Highlight

สเต็มเซลล์…เพื่อนรัก

วีระพงษ์ ประสงค์จีน

บางทีกระแสความนิยมในการรักษาด้วยเซลล์ต้นกำเนิดที่ต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูงอาจจำให้ประชาชนทั่วไปไม่ได้ให้ความสนใจมากนัก อีกทั้งการที่ผู้บริโภคต้องเสียเงินก้อนโตเพื่อใช้ในการจัดเก็บเซลล์ต้นกำเนิดไว้ในธนาคารเซลล์ก็ยิ่งทำให้ภาพลักษณ์ของเซลล์ต้นกำเนิดอยู่ในแวดวงธุรกิจทางการแพทย์สมัยใหม่เท่านั้น ในบทความนี้ผมจะได้กล่าวถึงชีววิทยาพื้นฐานของเซลล์ต้นกำเนิด บทบาทของเซลล์ต้นกำเนิดในชีวิตประจำวัน และการประยุกต์ใช้ในเวชศาสตร์ฟื้นฟูสภาวะเสื่อม (regenerative medicine)

ทำความรู้จักกับสเต็มเซลล์

คนเราเติบโตมาจากเซลล์เดี่ยวซึ่งเกิดจากการปฏิสนธิระหว่างเซลล์ไข่ (egg) จากแม่กับสเปิร์ม (sperm) จากพ่อ ซึ่งเรียกเซลล์ที่ผสมกันแล้วนี้ว่าเป็นไซโกต (zygote) จากนั้นจะแบ่งตัวโดยวิธีไมโตซิสสร้างเซลล์ลูกอีกหลายรอบจนได้เป็นบลาสโตซิทส์ (blastocyst) ที่เป็นก้อนกลวงๆ และมีกลุ่มเซลล์เกาะอยู่ภายในที่เรียกว่า inner cell mass กลุ่มเซลล์นี้จะเจริญไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ เพื่อสร้างร่างกายให้สมบูรณ์ แต่ถ้าหากเราแยกกลุ่มเซลล์ที่ว่านี้ออกมาเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ เราก็จะเรียกว่าเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน (embryonic stem cell) ซึ่งมีความสามารถเฉกเช่นเดียวกันในการเจริญเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ทุกชนิดในร่างกายมนุษย์เมื่อได้รับการกระตุ้นและการยับยั้งที่เหมาะสม เมื่อคนเราโตขึ้นก็ยังคงมีกลุ่มเซลล์ต้นกำเนิด (adult stem cell) อยู่ในอวัยวะต่างๆ เช่น สมอง ผิวหนัง ฟัน ไขกระดูก กล้ามเนื้อ ตับ ตับอ่อน ทางเดินอาหาร และอวัยวะสืบพันธุ์ เป็นต้น ทำหน้าที่สร้างเซลล์ชนิดต่างๆ ทดแทนและซ่อมแซมเนื้อเยื่อเมื่อร่างกายเกิดการบาดเจ็บ โดยเซลล์ต้นกำเนิดอาศัยอยู่ร่วมกับเซลล์ชนิดอื่นๆ และสารภายนอกเซลล์ (extracellular matrix) ในบริเวณที่เรียกว่า “บ้านของเซลล์ต้นกำเนิด” (stem cell niche)

นอกจากเซลล์ต้นกำเนิดที่เกิดตามธรรมชาติดังกล่าวข้างต้นแล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถสร้างเซลล์ต้นกำเนิดประเภทอื่นๆ ได้อีก เช่น เซลล์ต้นกำเนิดที่เกิดจากการเหนี่ยวนำ (induced pluripotent stem cells; iPS) เซลล์ต้นกำเนิดที่เกิดจากการถ่ายโอนนิวเคลียส (somatic cell nuclear transfer cells; SCNT cell) และเซลล์ต้นกำเนิดที่เกิดจากการกระตุ้นให้เกิดพาธีโนเจเนซีส (pathenogenic stem cell) เป็นต้น ดังนั้นเซลล์ต้นกำเนิด (stem cell) จึงเป็นเซลล์ที่มีความสามารถในการแบ่งตัวได้เป็นเวลานานเพื่อสร้างเซลล์ลูกที่มีการเจริญพัฒนาไปเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่จำเพาะ เช่น เซลล์เม็ดเลือด เซลล์ประสาท และเซลล์กระดูก เป็นต้น

เซลล์ต้นกำเนิดเป็นเซลล์ที่ยังไม่มีการพัฒนาไปทำหน้าที่จำเพาะ (undifferentiated cell) สามารถเข้าวัฏจักรเซลล์ (cell cycle) เพื่อแบ่งตัวให้เซลล์ลูก (daughter cell) ได้ไม่จำกัด โดยเมื่อเซลล์ต้นกำเนิดแบ่งตัว (cell division) โดยวิธีไมโตซิสจากเซลล์ต้นกำเนิด 1 เซลล์ สร้างเซลล์ลูกได้ 2 เซลล์ จะสร้างเซลล์ต้นกำเนิดอย่างน้อย 1 เซลล์ที่มีคุณสมบัติเหมือนกับเซลล์เริ่มต้นที่ยังคงคุณสมบัติของเซลล์ต้นกำเนิด ดังคุณสมบัติที่เรียกว่า self-renewal นอกจากนี้เซลล์ต้นกำเนิดยังสามารถเจริญพัฒนา (differentiation) ไปเป็นเซลล์กึ่งกลางที่เรียกว่า progenitor cells และในท้ายที่สุดพัฒนาไปเป็นเซลล์ที่จำเพาะได้หลายชนิด (terminal differentiation) ยกตัวอย่างเช่น สเต็มเซลล์ประสาท (neural stem cell) ที่อยู่ในสมองและไขสันหลังจะแบ่งตัวให้เซลล์ที่พัฒนาไปเป็น neuronal progenitor cell และ glial progenitor cell ซึ่งจะพัฒนาไปเป็นเซลล์ประสาท (neuron) และเซลล์เกลีย (glial cell) ตามลำดับ แต่อย่างไรก็ตาม คำว่า “เซลล์ต้นกำเนิด” ที่ประชาชนเข้าใจนั้นหมายรวมถึงทั้งเซลล์ต้นกำเนิดจริงๆ ที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า สเต็มเซลล์ (stem cell) และโปรเจนิเตอร์เซลล์ (progenitor cell) เนื่องจากในปัจจุบันเป็นการยากที่จะระบุชนิดของเซลล์ ดังนั้นในที่นี้ผู้เขียนจึงใช้คำว่าเซลล์ต้นกำเนิดตามความหมายที่ใช้เรียกเซลล์ทั้งสองประเภทรวมกัน

แต่ละวันคุณได้ดูแลสเต็มเซลล์ในตัวของคุณไหม

จากที่ได้กล่าวไว้ในตอนต้นว่าเซลล์ต้นกำเนิดนั้นอยู่กับเราไปตลอดชีวิต พฤติกรรมในชีวิตประจำวัน เช่น การออกกำลังกาย การกินอาหาร สารเคมีที่สัมผัส และสิ่งแวดล้อมรอบตัวเรา เป็นต้น จึงสามารถปรับเปลี่ยนการทำงานของเซลล์ต้นกำเนิดในร่างกายของเราได้ เซลล์ต้นกำเนิดไม่ได้เดินทางไปมาระหว่างอวัยวะในร่างกายของคนคนหนึ่งเท่านั้น แต่มันยังสามารถเดินทางเชื่อมสายสัมพันธ์ระหว่างแม่กับลูกได้อีกด้วย เซลล์ต้นกำเนิดในแม่อาจจะเดินทางเข้าไปในตัวของลูกที่อยู่ในครรภ์ และเซลล์ต้นกำเนิดของลูกก็อาจเดินทางเข้าสูกระแสเลือดแม่ (fetomaternal stem cell trafficking) เซลล์ต้นกำเนิดดังกล่าวนี้อาจทำหน้าที่บางอย่าง เช่น การทำงานของระบบภูมิคุ้มกันและการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ เป็นต้น

โครงสร้างและการทำงานของสมองคนเราไม่ได้คงที่หากแต่มีความสามารถในการปรับเปลี่ยนตลอดเวลาตามการเรียนรู้และพฤติกรรมที่เราสร้างขึ้นจากอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมที่เราเรียกว่า ความยืดหยุ่นของสมอง (brain plasticity) เซลล์ต้นกำเนิดประสาทมีบทบาทเป็นผู้ผลิตเซลล์ในระบบประสาท (neural cell) คือ เซลล์ประสาท (neuron) และเซลล์เกลีย (glial cell) เซลล์ประสาทใหม่ที่เกิดจากเซลล์ต้นกำเนิดจะต้องเคลื่อนตัวไปยังตำแหน่งสมองที่จำเพาะและเจริญพัฒนาไปเป็นเซลล์ประสาทที่สามารถทำงานเชื่อมต่อกับกลุ่มเซลล์ประสาทที่มีอยู่เดิม ในที่นี้เรียกว่าการเกิดใหม่ของเซลล์ประสาท (neurogenesis) ซึ่งเหตุการณ์ดังกล่าวนี้ทำให้เซลล์ประสาทหลายพันเซลล์เกิดขึ้นใหม่ในบริเวณสมองบางส่วนเป็นประจำทุกวัน มีปัจจัยหลายอย่างที่มีผลต่อการสร้างเซลล์ประสาทใหม่ เช่น การออกกำลังกาย การเรียนรู้ที่อาศัยสมองส่วนฮิปโปแคมปัส การจำกัดอาหาร เป็นต้น นอกจากนี้ยังพบว่าความเครียด อาการซึมเศร้า พยาธิสภาพในสมอง และอายุที่เพิ่มขึ้น มีตัวการสำคัญที่ยับยั้งการสร้างเซลล์ประสาทใหม่ กระบวนการสร้างเซลล์ประสาทใหม่ในสมองผู้ใหญ่นั้นสามารถเกิดได้จนกระทั่งวาระสุดท้ายของชีวิต เซลล์ต้นกำเนิดประสาทที่อยู่ในสมองสามารถแบ่งตัวและสร้างเซลล์ประสาทใหม่ให้กับสมองอย่างน้อยสองบริเวณคือออลแฟกตอรีบัลบ์และฮิปโปแคมปัส สมองทั้งสองบริเวณมีหน้าที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการถอดรหัสและจัดเก็บข้อมูลให้กลายเป็นความจำ

เนื่องจากการสร้างเซลล์ประสาทใหม่นี้มีอัตราลดลงเมื่อคนเราอายุเพิ่มขึ้น และมีการทดลองที่ระบุว่าหากสามารถกระตุ้นให้สัตว์ทดลองสร้างเซลล์ประสาทเพิ่มขึ้นก็สามารถลดความเสื่อมของสมองและพฤติกรรมทางเสื่อมที่เกี่ยวข้องกับพยาธิสภาพนั้นๆ แนวคิดเรื่อง neural reserve นั้นมีมานานแล้ว ใจความหลักของแนวคิดนี้คือหากคนเรามีกองกำลังที่เพียงพอต่อความผิดปกติหรือโรคร้ายก็จะสามารถผ่อนหนักให้เป็นเบาหรือแม้กระทั่งป้องกันไม่ให้เกิดโรคได้ ยกตัวอย่างเช่น คนที่สุขภาพดีถึงแม้จะมีการสะสมของอไมลอยด์ (amyloid plaque) อยู่เป็นจำนวนมากก็มิได้แสดงอาการความผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับโรคอัลไซเมอร์ แต่คนที่มีกองกำลังน้อยเก็บสะสมพลังประสาทไว้น้อยถึงแม้เกิดการสะสมของอไมลอยด์ไม่มากนักก็อาจกระตุ้นให้เกิดอาการของโรคเช่นความจำเสื่อมขั้นรุนแรงได้ เป็นต้น

หากคนเรามีกิจกรรมทั้งกายภาพและทางจิดที่กระตุ้นการสร้างเซลล์ประสาทใหม่เพิ่มขึ้นตั้งแต่เยาว์วัยก็เสมือนการเสริมกองกำลังให้กับตัวเองเมื่อยามสูงวัย เมื่อประสบพบเจอเหตุการณ์ทางลบทั้งในระดับเซลล์เช่น สารเคมีในสมองแปรปรวนจากความเครียดหรือพยาธิสภาพที่อาจก่อให้เกิดโรคภัย หรือในระดับพฤติกรรม เช่น หากต้องเผชิญกับเหตุการณ์กดดันที่ไม่เคยประสบมาก่อน ก็จะสามารถเรียกใช้กองทัพสำรองคือวงจรประสาทที่เข้มแข็งซึ่งถูกเซลล์ประสาทใหม่ถูกเติมเข้าไปเป็นประจำเมื่อคนเราทำกิจกรรม เช่น ออกกำลังกาย เดินทางท่องเทียวสถานที่ใหม่ๆ เล่นเกมเสริมเชาว์ หรือการคำนวณทางคณิตศาสตร์ และการได้อยู่ในที่แวดล้อมที่ซับซ้อนเหมาะแก่การเรียนรู้สิ่งใหม่ๆ เป็นต้น ด้วยเหตุนี้กระบวนการสร้างเซลล์ประสาทใหม่ในสมองผู้ใหญ่จึงอาจเป็นคำอธิบายหนึ่งที่ช่วยเติมต่อความสำคัญของการใช้ชีวิตแบบ “active life” ซึ่งเป็นผลดีต่อสมองและยังส่งเสริมให้ชีวิตวัยสูงอายุมีชิวิตชีวาแบบ “successful aging”

เซลล์ต้นกำเนิดกับเวชศาสตร์ฟื้นฟูสภาวะเสื่อม

ความรู้เกี่ยวกับเซลล์ต้นกำเนิดได้เปิดประตูไปสู่แนวคิดการส่งเสริมสุขภาพและการรักษาทางการแพทย์แนวใหม่ที่เรียกว่า เวชศาสตร์ฟื้นฟูสภาวะเสื่อม หรือการแพทย์เชิงฟื้นฟู (regenerative medicine) ซึ่งหมายถึง การแพทย์แขนงใหม่ที่มุ่งเน้นการทดแทน การซ่อมเสริม การฟื้นฟูเซลล์ เนื้อเยื่อ หรืออวัยวะที่เสื่อมถอยหรือได้รับบาดเจ็บทั้งจากความแก่ตามธรรมชาติและโรคภัยไข้เจ็บ เทคโนโลยีสมัยใหม่ได้ก้าวหน้าไปมาก จากที่เราเคยกินยาเม็ดหรือยาน้ำ (เภสัชภัณฑ์ทั่วไป) ในปัจจุบันเราก็ได้มีการพัฒนาเป็นการบำบัดด้วยยีน (gene therapy) เนื้อเยื่อที่ผ่านการดัดแปลง (engineered tissue) การรักษาโดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดและเซลล์ที่ได้จากเซลล์ต้นกำเนิด (stem cell-based therapy) รวมทั้งเวชศาสตร์นาโน (nanomedicine) เป็นต้น ประเทศในแถบยุโรปเรียกผลิตภัณฑ์ยากลุ่มนี้โดยรวมว่า Advanced Therapy Medicinal Products (ยา ATMPs)

ถึงแม้ว่าการประยุกต์ใช้เซลล์ต้นกำเนิดในด้านการแพทย์เชิงฟื้นฟูมีความก้าวหน้าเป็นอย่างมาก แต่อย่างไรก็ตามขั้นตอนของการพัฒนาเพื่อให้ได้เซลล์ที่ทำหน้าที่จำเพาะดังกล่าวยังมีความซับซ้อนอย่างยิ่งและกำลังอยู่ในขั้นตอนของการศึกษาวิจัยในห้องปฏิบัติการ ทั้งนี้ก็เพื่อให้เกิดผลทางการรักษาในระยะยาวจากการใช้ประโยชน์จากเซลล์ต้นกำเนิดซึ่งไม่น่าจะต่างจากหลักการใช้ยารักษาโรคมากนัก คือใช้ให้ถูกโรค ถูกคน ถูกขนาด และถูกเวลา โดยแนวทางการรักษาโรคโดยใช้เซลล์ต้นกำเนิดเป็นกลยุทธ์หลักนั้นอาจแบ่งกว้างๆ ได้ 2 ประเภท

1. การปลูกถ่ายเซลล์ต้นกำเนิดหรือเซลล์ลูกหลานจากภายนอกร่างกาย (exogenous stem cell transplantation, stem cell replacement therapy) ซึ่งอาจปลูกถ่ายร่วมกับสารเคมี โพลิเมอร์ หรืออุปกรณ์ทางการแพทย์อื่นๆ ที่ช่วยส่งเสริมการทำงานของเซลล์ดังกล่าว

เซลล์ต้นกำเนิดที่ถูกเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการเพื่อการปลูกถ่ายนั้นยังถูกปรับเปลี่ยนหน้าที่การทำงาน เช่น ปรับเปลี่ยนยีนให้สร้างโปรตีนบางชนิดเพิ่มมากขึ้น ยับยั้งการทำงานของโปรตีนบางชนิด หรืออาจใช้เป็นพาหนะนำส่งยาที่ต้องการ เป็นต้น โดยการปลูกถ่ายเซลล์ต้นกำเนิดที่ว่านี้จึงอาจหวังผลเชิงการรักษาได้หลายประการ

• คาดหวังว่าเซลล์ที่ปลูกถ่ายสามารถทำงานได้แหมือนกับเซลล์ที่ถูกทำลายหรือสูญหายไปเมื่อเกิดโรคภัย เช่น ปลูกถ่ายเซลล์ต้นกำเนิดไปยังสมอง ก็คาดหวังว่าเซลล์ดังกล่าวมีการพัฒนาไปเป็นเซลล์ประสาทชนิดจำเพาะ เช่น เซลล์ประสาทโดปามีน ซึ่งสามารถอยู่รอดและติดต่อสื่อสารกับเซลล์ประสาทเดิมที่เหลืออยู่
• คาดว่าเซลล์ที่ปลูกถ่ายให้ถึงแม้ไม่สามารถกลายไปเป็นเซลล์ที่สามารถทำงานได้ อย่างน้อยก็น่าจะหลั่งสารบางอย่างที่ช่วยประคับประคองช่วยให้เซลล์ที่กำลังจะตายอยู่รอมร่อได้ฟื้นตัวกลับมาทำงานเหมือนดังปกติ
• คาดหวังว่าถึงแม้เซลล์ที่ปลูกถ่ายเข้าไปไม่ได้สร้างเซลล์ที่ทำหน้าที่อะไรเลย แต่ด้วยคุณสมบัติที่เซลล์ชนิดนี้ชอบเคลื่อนตัวไปอยู่กันเป็นกลุ่มกับเซลล์ที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน จึงคาดว่าก้อนมะเร็งที่ปล่อยสารชีวภาพบางชนิดดึงดูดให้เซลล์ต้นกำเนิดเดินทางเข้าไปหาได้ เราจึงปรับแต่งให้เซลล์ต้นกำเนิดบรรทุกยาต้านมะเร็งเพื่อเดินทางเข้าไปกำจัดมะเร็งที่ตำแหน่งเป้าหมาย ด้วยหลักการนี้ยาฆ่ามะเร็งก็จะอาจออกฤทธิ์จู่โจมเซลล์มะเร็งได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น

2. การระดมพลเซลล์ต้นกำเนิดที่มีอยู่แล้วในร่างกายเรา (endogenous stem cell recruitment therapy) หมายถึง การหาวิธีการใช้ประโยชน์จากเซลล์ต้นกำเนิดที่เป็นสมบัติอยู่ในร่างกายเราอยู่แล้ว โดยใช้ตัวกระตุ้น (stimulus) ที่เหมาะสม ไม่ว่าจะเป็นการกินยา ใช้เครื่องมือทางการแพทย์ หรือวิธีการอื่นๆ เช่น การวิ่งออกกำลังกายช่วยเพิ่มปริมาณเซลล์ต้นกำเนิดชนิด endothelial progenitor cells, bone-marrow stem cells และเซลล์ชนิดอื่นๆ ในกระแสเลือด ซึ่งส่งผลดีต่อหลอดเลือดและกล้ามเนื้อหัวใจ

• ตัวกระตุ้นบางประเภทสามารถกระตุ้นให้เซลล์ต้นกำเนิดแบ่งตัว หรือออกเดินทางไปยังบริเวณที่ต้องการ เช่น ยา G-CSF ที่ใช้ในการกระตุ้นให้เซลล์ต้นกำเนิดในไขกระดูกออกเดินทางไปตามกระแสเลือดเพื่อไปยังบริเวณสมองที่เกิดหลอดเลือดตีบตันจนเกิดโรคสมองขาดเลือด (ischemic stroke) เป็นต้น
• การวิ่ง สารอาหารบางชนิด และยารักษาโรคปัจจุบันบางอย่างก็ยังช่วยเพิ่มการแบ่งตัวของเซลล์ต้นกำเนิดเพื่อสร้างเซลล์ประสาทใหม่ในสมองของคนเราและเดินทางไปยังบริเวณที่สมองเกิดการบาดเจ็บ เป็นต้น ซึ่งอาจจะมีผลต่อการรักษาโรคบางประเภทได้
• ตัวกระตุ้นบางประเภทสามารถเพิ่มระดับเซลล์ต้นกำเนิดในอวัยวะต่างๆ เพื่อชะลอกระบวนการแก่ของเซลล์ หรือซ่อมแซมเนื้อเยื่อที่เกิดการบาดเจ็บ หรือเพิ่มขีดความสามารถของมนุษย์ให้สูงขึ้น (human enhancement)

เซลล์ต้นกำเนิดทำงานหนักเพื่อสร้างเซลล์ประเภทต่างๆ ในร่างกายของคนเราตั้งแต่เราอยู่ในครรภ์ของคุณแม่จวบจนเราลืมตามาดูโลกและเติบโตเป็นผู้ใหญ่ เซลล์ต้นกำเนิดซึ่งอาศัยอยู่ระบบนิเวศของมันในแต่ละอวัยวะและยังสามารถเดินทางไปสู่ระบบนิเวศรวมของร่างกายผ่านทางกระแสเลือดที่แทรกตัวอยู่ทุกระบบจึงช่วยทำหน้าที่รักษาสมดุลของร่างกาย ดังนั้นกระบวนการประคับประคองและส่งเสริมให้เซลล์ต้นกำเนิดที่อยู่ในร่างกายทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือการปลูกถ่ายเซลล์ต้นกำเนิดจากภายนอกร่างกายจึงน่าเป็นกลยุทธ์ที่สำคัญในการส่งเสริมสุขภาพและการรักษาโรคในอนาคต