียมได้นั้นสามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ชนิดอื่นได้ หมายถึง แนวคิดที่จะนำสเต็มเซลล์ไปทดแทนเซลล์หรืออวัยวะบางอย่างที่เสียหายไปอาจเป็นไปได้จริง

ร่างกายของเราถือกำเนิดขึ้นมาจากเซลล์โดยเริ่มจากการปฏิสนธิ ในตอนแรกเริ่มเซลล์ก็มีลักษณะเหมือนกัน แต่ต่อมาก็มีการพัฒนาไปเป็นเซลล์รูปแบบจำเพาะ จากเอ็มบริโอเซลล์ได้แบ่งตัวเพิ่มจำนวนและพัฒนาต่อไปเป็นบลาสโตซิสต์ ภายในเซลล์บลาสโตซิสต์นี้มีบริเวณกระจุกตัวของเซลล์เรียกว่ามวลเซลล์ชั้นในซึ่งมวลเซลล์นี้เองที่นักวิทยาศาสตร์ถือว่าเป็นสเต็มเซลล์ สเต็มเซลล์ยังคงความสามารถในการเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ได้แทบทุกประเภทไม่ว่าจะเป็นเซลล์กระดูก เซลล์เม็ดเลือด หรือแม้แต่เซลล์สมอง รวมทั้งสเต็มเซลล์ยังคงความสามารถในการเพิ่มจำนวนตัวเองได้อย่างไม่จำกัดซึ่งเป็นต้นตอของการคิดนำสเต็มเซลล์ไปใช้

การเพาะเลี้ยงเซลล์ในห้องปฎิบัติการ เรียกว่า cell culture นักวิทยาศาสตร์สามารถแยกสเต็มเซลล์จากตัวอ่อน โดยการนำกลุ่มมวลเซลล์ชั้นใน หรือที่เรียกว่า inner cell mass จากบลาสโตซิสต์ มาใส่ในจานเพาะเลี้ยงเซลล์ ซึ่งเป็นจานพลาสติกที่ใช้ในห้องปฎิบัติการ ภายในประกอบด้วยอาหารสำหรับเพาะเลี้ยงเซลล์ เรียกว่า culture mediumจากนั้นสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนจะแบ่งตัวไปทั่วส่วนผิวของจานเพาะเลี้ยงส่วนผิวด้านในจะเคลือบด้วยเซลล์ผิวหนังจากตัวอ่อนของหนู ซึ่งไม่แบ่งตัวอีกแล้ว เหตุที่ทำเช่นนี้เพื่อให้มวลเซลล์ชั้นในมีพื้นผิวสำหรับเกาะยึดได้มากพอ และเซลล์ผิวหนังจากตัวอ่อนของหนูยังทำหน้าที่เป็นเซลล์พี่เลี้ยงปล่อยสารอาหารออกมาอีกด้วยเมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาเทคนิกการเพาะเลี้ยงสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนโดยไม่ต้องใช้เซลล์ผิวหนังจากตัวอ่อนของหนูมาเป็นเซลล์พี่เลี้ยงถือเป็นพัฒนาการที่สำคัญ เนื่องจากเซลล์ผิวหนังจากตัวอ่อนของหนูอาจมีเชื้อไวรัสหรือสารโมเลกุลใหญ่บางชนิดติดมาด้วย

เซลล์จากมวลเซลล์ด้านในที่อยู่ในจานเพาะเลี้ยงใช้เวลาหลายวัน ก่อนที่จะเจริญเติบโตจนเต็มจานเพาะเลี้ยง จากนั้นส่วนหนึ่งจะถูกนำไปไว้ในจานเพาะเลี้ยงอันใหม่ การย้ายไปใส่ในจานเพาะเลี้ยงอันใหม่ เรียกว่า subculture ซึ่งจะทำเช่นนี้ไปเรื่อยๆ หลายครั้งหลายหน เป็นเวลานานหลายเดือน แต่ละครั้งรอบที่ทำการ subculture จะเรียกว่า passage โดยเฉลี่ยภายในเวลาอย่างน้อย 6 เดือน จากที่เริ่มต้นเพียง 30เซลล์ของกลุ่มมวลเซลล์ชั้นใน จะกลายเป็นสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนนับล้านเซลล์ ต้องทำให้เกิดขึ้นโดยเซลล์ไม่มีดิฟเฟอเรนชิเอชั่นเลย และต้องเป็นสเต็มเซลล์ที่สามารถเปลี่ยนไปเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่เฉพาะได้หลายชนิดเราเรียกผลผลิตสุดท้ายจากห้องปฎิบัติการนี้ว่า embryonic stem cell line เมื่อผลิตสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนที่เป็นต้นแบบได้ ก็จะนำไปแช่แข็ง และพร้อมที่จะนำไปใช้ในงานศึกษาวิจัยต่อไป

การเพาะเลี้ยงสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนที่เป็นต้นแบบ และ subculture เป็นเวลาหลายเดือน ช่วยให้มั่นใจว่าสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนเหล่านั้นยังคงคุณสมบัติในการแบ่งตัวเองขึ้นมาใหม่ครั้งแล้วครั้งเล่า ระหว่างนั้นการส่องกล้องจุลทรรศน์เพื่อตรวจรูปร่างลักษณะของเซลล์ยังช่วยยืนยันยังเป็นสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนที่ยังไม่ได้ดิฟเฟอเรนชิเอทและช่วยให้เห็นลักษณะทางกายภาพของเซลล์เหล่านั้นอย่างชัดเจนรวมทั้งตรวจสอบความสมบูรณ์ของเซลล์ได้อีกด้วย

เทคนิกการตรวจโปรตีนที่ผิวเซลล์ ช่วยยืนยันความเป็นสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนที่ยังไม่มีดิฟเฟอเรนชิเอชั่นทั้งนี้มีเทคนิกพิเศษหลายอย่างที่นำมาใช้ในการทดสอบทางห้องปฎิบัติการได้ โปรตีนที่ผิวเซลล์บางชนิดมีความจำเพาะเจาะจงสำหรับสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนที่ยังไม่มีดิฟเฟอเรนชิเอชั่น ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายคือ การตรวจโปรตีนที่ชื่อ Oct-4ซึ่งพบในสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนที่ยังไม่มีดิฟเฟอเรนชิเอชั่น โปรตีน Oct-4 จัดเป็น transcription factor ทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของยีน หรือเรียกว่าเป็นสวิชต์เปิด-ปิดยีนโปรตีนดังกล่าวถือเป็นส่วนสำคัญของขบวนการดิฟเฟอเรนชิเอชั่นและยังมีส่วนสำคัญในการพัฒนาเป็นตัวอ่อนหรือเอ็มบริโอด้วยเช่นกัน

การตรวจโครโมโซมช่วยวินิจฉัยความเสียหายของโครโมโซมที่อาจเกิดขึ้นได้ระหว่างทาง ซึ่งจำเป็นต้องตรวจดูว่ามีเกิดขึ้นหรือไม่ และต้องตรวจนับจำนวนโครโมโซมให้อยู่ในสภาพที่ถูกต้อง อย่างไรก็ตามข้อจำกัดของการตรวจโครโมโซมคือ ไม่สามารถตรวจพบมิวเตชั่นที่เกิดขึ้นได้การตรวจโครโมโซมทำได้ไม่ยากและถือเป็นการตรวจพื้นฐานที่สำคัญสำหรับกระบวนการเพาะเลี้ยงสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนวิธีหนึ่ง

นอกจากนี้ การตรวจความสามารถของสเต็มเซลล์ในการเปลี่ยนไปเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่เฉพาะเจาะจงทำได้สามวิธี

• วิธีแรก: เป็นการปล่อยให้เซลล์เกิดดิฟเฟอเรนชิเอชั่นในจานเพาะเลี้ยง
• วิธีที่สอง: เป็นการกระตุ้นให้เซลล์เปลี่ยนไปเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่เฉพาะเจาะจงด้วยวิธรการและเทคนิกต่างๆ
• วิธีที่สาม: เป็นการฉีดเซลล์เข้าไปในหนูทดลองที่ถูกกดภูมิต้านทานไว้ก่อนหน้าแล้ว

จะพบเนื้องอกชนิดเทอราโตมาในหนูดทดลอง teratomaเป็นส่วนผสมของเซลล์ที่ดิฟเฟอเรนชิเอทในรูปแบบต่างๆ กลายเป็นเนื้อเยื่อชนิดต่างๆ กัน การเกิดเทอราโตมาในหนูทดลองจึงเป็นตัวบ่งชี้ที่ดีว่าเซลล์นั้นสามารถดิฟเฟอเรนชิเอทไปเป็นเซลล์ได้หลายชนิด

ที่มา : นพ.วรวุฒิ เจริญศิริ
ศูนย์ข้อมูลสุขภาพกรุงเทพ