(ซ้ายไปขวา) ดร.ณัฐพันธุ์ ศุภกา และ ศ.นพ.สิริฤกษ์ ทรงศิวิไล
นาโนเทคชี้ “กล้องจุลทรรศน์นาโน” ผลงานรางวัลโนเบลเคมีปีล่าสุด จะช่วยฉายแสงสว่างให้นักวิธีไทยค้นหาวิธีรักษามะเร็งได้ดีขึ้น ตั้งเป้าประเดิมการรักษามะเร็งปากมดลูกก่อนมะเร็งอื่นๆ พร้อมย้ำความสำคัญผลงานโนเบลพาก้าวข้ามขีดจำกัดในการศึกษาเซลล์มีชีวิตระดับนาโนด้วยแสง
ศ.นพ.สิริฤกษ์ ทรงศิวิไล ผู้อำนวยการศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) เผยว่า รางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 2557 นี้มีความสำคัญต่อวงการนาโนเทคโนโลยีอย่างยิ่ง เนื่องจากผลงานที่ได้รับรางวัลคือการพัฒนาเทคโนโลยีกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์ความละเอียดสูง (Super-resolved fluorescence microscopy) โดยนักวิทยาศาสตร์ 3 คน คือ อีริค เบตซิก (Eric Betzig) จากสถาบันการแพทย์โฮเวิร์ดฮิวจ์ สหรัฐฯ, สเตฟาน ดับเบิลยู เฮลล์ (Stefan W. Hell) จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด สหรัฐฯ และ วิลเลียม อี โมร์เนอร์ (William E. Moerner) จากสถาบันเคมีชีวกายภาพมักซ์พลังก์ เยอรมนี
ผลงานพัฒนากล้องจุลทรรศน์นาโน (nanoscope) ของนักวิทยาศาสตร์ทั้ง 3 คน ได้ทำให้นักวิทยาศาสตร์ก้าวข้อจำกัดที่ เอิร์นต์ แอบเบ (Ernst Abbe) นักกล้องจุลทรรศน์ได้ระบุไว้เมื่อ 141 ปีก่อน ซึ่ง ศ.นพ.สิริฤกษ์ระบุว่า กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่ใช้กันอยู่นั้นไม่สามารถให้ความละเอียดมากกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นแสงหรือ 200 นาโนเมตรได้ ข้อจำกัดดังกล่าวทำให้นักวิทยาศาสตร์มองเห็นได้แค่แบคทีเรีย แต่ไม่อาจมองสิ่งที่เล็กกว่าอย่างเชื้อไวรัสได้ ขณะที่ผลงานโนเบลซึ่งใช้เทคโนโลยีด้านการย้อมสีฟลูออเรสเซนต์ระดับนาโน ได้ช่วยให้เราเห็นสิ่งที่เล็กในระดับ 10-20 นาโนเมตรได้
ภาพเซลล์มะเร็งที่บันทึกด้วยกล้องจุลทรรศน์นาโน
แม้ว่าจะมีกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ส่องดูสิ่งเล็กๆ ได้ แต่ ผอ.นาโนเทคระบุว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมีข้อจำกัดต่องานวิจัยทางด้านการแพทย์ เนื่องจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนใช้ได้กับตัวอย่างที่ตายแล้วเท่านั้น และในขั้นตอนการเตรียมตัวอย่างต้องทำให้ตัวอย่างแห้งแล้วเคลือบโลหะ ซึ่งการศึกษาเซลล์ขณะมีชีวิต การทำงานของเส้นประสาทหรือสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กยังจำเป็นต้องใช้กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง
ด้าน ดร.ณัฐพันธุ์ ศุภกา หัวหน้าห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ระดับนาโน ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ อธิบายว่าการส่องกล้องจุลทรรศน์โดยย้อมสีฟลูออเรสเซนต์แก่ตัวอย่างที่สนใจนั้น เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ใช้กันมาระยะหนึ่งแล้ว แต่ด้วยข้อจำกัดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงตามที่แอบเบระบุ ทำให้ภาพตัวอย่างที่เรืองแสงขึ้นมานั้นไม่คมชัด
ซึ่งเทคนิคที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์รางวัลโนเบลเคมีก้าวข้ามข้อจำกัดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงว่ามีอยู่ 2 วิธี โดยเฮลล์จากสแตนฟอร์ดได้อาศัยการฉายลำแสงเลเซอร์กระตุ้นการเรืองแสงของตัวอย่าง 2 ลำ เพื่อให้เกิดการหักล้างกันเหลือลำแสงแคบๆ เพื่อฉายภาพไปทั่ววัตถุทีละ 1 นาโนเมตร ส่วนอีกวิธีที่ เบตซิกและอี.โมร์เนอร์ได้พัฒนาร่วมกันในภายหลังนั้น อาศัยการถ่ายภาพโมเลกุลที่เรืองแสงตำแหน่งเดียวกันหลายๆ ภาพแล้วนำภาพมาซ้อนรวมเป็นภาพเดียวให้ได้ภาพที่มีความละเอียดสูง
“การจะดูว่าเซลล์มะเร็งเจริญเติบโตอย่างไร เซลล์ประสาทสื่อสารกันอย่างไร หรือปฏิกิริยาภายในเซลล์เป็นอย่างไรนั้นต้องพึ่งกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ซึ่งเฮลล์เสนอแนวคิดการพัฒนากล้องจุลทรรศน์นาโนมาตั้งแต่ปี 2533 แต่เพิ่งทำได้จริงหลังจากนั้น 10 ปี และเพิ่งตีพิมพ์ผลงานเมื่อปี 2549 การใช้งานจริงๆ เริ่มมาได้ 10 กว่าปี แต่ก็ส่งผลต่อความก้าวหน้าการแพทย์อย่างมาก” ศ.นพ.สิริฤกษ์กล่าว
ภาพเซลล์มะเร็งเปรียบเทียบระหว่างการบันทึกด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงทั่วไป (ซ้าย) และบันทึกด้วยกล้องจุลทรรศน์นาโนที่ให้ความคมชัดมากกว่า
ศ.นพ.สิริฤกษ์ระบุว่า เฮลล์มีทีมที่นำหลักการของกล้องจุลทรรศน์นาโนไปศึกษาโรคในสมอง โดยใช้ส่องดูการสื่อสารของเซลล์ในสมอง เพื่อทำความเข้าใจเรื่องความจำ ซึ่งเดิมเข้าใจว่าความจำเกิดจากการสื่อสารของเซลล์เป็นล้านในสมองวิ่งไปจุดต่างๆ เพื่อสร้างเรื่องที่จำ ถ้าจำไม่ได้แสดงการสื่อสารของเซลล์วิ่งไม่ครบจุด แต่การศึกษาภายหลังพบว่าความจำเกิดจากการที่เซลล์ประสาทยื่นไปแตะกับเซลล์ประสาทอีกเซลล์ ส่วนการลืมนั้นเกิดการเซลล์ประสาทถอยการแตะออกมา ซึ่งยังไม่ทราบว่าเป็นเพราะอะไร ทั้งนี้ความจำระยะสั้นเกิดจากการปฏิกิริยาเคมี ส่วนความจำระยะยาวเกิดจากโครงสร้างเซลล์ประสาทเกาะกันถาวร
“ส่วนทางฝั่งอเมริกาก็นำเทคนิคไปศึกษาเรื่องการแบ่งตัวของเอ็มบริโอ (ตัวอ่อน) ศึกษาโมเลกุลเดี่ยว โปรตีนเดี่ยว ซึ่งเมื่อก่อนไม่เห็น หรือศึกษาโรคเกี่ยวกับเส้นประสาท ดูการเคลื่อนไหวในระดับโมเลกุลเดี่ยวเพื่อนำไปสู่การรักษาโรค หรือดูการติดเชื้อไวรัสซึ่งเมื่อก่อนเห็นแค่เป็นจุดๆ แต่ตอนนี้เห็นได้ว่าไปจับจุดไหนของเซลล์ ระหว่างแตะเป็นยังไง ประโยชน์จากตรงนี้ยังไม่ทราบ แต่การเข้าใจมากขึ้น คาดว่าจะรักษาได้ดีขึ้นด้วย” ผอ.นาโนเทคอธิบายถึงประโยชน์ของกล้องจุลทรรศน์นาโน
ในส่วนของนาโนเทคนั้น ศ.ดร.สิริฤกษ์ระบุว่า ตอนนี้ยังไม่มีกล้องจุลทรรศน์นาโน แต่กำลังพัฒนาระบบถ่ายภาพแบบนี้อยู่ และนักวิจัยมีโอกาสเข้าถึงเทคโนโลยีนี้ โดยมีนักวิจัยที่ศึกษาเทคโนโลยีด้านการย้อมสีฟลูออเรสเซนต์ระดับนาโน และกลับมาจากต่างประเทศ 2-3 คน ซึ่งการศึกษาดังกล่าวก็เพื่อเข้าใจวิธีการรักษามะเร็ง โดยเฉพาะมะเร็งปากมดลูก และกำลังพัฒนาสารที่นำเข้าสู่เซลล์ ซึ่งต้องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์นาโนว่าเข้าไปในเซลล์อย่างไร และถ้าควบคุมการเข้าสู่เซลล์ได้ ก็จะเป็นความหวังในการรักษามะเร็งได้อย่างจำเพาะ
ภาพเซลล์ประสาทบันทึกด้วยกล้องจลุทรรศน์นาโน ที่เผยให้เห็น "แอคติน" สารสื่อประสาทที่ขดเป็นปล้องอยู่ในภายในเส้นประสาท
