โครงร่างวิศวกรรมเนื้อเยื่อเลียนแบบธรรมชาติที่ทำจากพอลิไวนิลแอลกอฮอล์ผสมไหมไฟโบรอินเพื่อประยุกต์ใช้งานด้านกระดูกข้อเข่า

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

มนัสวี จินา, พริดา ณ ระนอง

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

อัษฎาพร ตั้งประเสริฐ, ปาณิสรา สีภักดี

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมอ.วิทยานุสรณ์ สุราษฎร์ธานี

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2564

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

โรคข้อเข่าเสื่อม (Osteoarthrisis) เป็นโรคที่พบได้บ่อยในผู้สูงอายุและผู้ที่มีน้ำหนักตัวมาก เกิดขึ้นจากกระดูกอ่อนมีการสึกหรอและเสื่อมสภาพลง หากไม่ได้รับการรักษา กระดูกอ่อนบริเวณข้อเข่านี้ก็จะเสื่อมสภาพไปเรื่อยๆ เมื่อมีการเคลื่อนไหวก็จะทำให้เกิดการเสียดสีจนสึกกร่อน รู้สึกฝืดที่ข้อเข่า เข่าผิดรูป ทำให้เกิดความเจ็บปวด ซึ่งเป็นปัญหาในการใช้ชีวิตประจำวัน การรักษาผู้ป่วยโรคข้อเข่าเสื่อมในปัจจุบันอาจทำการผ่าตัดเพื่อรักษาด้วยโลหะหรือเซรามิกส์ เช่น Zirconia (ZrO2), Alumina (Al2O3), Alumina Toughened Zirconia (ATZ) หรือการปลูกกระดูกใหม่เพื่อทดแทนกระดูกข้อเข่าที่เสียหาย เช่น autograft หรือ allograft เป็นต้น อย่างไรก็ตาม การรักษาและการซ่อมแซมกระดูกข้อเข่าที่บกพร่องนั้นยังเป็นปัญหาในงานคลินิก ดังนั้นในระยะหลังจึงได้นำความรู้เรื่องวิศวกรรมเนื้อเยื่อเข้ามาใช้ร่วมกับการรักษา

วิศวกรรมเนื้อเยื่อ (Tissue engineering) เป็นกระบวนการสร้าง เพื่อทดแทน ซ่อมแซม หรือปรับปรุงการทำงานของเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่สูญเสียหรือบาดเจ็บ ซึ่งองค์ประกอบหลักของวิศวกรรมเนื้อเยื่อจะประกอบไปด้วย เซลล์ (cell) โครงร่างวิศวกรรมเนื้อเยื่อหรือโครงร่างเลี้ยงเซลล์ (scaffold) และโมเลกุลให้สัญญาณหรือสารกระตุ้นชีวภาพ (Biological factors)

การปรับปรุงและพัฒนาวัสดุโครงร่างเลี้ยงเซลล์ให้มีความเหมาะสมในการนำไปใช้งานถูกศึกษาอย่างขึ้น เนื่องจากองค์ประกอบส่วนนี้เปรียบเหมือนโครงชั่วคราวให้เซลล์เกิดการยึดเกาะและเจริญเติบโต จนกระทั่งเนื้อเยื่อกระดูกอ่อนเกิดการฟื้นสภาพและเกิดขึ้นใหม่เพื่อทดแทนกระดูกบริเวณที่เสียหายได้ การใช้วัสดุชีวภาพ(biomaterials) สำหรับการผลิตโครงร่างเลี้ยงเซลล์ต้องมีคุณสมบัติที่สำคัญ เช่น มีการย่อยสลายที่สัมพันธ์กับการเกิดกระดูกใหม่มีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อ และต้องมีความแข็งแรงไม่เสียรูปได้ง่าย เป็นต้น

พอลิไวนิลแอลกอฮอล์ (Polyvinyl alcohol: PVA) เป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่นิยมนำมาใช้งานด้านทางวิศวกรรมเนื้อเยื่อ เนื่องจากมีสมบัติความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อ มีความยิดหยุ่นสูง ทนแรงดึงและแรงกดได้มากเมื่อนำมาทำเป็นโครงร่างวิศวกรรมเนื้อเยื่อ นอกจากนี้การเคลือบด้วยไหมไฟโปรอิน ซึ่งเป็นโปรตีนจากธรรมชาติที่มีคุณสมบัติเข้ากัน ได้กับเนื้อเยื่อ ไม่ทำให้เนื้อเยื่อเป็นพิษ สามารถย่อยสลายได้ และมีความแข็งแรง จะช่วยส่งเสริมให้โครงร่างเลี้ยงเซลล์มีคุณสมบัติที่ดีขึ้น

ดังนั้นในโครงงานชิ้นนี้จึงได้สร้างโครงร่างเลี้ยงเซลล์แบบสามมิติที่ทำจาก PVA และไหมไฟโปรอินที่ความเข้มข้นต่างๆกัน โดยโครงร่างเลี้ยงเซลล์จะขึ้นรูปด้วยด้วยวิธีการ Freeze-thaw สำหรับการนำไปใช้งานในด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อกระดูกอ่อน