Cell Rover มิติใหม่แห่งการศึกษาชีววิทยาของเซลล์โดยทำให้เซลล์เป็นไซบอร์ก

มันจะน่าตื่นเต้นขนาดไหน ถ้าคนเราสามารถหลวมรวมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างสมบูรณ์จนกลายร่างเป็นไซบอร์ก (Cyborg) เหมือนในภาพยนต์ได้ ถึงแม้ว่าในปัจจุบันโลกของเรายังเดินทางไปไม่ถึงขั้นนั้น แต่เชื่อหรือไม่ว่าตอนนี้ได้มีการทำให้เซลล์กลายเป็นไซบอร์กสำเร็จแล้ว และประโยชน์ที่ได้จากเทคโนโลยีเหนือจินตนาการนี้จะช่วยให้เราเข้าใจชีววิทยาของเซลล์และนำมาประยุกต์ใช้ได้มากน้อยแค่ไหน มาร่วมค้นหาผ่านบทความนี้กัน

เมื่อวันที่ 22 กันยายน 2022 ได้มีการตีพิมพ์งานวิจัยในวารสาร Nature Communications โดยทีมนักวิจัยจาก MIT Media Lab นำโดย Deblinar Sarkar ซึ่งเธอเป็นหัวหน้ากลุ่มวิจัย Nano-Cybernetic Biotrek งานวิจัยดังกล่าวเกี่ยวข้องกับการออกแบบเสาอากาศ (antenna) เพื่อฝังลงไปในเซลล์ไข่ (Oocyte) ของกบเล็บแอฟริกัน (African craw frog, Xenopus Laevis) โดยเรียกเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นมานี้ว่าเซลล์โรเวอร์ (Cell Rover) เพราะหน้าที่ของมันคล้ายกับรถโรเวอร์ที่ส่งไปทำภารกิจบนพื้นผิวดวงจันทร์นั่นเอง

โดยตัวเซลล์โรเวอร์นั้นจะสามารถเก็บข้อมูลที่ได้จากเซลล์ไม่ว่าจะเป็นสารชีวโมเลกุลอย่างโปรตีน ดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอ รวมไปถึงไอออนชนิดต่างๆ ทำให้เรารับรู้ถึงความเป็นไปของเซลล์ที่ศึกษา และติดตามกิจกรรมภายในเซลล์ได้แบบเรียลไทม์ (real time) โดยที่ไม่ต้องทำลายหรือสร้างความเสียหายให้กับเซลล์ ซึ่งตรงนี้มันน่าสนใจมาก เพราะวิธีดังเดิมที่ใช้กัน จำเป็นต้องทำลายตัวเซลล์ก่อนถึงจะได้ข้อมูลเหล่านี้มา ทำให้ข้อมูลที่ได้มามันเป็นอดีตไปแล้ว ยกตัวอย่างเช่น การศึกษาดีเอ็นเอ ที่จำเป็นต้องสกัดดีเอ็นเอออกจากตัวเซลล์โดยการรทำลายเซลล์นั้นก่อน ถึงจะนำมาศึกษาได้ ไม่ได้เป็นแบบเรียลไทม์อย่างวิธีนี้ นอกจากนั้นตัวเซลล์โรเวอร์ยังสามารถสื่อสารกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ด้านนอกเซลล์ได้ รวมไปถึงการกระตุ้นให้เซลล์ทำหน้าที่ต่างๆ เช่น การแบ่งตัวได้ และยังสามารถเก็บพลังงานจากภายนอกเข้ามาสำหรับใช้งานตัวเซลล์โรเวอร์นี้ได้อีกด้วย

ต้องขออธิบายก่อนว่า แนวคิดที่จะติตตั้งสายอากาศเข้าไปในเซลล์นั้นเป็นอะไรที่ท้าทายอย่างมาก เพราะโดยปกติแล้ว เสาอากาศแบบทั่วไปที่ทำงานโดยใช้แม่เหล็กไฟฟ้า (electromagnetic) ที่ทำงานโดยอาศัยหลักการ electromagnetic resonance ทำให้ค่าความถี่ของคลื่นส่งผ่านเข้าไปมีปริมาณมหาศาล ส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์จากความร้อนที่เกิดจากพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แถมช่วงของค่าที่ตรวจจับได้ก็ต่ำด้วย แต่สำหรับเซลล์โรเวอร์จะใช้วิธีที่แตกต่างออกไป โดยการพัฒนาเสาอากาศแมกเนโตรสตริกทีฟ (magnetostrictive antenna) ซึ่งจะมีการส่งสัญญาณจะผ่านจากสนามแม่เหล็กที่เหนี่ยวนำโดยไฟฟ้ากระแสสลับ (AC magnetic field) และเปลี่ยนเป็นคลื่นเสียง (acoustic wave) ไปยังวัสดุแมกเนโตสตริกทีฟ (Magnetostrictive material) ที่เป็นเสาอากาศในฝังอยู่ในเซลล์ ขนาดความยาวของคลื่นเสียงคิดเป็นสองเท่าของเสาอากาศซึ่งเป็นขนาดที่สามารถส่งผ่านพลังงานแม่เหล็ก (magnetic energy) ให้เป็นพลังงานความเครียดในวัสดุ (strain energy) ได้มีประสิทธิภาพสูงสุด ส่งผลให้สามารถควบคุมผ่านสัญญาณไร้สาย (wireless) และอาศัยคลื่นความถี่ที่ต่ำกว่าแบบที่ใช้แม่เหล็กไฟฟ้ากว่า 1,000 เท่า ทำให้ตัวเซลล์โรเวอร์สามารถทำงานอยู่ภายในเซลล์ได้โดยไม่เกิดความเสียหาย

ทางทีมวิจัยเลือกที่จะศึกษาจากเซลล์ไข่ของกบเล็บแอฟริกันก็เพราะว่า สิ่งมีชีวิตนี้เป็นสิ่งมีชีวิตต้นแบบที่นิยมใช้ในการศึกษาชีววิทยาการเจริญ (developmental biology) การปฏิสนธินอกร่างกาย (in-vitro fertilization) การค้นหายา (drug discovery) และพันธุวิศวกรรม (genetic engineering) กันอย่างแพร่หลายในวงการชีววิทยา จึงเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีในการลองใช้เซลล์โรเวอร์ในเซลล์ไข่กบชนิดนี้

ความสำเร็จในการพัฒนาเทคโนโลยีเซลล์โรเวอร์ดังกล่าว จะเป็นการเปิดประตูสู่โลกแห่งการศึกษาชีววิทยาในเซลล์อย่างลึกซึ้ง ทำให้เราเข้าใจธรรมชาติของเซลล์มากกว่าที่เคยเป็น ส่งผลทำให้การพัฒนาวิธีรักษาโรคชนิดต่างๆ เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ถือเป็นความหวังใหม่ในวงการชีววิทยาและการแพทย์ของมนุษยชาติเลยทีเดียว ไม่แน่ว่า ในอนาคตเราอาจจะมีหุ่นยนต์นาโนบอท (Nanobot) ที่สามารถควบคุมจากภายนอกร่างกายให้เข้ามารักษาร่างกายของเราได้อย่างละเอียดและตรงจุด โดยที่ไม่ต้องใช้มีดผ่าตัดเข้าไปก็เป็นได้

อ้างอิง

Cell Rover—a miniaturized magnetostrictive antenna for wireless operation inside living cells | Nature Portfolio Bioengineering Community

Cell Rover—a miniaturized magnetostrictive antenna for wireless operation inside living cells | Nature Communications