Cover_nologo (48)

นวัตกรรมวัสดุนาโนเจล กับการนำส่งยารักษาโรค

ความพยายามในการรักษาโรคร้ายที่เกิดขึ้นในปัจจุบัน ด้วยปริมาณยาที่เหมาะสมกับที่ร่างกายแต่ละคนต้องการ เป็นการช่วยยกระดับวงการแพทย์ ทั้งในด้านความสิ้นเปลืองของปริมาณยาที่ใช้ และความปลอดภัยของร่างกายผู้ป่วยที่รับยาในปริมาณที่พอดี นวัตกรรมการนำส่งยาไปยังจุดที่ร่างกายผู้ป่วยต้องการจึงได้รับความสนใจอย่างมาก ส่งผลให้วัสดุห่อหุ้มยาพอลิเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันได้หลากหลายได้ถูกพัฒนาขึ้น เพื่อนำส่งยาไปยังอวัยวะต่างๆในร่างกาย แต่การจะทำให้ได้วัสดุ หรือตัวยาพร้อมใช้เหล่านี้ต้องทำอย่างไรบ้าง สามารถติดตามได้จากบทความ

ทำความรู้จักกับระบบนำส่งยา

ระบบนำส่งยา (Drug delivery system :DDS) เป็นการเตรียมยาด้วยวิธีหลากหลายรูปแบบ ที่สามารถควบคุมการปลดปล่อยยาในปริมาณที่กำหนดและสามารถนำยาส่งไปยังตำแหน่งเป้าหมายในร่างกายได้ตามต้องการ เช่น ควบคุมการปลดปล่อยยาด้วยเอนไซม์จำเพาะที่เกิดขึ้นบริเวณของเนื้อเยื่อที่ผิดปกติ, ควบคุมด้วยค่าความเป็นกรด-เบส(pH) ที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี เป็นต้น พอลิเมอร์เป็นวัสดุที่ได้รับความสนใจสำหรับการนำมาใช้ควบคุมการปลดปล่อยยาให้เป็นไปตามต้องการ เนื่องจากสามารถปรับให้มีหมู่ฟังก์ชันได้หลากหลายในสัดส่วนที่ควบคุมได้ โดยการเลือกใช้การผสมผสานจากมอนอเมอร์หลายชนิดในสัดส่วนที่เหมาะสมโดยผ่านขั้นตอนการการเตรียมด้วยวิธีพอลิเมอไรเซซัน ทั้งนี้พอลิเมอร์ที่เลือกใช้ต้องมีคุณสมบัติทางชีวภาพที่ สำคัญคือ มีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อร่างกาย สามารถย่อยสลายได้ในร่างกาย ไม่เป็นพิษ และไม่ทำลายระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย จึงนิยมนำมาใช้เป็นตัวช่วยและนำส่งยาไปยังบริเวณเป้าหมายร่างกาย โดยไม่ทำให้ยาเกิดการปลดปล่อยหรือตัวยาถูกทำลายไปก่อนถึงอวัยวะเป้าหมาย

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่การพัฒนา(โค)พอลิเมอร์ซึ่งเป็นวัสดุพอลิเมอร์สำหรับการนำไปประยุกต์ทางเทคโนโลยีชีวภาพประเภทต่างๆ ได้แก่ การดัดแปรหลังพอลิเมอไรเซชันแบบเป็นขั้นตอนของโฮโมพอลิเมอร์ที่มีหมู่เพนทาฟลูออโรเฟนิลเอสเทอร์เพียงชนิดเดียวสามารถใช้เป็นวิธีการที่สะดวกในการ นำไปสู่การเตรียมนาโนเจลที่ตอบสนองต่อสารต้านอนุมูลอิสระ เช่น กลูตาไทโอน (glutathione, GSH) เป็นต้น ที่มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพ เพื่อนำไปใช้เป็นพาหะนาโนนำส่งยารักษามะเร็งที่ตอบสนองต่อความเป็นกรด-เบสอย่างมีประสิทธิภาพ โดยทำการสังเคราะห์โคพอลิเมอร์ระหว่าง 2-เมทาคริโลอิลออกซีเอทิลฟอสโฟริลโคลีน และ กรดได ไฮโดรไลโปอิกที่มีหมู่เมทาคริเลต สามารถใช้เป็นวัสดุเคลือบที่มีความสามารถต้านทานการเกิดตะกรันหรือตะกอนสะสมบนวัสดุทางชีวการแพทย์ทั้งที่เป็นโลหะและพอลิเมอร์

การสังเคราะห์วัสดุนาโนเจล

• งานวิจัยนี้ ทำการสังเคราะห์โคพอลิเมอร์ จากมอนอเมอร์ 2-เมทาคริโลอิลออกซีเอทิลฟอสโฟริลโค
ลีน และ กรดไฮโดรไลโปอิกที่มีหมู่เมทาคริเลตสังเคราะห์ได้เป็นพอลิ(เพนทาฟลูออโรเฟนิล เมทาคลิเลต)(PPFPMA) และนำมาดัดแปลงฟังก์ชันด้วยพอลิ(โอลิโก(เอทิลีนไกลคอล)เมทาคริลาไมด์)(POEGMAM) ได้โคพอลิเมอร์ ชนิด PPFPMA-co-POEGMAM หลังจากนั้นนำโคพอลิเมอร์ที่ได้ทำการเตรียมให้อยู่ในรูปของนาโนเจล หรือพาหะนาโนนำส่งยารักษาเซลล์โรคร้ายที่ตอบสนองต่อความเป็นกรด-เบส โดยทำการศึกษาขนาดของไมเซลล์*ของโคพอลิเมอร์ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM)และวัดขนาดอนุภาคด้วยเทคนิคการกระเจิงของแสง (DLS) ของโคพอลิเมอร์ที่สังเคราะห์ได้ และศึกษาความสามารถของการบรรจุสารหรือตัวยา เปรียบเทียบการเตรียมนาโนเจลจากโคพอลิเมอร์ที่แตกต่างกัน 3 โครงสร้าง คือ PPFPMA73-coPOEGMAM27 , PPFPMA46-coPOEGMAM54 และ PPFPMA26-coPOEGMAM74

*ไมเซลล์ เป็นโครงสร้างซึ่งประกอบด้วยส่วนที่มีขั้วและไม่ไม่มีขั้ว ส่วนที่ไม่มีขั้วไว้หันเข้าด้านใน และเอาส่วนที่มีขั้วไว้ด้านนอกในระบบที่มีตัวทำละลายมีขั้วเป็นสารหลักของระบบ เพื่อสัมผัสกับส่วนที่มีขั้วหรือตัวทำละลายที่มีขั้วเช่น น้ำ เป็นต้น

• นำโคพอลิเมอร์ในรูปของนาโนเจลที่ได้รับคัดเลือกเป็นโครงสร้างที่เหมาะสม นำไปทำการ
เพิ่มคุณสมบัติชอบน้ำ เริ่มจากการนำมาดัดแปลงโครงสร้างด้วยเอ็น-ไอโซโพรพิลเอมีน เนื่องจากเอ็น-ไอโซโพรพิลเอมีน(IPA)เป็นสารที่มีคุณสมบัติเป็นไฮโดรฟิลิก(สารที่มีขั้วและชอบน้ำ) ส่วนโคพอลิเมอร์ ชนิด PPFPMA-co-POEGMAM เป็นส่วนที่ไม่มีขั้ว เมื่อเกิดการเชื่อมติดกันระหว่าง IPA และ PPFPMA-co-POEGMAM ทำให้เกิดเป็นโคพอลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติแอมพลิฟิลิก** ที่อยู่ในรูปของนาโนเจล และทำการศึกษาความสามารถในการบรรจุและปลดปล่อยสารที่ละลายน้ำได้น้อยหรือไม่ชอบน้ำของนาโนเจลที่สังเคราะห์ได้ที่อุณภูมิต่างๆ คือ 25 0C เป็นสภาวะอุณหภูมิห้อง และ 37 0C เป็นอุณหภูมิร่างกายคนปกติ ในงานวิจัยนี้ได้เลือกใช้ไนล์เรด(NR) เนื่องจากเป็นสารที่มีสมบัติไม่ชอบน้ำ จึงนำมาใช้เป็นเป็นสารตัวอย่างในการวิเคราะห์ครั้งนี้ และทำการเติมสารกลูตาไทโอน (glutathione, GSH) ***ที่เป็นสารที่ทำหน้าที่กำจัดอนุมูลอิสระภายในเซลล์

**แอมพลิฟิลิก เป็นคุณสมบัติของสารประกอบที่มีโครงสร้างโมเลกุลแบ่งออกได้เป็น 2 ส่วน คือ ส่วนที่ชอบน้ำ เรียกว่า ไฮโดรฟิลิก และส่วนที่ชอบไขมัน เรียกว่า ลิโพฟิลิก หรือไฮโดรโฟบิก
***สารกลูตาไทโอน (glutathione, GSH) เป็นสารต้านอนุมูลอิสระที่เป็นตัวยาที่ใช้สำหรับรักษาโรคต่างๆที่เกิดจากการที่ร่างกายมีสารอนุมูลอิสระมากเกินไป เช่นโรคระบบภูมิคุ้มกัน , โรคมะเร็ง เป็นต้น

• จากผลการศึกษาความสามารถในการกักเก็บและปลดปล่อย สาร NR ร่วมกับกลูตาไทโอน ของ
วัสดุนาโนเจล PPFPMA-co-POEGMAM ที่เชื่อมติดกับIPA พบว่า ที่อุณหภูมิ 25 0C สาร NR ถูกปลดปล่อยในปริมาณสูงสุด 70% ใช้เวลา 95 ชั่วโมง ขณะที่ในสภาวะอุณหภูมิ 37 0C สาร NR ถูกปลดปล่อยในปริมาณสูงสุด 94% ที่ระยะเวลาเดียวกัน เนื่องจากที่อุณหภูมิสูงขึ้น GSHจะช่วยลดโอกาสการเชื่อมกันระหว่างไดซัลไฟด์กับพอลิเมอร์ที่เป็นโครงสร้างนาโนเจลที่จะเป็นกระบวนการขัดขวางการควบคุมการปลดปล่อยสารของนาโนเจลนั่นเอง


• ทำการทดสอบความเป็นพิษต่อเซลล์เนื้อเยื่อเพาะเลี้ยงของนาโนเจล โดยงานวิจัยนี้ได้เลือกศึกษา
กับเซลล์เนื้อเยื่อเพาะเลี้ยงใต้ผิวหนังของหนู ชนิดL929 โดยทำการเติมนาโนเจลจากโคพอลิเมอร์ที่เตรียมได้ ใส่ลงไปในหลุมเลี้ยงเซล์เนื้อเยื่อ L929 ทำการเปรียบเทียบผลการทดลองระหว่าง ไมเซลล์ของ PPFPMA-co-POEGMAM , PPFPMA3-coPOEGMAM27 ในรูปแบบนาโนเจล และ PPFPMA3-coPOEGMAM27 ในรูปแบบนาโนเจล ที่ถูกเติมด้วยเอ็น-ไอโซโพรพิลเอมีน (IPA) และติดตามผลการทดสอบจากค่าเปอร์เซ็นต์การมีชีวิตรอด(% cell viability) ของเซลล์L929

ผลและอภิปราย

• ผลการศึกษา ขนาดของอนุภาคของโคพอลิเมอร์ในรูปของนาโนเจล ทั้ง 3 โครงสร้าง ได้แก่
27%POEGMAM (PPFPMA73-co-POEGMAM27), 54%POEGMAM(PPFPMA46-coPOEGMAM54) และ 74%POEGMAM (PPFPMA26-coPOEGMAM74) พบว่า PPFPMA73-coPOEGMAM27 มีขนาดอนุภาคเล็กที่สุดและมีองค์ประกอบของพอลิเมอร์ PPFPMA สูงที่สุด อนุภาคที่มีขนาดเล็กนี้ จะช่วยเพิ่มความสามารถในการดูดซึม เพิ่มการละลาย สารมารถป้องกันการเสื่อมสลายและควบคุมการปลดปล่อยสารได้อย่างมีประสิทธิภาพ จากการวัดขนาดอนุภาคด้วยเทคนิคTEM พบว่า PPFPMA73-coPOEGMAM27มี ขนาดของอนุภาคประมาณ 200 นาโนเมตร และจากการวัดขนาดอนุภาคด้วยเทคนิคDLS พบว่ามีขนาดของอนุภาคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 450 นาโนเมตรและมีลักษณะเป็นอนุภาคทรงกลม ซึ่งการวัดขนาดอนุภาคด้วยเทคนิค DLS มีขนาดใหญ่กว่าการวัดด้วยเทคนิคTEM เนื่องจากเทคนิคDLS มีการใช้น้ำเป็นตัวกลางในการวิเคราะห์ ทำให้ไมเซลล์เกิดการขยายตัวในน้ำเมื่อทดสอบด้วยเทคนิคDLSจึงทำให้มีขนาดอนุภาคที่ใหญ่กว่า


• นาโนเจลที่สังเคราะห์ได้จากงานวิจัยนี้ ได้จากโคพอลิเมอร์ PPFPMA73-coPOEGMAM27ดัดแปร
หมู่ฟังก์ชันด้วยเอ็น-ไอโซโพรพิลเอมีน(IPA) ผลิตเป็นนาโนเจลที่มีคุณสมบัติเป็น แอมพลิฟิลิก ที่สามารถห่อหุ้มโมเลกุลของสารหรือตัวยาได้ทั้งที่ไม่ชอบน้ำหรือละลายน้ำได้น้อยและชอบน้ำหรือละลายในน้ำได้ดี
• สำหรับการนำไปใช้งานทางการแพทย์ วัสดุนาโนเจลที่บรรจุยาจะต้องถูกผ่านเข้าไปในร่างกาย
ผู้ป่วย จึงต้องทำการทดสอบความเป็นพิษเพื่อตรวจสอบความเข้ากันได้ของร่างกาย ผลการทดสอบพบว่า นาโนเจลจากโคพอลิเมอร์ PPFPMA73-coPOEGMAM27ที่ถูกดัดแปรหมู่ฟังก์ชันด้วยเอ็น-ไอโซโพรพิลเอมีน(IPA) ให้ค่าเปอร์เซ็นต์การมีชีวิตรอด(% cell viability) ของเซลล์L929 สูงที่สุดโดยให้ค่า%ที่สูงมากกว่า90% ที่ระดับความเข้มข้น ของ IPA 0.016-2.0 mg/mL บ่งบอกได้ว่านาโนเจลที่ถูกดัดแปรด้วยสาร IPA ที่ระดับความเข้มข้นดังกล่าว ไม่มีความเป็นพิษและมีความเข้ากันได้ในทางชีวภาพ โดยไม่รบกวนระบบภูมิคุ้มกันในร่างกาย

เห็นได้ชัดว่าวัสดุนาโนเจลที่สังเคราะห์ได้จากงานวิจัยนี้ สามารถเข้ากันได้ในชีวภาพที่มีศักยภาพมหาศาลสำหรับการนำไปประยุกต์ใช้เป็นสารเคลือบยาหรือเป็นตัวนำส่งยาไปสู่อวัยวะเป้าหมายได้ตรงตำแหน่งที่ต้องการ สะดวกต่อการนำไปใช้งาน ความสำเร็จของงานวิจัยนี้จะเป็นโอกาสเปิดกว้างให้เกิดการพัฒนาที่หลากหลายของนวัตกรรมนาโนเจล ซึ่งคุณสมบัติจากวัสดุนาโนเจลนี้ จะสามารถนำไปผลิตเป็นตัวนำส่งยาที่มีการปรับสภาพให้สามารถทนต่อสภาวะแวดล้อมในระหว่างเคลื่อนผ่านตำแหน่งต่างๆทางกระแสเลือดได้ในอนาคต

จุดเริ่มต้นของระบบนำส่งยาในอนาคต

เส้นทางการพัฒนาเทคโนโลยีด้านระบบการนำส่งยาถือว่าเป็นหนทางสำคัญที่จะนำไปสู่นวัตกรรมการรักษาโรคที่ทันสมัยมากขึ้น ทำให้การรักษาบรรลุวัตถุประสงค์ โดยใช้ระยะเวลาของการรักษาที่น้อยลงและด้วยประสิทธิภาพที่สูงของการควบคุมการปลดปล่อยยาให้ตรงเป้าหมายของวัสดุนาโนเจล ช่วยทำให้ร่างกายมีการดูดซึมยาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ไม่สูญเสียตัวยาระหว่างการเคลื่อนที่ก่อนถึงตำแหน่งหรืออวัยวะเป้าหมาย อีกทั้งสามารถนําแนวคิดนี้ไปใช้ประโยชน์ในการออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์และนวัตกรรมใหม่ ๆในด้านที่สอดคล้องกันต่อไปและคาดว่าจะเป็นเทคโนโลยีก้าวใหม่เพื่ออนาคต หากในอนาคตมีการพัฒนาในด้านการลดต้นทุนในการผลิตวัสดุดังกล่าว จะเป็นก้าวสำคัญที่จะทำให้เกิดการนำไปใช้งานในวงการแพทย์อย่างแพร่หลายมากขึ้น

อ้างอิงข้อมูลจาก

โครงการวิจัย “ฟังก์ชันนัลพอลิเมอร์สำหรับการประยุกต์ทางเทคโนโลยีชีวภาพขั้นสูง”

หัวหน้าโครงการ : วรวีย์ โฮเว่น
สนับสนุนโดย : สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกสว.)

เรียบเรียง ไพรินทร์ ตันติวิชยานนท์
กราฟิก ไพรินทร์ ตันติวิชยานนท์

 

00:00
00:00
Empty Playlist