ผลรางวัลโนเบลวันแรกของปี 2023 ในวันที่ 2 ตุลาคมที่ผ่านมา ประกาศผลอย่างเป็นทางการแล้ว สำหรับสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ ซึ่งในปีนี้ผู้ที่ได้รับรางวัลมี 2 คน ได้แก่ เคทลิน คาริโก (Katalin Kariko) นักวิจัยชาวฮังการี และ ดรูว์ ไวส์แมน (Drew Weissman) แพทย์ชาวอเมริกัน จากการค้นพบสำคัญในช่วงที่ผ่านมา ซึ่งช่วยรักษาชีวิตคนเอาไว้ได้นับล้าน และช่วยย่นระยะเวลาการระบาดของโรค COVID-19 ให้สั้นลง ผลงานที่ว่าคือ การค้นพบวัคซีนเอ็มอาร์เอ็นเอ (mRNA Vaccine)
วัคซีน ก่อนจะมีโควิด
ปกติแล้ว การฉีดวัคซีนช่วยในการกระตุ้นภูมิคุ้มกันของร่างกายที่มีต่อเชื่อโรคต่าง ๆ เพื่อเป็นประตูบานแรกในการต่อกรกับเชื้อก่อโรคที่เข้าสู่ร่างกายภายหลังจากที่ฉีดวัคซีนไปแล้ว โดยวัคซีนในอดีตที่นิยมใช้มักจะผลิตจากสารตั้งต้นเป็นเชื้อก่อโรคที่ตายแล้ว หรือเชื้อที่อ่อนแอจนไม่สามารถสร้างอาการป่วยรุนแรงแก่ร่างกายได้ เช่น วัคซีนโปลิโอ (Polio) วัคซีนโรคหัด (Measles) และวัคซีนไข้เหลือง (Yellow Fever) ซึ่งผู้คิดค้นวัคซีนไข้เหลืองก็ได้รับรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์เหมือนกัน ในปี 1951
ยุคต่อมา เริ่มมีการเปลี่ยนเทคนิคและสารตั้งต้นการสร้างวัคซีน ด้วยความก้าวหน้าทางชีววิทยาโมเลกุล ทำให้นักวิจัยสามารถใช้ส่วนประกอบบางส่วนของไวรัสมาทำให้เป็นวัคซีนได้ โดยไม่ต้องใช้ไวรัสทั้งตัวที่อ่อนแอหรือตายแล้วแบบแต่ก่อน โดยวัคซีนในยุคนั้นอาจใช้แค่รหัสพันธุกรรมที่ทำให้ไวรัสสังเคราะห์โปรตีนบนผิวไวรัส เพื่อเอามาสังเคราะห์โปรตีนเองในปริมาณน้อย ๆ แล้วใช้เป็นวัคซีน ทำให้โปรตีนที่สังเคราะห์ตามรหัสพันธุกรรมนั้นสามารถไปกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่ต่อต้านไวรัสเจ้าของรหัสพันธุกรรมได้ เช่น วัคซีนป้องกันไวรัสตับอักเสบบี (Hepatitis B) และวัคซีนป้องกันเอชพีวี (HPV, Human Papillomavirus) หรือบางทีการผลิตวัคซีนที่เรียกว่า วัคซีนพาหะ (Vector Vaccine) ซึ่งนำส่วนที่มีรหัสพันธุกรรมเข้าไปอยู่ในไวรัสชนิดอื่นที่ไม่มีอันตราย เมื่อฉีดวัคซีนชนิดนี้เข้าสู่ร่างกาย เซลล์ของเราเองจะสามารถสังเคราะห์โปรตีนที่ช่วยกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่จำเพาะต่อไวรัสเจ้าของรหัสพันธุกรรมนั้นได้ เช่น วัคซีนป้องกันไวรัสอีโบลา
การผลิตวัคซีนทั้งที่ใช้ไวรัสเต็มตัว ใช้โปรตีน หรือใช้พาหะ ก็ต้องมีการเพาะเลี้ยงเซลล์จำนวนมาก แต่ทรัพยากรในการวิจัยสิ่งเหล่านี้กลับมีอยู่อย่างจำกัด ทำให้การผลิตวัคซีนด้วยวิธีเหล่านี้ล่าช้า และไม่อาจตอบสนองได้ทันการระบาดครั้งใหญ่ของเชื้อโรคบางชนิด นักวิจัยจึงพยายามหาวิธีการพัฒนาวัคซีนที่ไม่ต้องเพาะเลี้ยงเซลล์ขนาดนี้ ซึ่งมีการตามหาวิธีกันมานานแล้วก่อนหน้านี้ แต่ยังไม่เคยสำเร็จ
ความหวังยังมี อยู่ที่ mRNA
ในเซลล์ของเราบรรจุรหัสพันธุกรรมเอาไว้ในรูปของสารพันธุกรรมที่เรียกว่าดีเอ็นเอ (DNA) ซึ่งมันจะถูกถอดรหัสไปเป็นเอ็มอาร์เอ็นเอ (mRNA, messenger RNA) เพื่อให้มีรหัสพันธุกรรมสั้นลงเฉพาะส่วน สำหรับเป็นต้นแบบในการสังเคราะห์โปรตีนตามรหัสจำเพาะนั้น โดยในช่วงทศวรรษที่ 80 มีการนำเสนอวิธีการผลิต mRNA อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องเพาะเลี้ยงเซลล์ เรียกว่า in vitro transcription หรือการถอดรหัสในหลอดทดลอง ซึ่งขั้นตอนนี้จะช่วยเร่งการพัฒนาการประยุกต์ใช้ชีววิทยาโมเลกุลไปยังงานด้านต่าง ๆ ได้ หนึ่งในนั้นคือการประยุกต์ใช้กับการผลิตวัคซีนและยารักษาโรค แม้จะเริ่มต้นแบบนั้น แต่ก็ยังคงมีอุปสรรคบางอย่างอยู่ เพราะเอ็มอาร์เอ็นเอที่สร้างขึ้นภายนอกร่างกายมีความไม่เสถียรเอาเสียเลย จึงมีความท้าทายอย่างมากในการคิดค้นวิธีขนส่งตัววัคซีนเข้าสู่เป้าหมายภายในร่างกาย นอกจากนี้ตัวเอ็มอาร์เอ็นเอที่สร้างขึ้นภายนอกร่างกายยังก่อให้เกิดการอักเสบอีกด้วย เนื่องจากร่างกายเห็นว่าเป็นสิ่งแปลกปลอม และไม่ยอมรับมันเข้าสู่ร่างกาย นักวิจัยจึงต้องทำงานอย่างหนักเพื่อก้าวข้ามอุปสรรคเหล่านี้ให้ได้
เคทลิน คาริโก ทุ่มเทการทำงานทั้งชีวิตเพื่อพัฒนาการประยุกต์ใช้เอ็มอาร์เอ็นเอในเชิงการแพทย์ โดยเธอประสบปัญหามากมายในชีวิตการทำงานของเธอ เพราะในตอนเริ่มต้นการทำงานไม่มีใครเชื่อเธอเลย เนื่องจากอาร์เอ็นเอเป็นสารพันธุกรรมที่มีความเสถียรน้อย เสียสภาพได้ง่าย และไม่เคยมีใครนำมันมาประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ได้สำเร็จมาก่อน แต่นั่นก็ไม่ได้ทำให้คาริโกท้อถอยเลยสักนิด แม้ว่าเธอจะไม่ได้ก้าวหน้าในอาชีพการงาน ไม่มีเงินทุนวิจัย หรือบางครั้งไม่มีห้องแล็บให้เธอทำงานด้วยซ้ำ เธอก็ยังคงหาทางกลับมาทำงานวิจัยที่เธอเชื่อมั่นอยู่เสมอ จนกระทั่งเธอได้พบกับ ดรูว์ ไวส์แมน แพทย์ด้านวิทยาภูมิคุ้มกันโดยบังเอิญในห้องถ่ายเอกสาร ทั้งสองคุยการเรื่องการศึกษาเอ็มอาร์เอ็นเอ และไวส์แมนให้ความสนใจมาก เขาจึงถามคาริโกว่า ถ้าหากอยากสร้างวัคซีนต้านเชื้อไวรัส HIV ด้วยเทคนิคนี้คิดว่าทำได้ไหม? ซึ่งคาริโกก็ตอบไปว่า “ได้! ฉันทำได้แน่นอน” ทั้งสองจึงได้ร่วมงานกัน
ความก้าวหน้าจาก mRNA
คาริโกกับไวส์แมนศึกษาโดยใช้เอ็มอาร์เอ็นเอ ใส่ไปในร่างกายหนูทดลองเพื่อสั่งการให้เอ็มอาร์เอ็นเอนั้นสังเคราะห์เป็นโปรตีนในร่างกายหนูทดลอง และแน่นอนว่าพวกเขาทำไม่สำเร็จ นอกจากจะสั่งการสังเคราะห์โปรตีนในร่างกายหนูทดลองไม่ได้ ยังทำให้พวกมันเกิดอาการป่วย เคลื่อนไหวผิดปกติ ไม่มีความอยากอาหาร การศึกษาต่อมาจึงต่อยอดอาการป่วยของหนู ว่าอาจเกิดจากการที่ภูมิคุ้มกันในร่างกายคิดว่าเอ็มอาร์เอ็นที่ใช้เป็นสิ่งแปลกปลอม นำไปสู่การกระตุ้นการอักเสบ แต่เอ็มอาร์เอ็นเอจากสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาแบบเดียวกัน พวกเขาจึงค้นหาคุณสมบัติสำคัญบางอย่าง ที่ทำให้เอ็มอาร์เอ็นเอจากสองแหล่งที่มานี้ไม่เหมือนกัน
อาร์เอ็นเอ ประกอบไปด้วยรหัสพันธุกรรมพื้นฐานจากเบส 4 ชนิด ได้แก่ A (Adenine), U (Uracil), G (Guanine) และ C (Cytosine) คล้าย ๆ กับรหัสพันธุกรรมของดีเอ็นเอ ซึ่งนักวิจัยทั้งสองทดลองสังเคราะห์เอ็มอาร์เอ็นเอแบบใหม่ ๆ หลายรูปแบบ โดยการเปลี่ยนแปลงลักษณะทางเคมีเฉพาะของเบสทีละชนิด พวกเขาจึงมีการปรับแต่งโครงสร้างเอ็มอาร์เอ็นเอ โดยการแทนที่หน่วยของเอ็มอาร์เอ็นเอที่มีรหัส U จากเบส Uracil ด้วยโมเลกุลที่ชื่อว่า ซูโดยูริดีน (Pseudouridine) ซึ่งมีความใกล้เคียงกับองค์ประกอบที่มีอยู่ในเอ็มอาร์เอ็นเอจริง ๆ ในธรรมชาติ และนำเอ็มอาร์เอ็นเอที่ปรับแต่งแล้วไปศึกษาอีกครั้ง พบว่าระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายไม่ได้ตอบสนองอย่างรุนแรงจนเกิดอาการป่วยอีกแล้ว ผลงานนี้ทำให้หนูทดลองสามารถสร้างโปรตีนในร่างกายอย่างมีประสิทธิภาพได้ตามที่พวกเขาต้องการ
การค้นพบนี้ทำให้เกิดองค์ความรู้ใหม่ในการฉีดเอ็มอาร์เอ็นเอเข้าสู่ร่างกายมนุษย์ เพื่อให้สร้างโปรตีนที่มีคุณสมบัติทางยา เช่น อินซูลิน หรือฮอร์โมนบางชนิด ในการรักษาโรคต่าง ๆ รวมถึงยังเป็นจุดเริ่มต้น 15 ปีก่อนที่เทคโนโลยีนี้จะถูกนำมาใช้ในฐานะผู้ชะลอการระบาดของไวรัส COVID-19
ศักยภาพของวัคซีนพลัง mRNA
บทความงานวิจัยของคาริโกกับไวส์แมนได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรกในปี 2005 ซึ่งยังคงมีการศึกษาค้นคว้าต่อในหัวข้อเดิมจนมีการตีพิมพ์ผลงานวิจัยเพิ่มเติมอีกในปี 2008 และ 2010 โดยความสนใจในเทคโนโลยีเอ็มอาร์เอ็นเอเริ่มเป็นที่สนใจมากขึ้นในปี 2010 บริษัทหลายแห่งนำวิธีการดังกล่าวไปใช้ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ของตน เช่น วัคซีนป้องกันไวรัสซิกา (Zika virus) แต่แล้วกลับมีการแพร่ระบาดของเชื้อ SARS-CoV-2 หรือต้นตอของโรค COVID-19 ซึ่งแพร่กระจายสู่คนทั่วโลกอย่างรวดเร็วมาก เทคนิคการดัดแปลงเอ็มอาร์เอ็นเอของคาริโกกับไวส์แมนจึงถูกหยิบมาใช้ทำวัคซีน โดยใช้รหัสพันธุกรรมที่ตรงกับโปรตีนบนพื้นผิว SARS-CoV-2 และพัฒนาจนกลายเป็นวัคซีนได้สำเร็จ ซึ่งมีการอนุมัติวัคซีนที่ผลิตโดยเทคโนโลยีชนิดนี้ตั้งแต่เดือนธันวาคม ปี 2020
ด้วยความรวดเร็วในการพัฒนาวัคซีนที่น่าประทับใจนี้ วัคซีนเอ็มอาร์เอ็นเอจึงเป็นที่สนใจมากกว่าที่เคย และกลายเป็นการปูทางสู่วิธีการใหม่ที่จะใช้ผลิควัคซีนป้องกันโรคชนิดอื่นต่อไปในอนาคตด้วย รวมถึงการใช้เพื่อรักษาโรคต่าง ๆ โดยเฉพาะมะเร็งบางชนิดด้วย
เทคโนโลยีเอ็มอาร์เอ็นเอที่คาริโกและไวส์แมนค้นพบ นำมาประยุกต์ใช้เป็นการผลิตวัคซีนป้องกัน COVID-19 ไปแล้วมากกว่า 13,000 ล้านโดสทั่วโลก และได้ช่วยชีวิตคนเอาไว้หลายล้านคน ทำให้สังคมเรากลับมาสู่สภาวะปกติได้อย่างในปัจจุบัน จากการค้นพบเดียงพื้นฐานเล็ก ๆ ในการปรับแต่งเอ็มอาร์เอ็นเอให้เข้าสู่ร่างกายคนได้ เพราะฉะนั้นรางวัลโนเบลในปีนี้จึงถือเป็นการสนับสนุนจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลงเทคโนโลยีด้านสุขภาพครั้งใหญ่ที่สุดในยุคของเรานั่นเอง
อ้างอิง
https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2023/press-release/
