แนวคิดใหม่แห่งวงการชีวเคมีทางการแพทย์: การตรวจสอบ DNA ของมะเร็งบนผิวเม็ดเลือดแดงโดยใช้เลือดไก่เป็นแบบในการศึกษาเพื่อพัฒนาสู่นวัตกรรมใหม่ในการวินิจฉัยโรคมะเร็งที่รวดเร็ว
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
วงศกร มาลาลักษมี, มทินา บุญเต็ม, ชุตินันต์ สุขพงศ์จิรากุล
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
เกียรติภูมิ รอดพันธ์, ปีติ ธุวจิตต์
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
พวกเรานักเรียนผู้พัฒนาโครงงานมีความมุ่งมั่นตั้งใจอยากจะสร้างสรรค์โครงงานที่จะเป็นประโยชน์ต่อประชากรทุกคนและมุ่งหวังว่าผลงานของโครงงานที่พัฒนาขึ้นจะเป็นนวัตกรรมและองค์ความรู้ใหม่ที่จะก่อให้เกิดประโยชน์เป็นวงกว้างต่อสังคมได้ แน่นอนว่าเรื่องโรคภัยไข้เจ็บเป็นเรื่องใกล้ตัวที่หลีกเลี่ยงไม่ได้โดยเฉพาะโรคมะเร็งซึ่งคร่าชีวิตผู้คนรอบตัวเราไปมากมาย ดังนั้นหากเราสามารถพัฒนาวิธีการตรวจมะเร็งได้รวดเร็วกว่าวิธีการในปัจจุบันได้ก็จะสามารถช่วยชีวิตผู้คนไว้ได้อีกมากมายก่อนที่มะเร็งจะลุกลามไปจนสายเกินแก้ พวกเราจึงได้ค้นคว้าหาข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับโรคมะเร็งและพบว่าผู้ป่วยโรคมะเร็งจะมี DNA ของมะเร็งอยู่ในกระแสเลือด และการตรวจโรคมะเร็งในปัจจุบันที่เป็นการตรวจทางเลือดจะให้ผลที่รวดเร็วกว่าการตรวจด้วยชิ้นเนื้อ แต่การตรวจ DNA ของมะเร็งทางเลือดนั้นจะตรวจจาก DNA ของมะเร็งในน้ำเลือด (plasma) แต่เนื่องด้วย plasma เป็นของเหลวที่มีปริมาณมากในเลือดส่งผลให้ปริมาณความเข้มข้น DNA ของมะเร็งค่อนข้างต่ำ ซึ่งถ้าหากเป็นมะเร็งในระยะต้น ๆ ก็อาจจะไม่สามารถตรวจพบได้ พวกเราจึงมีแนวคิดว่าเนื่องจากเม็ดเลือดแดงซึ่งเป็นองค์ประกอบหลักที่สำคัญในเลือดเป็นอนุภาคระดับไมครอนไม่ใช่ของเหลวแบบพลาสมา หากเราสามารถพิสูจน์ได้ว่า DNA ของมะเร็งสามารถอยู่บนเม็ดเลือดแดงได้ด้วยนั้น เราก็จะสามารถตรวจพบ DNA ของมะเร็งได้ดีกว่าการตรวจด้วย plasma มาก อีกทั้งเมื่อค้นคว้าเพิ่มเติมก็พบว่าบนผิวเม็ดเลือดแดงจะมีตัวรับ (Receptor) ที่มีคุณสมบัติในการจับกับสารประเภทกรดนิวคลีอิกได้ ซึ่ง DNA ก็เป็นสารประเภทกรดนิวคลีอิก ด้วยเหตุนี้พวกเราจึงมีแนวคิดว่าหากเราสามารถตรวจสอบ DNA ของมะเร็งบนผิวเม็ดเลือดแดงได้ก็จะนำไปสู่การพัฒนานวัตกรรมใหม่ในการวินิจฉัยโรคมะเร็งที่รวดเร็ว อย่างไรก็ตามเพื่อความปลอดภัยในการทดลองเพื่อป้องกันโรคระบาดและจริยธรรมในการทดลอง พวกเราจึงได้เลือกใช้เลือดไก่ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการบริโภคมาเป็นแบบในการศึกษาเนื่องจากมีข้อมูลว่า Receptor บนผิวของเม็ดเลือดแดงของไก่มีคุณสมบัติที่คล้ายกับ Receptor ของคนและสามารถจับกับกรดนิวคลีอิกได้เช่นกัน
ในขั้นตอนแรกของการทำการทดลองพวกเราได้ออกแบบวิธีการทดสอบว่า ctDNA สามารถจับกับ receptor ที่ผิวของเม็ดเลือดแดงได้โดยจะใช้เซลล์มะเร็งเต้านม 2 ชนิดเป็นต้นแบบในการศึกษา และใช้ 2 เทคนิคในการตรวจสอบ ได้แก่ การใช้เทคนิค DNA Hibridization ซึ่งเป็นเทคนิคการนำ DNA Probe มาจับเพื่อแสดงสัญญาณสี และ Cross linking ซึ่งเป็นเทคนิคที่ทำให้ DNA ของมะเร็งจับกับ Receptor แน่นขึ้น โดยใช้ Formaldehyde เป็น crosslinker จากผลการทดลองพบว่า ctDNA สามารถจับกับ receptor ที่ผิวของเม็ดเลือดแดงได้
วัดสัดส่วนโดยตรงของจำนวน gene ที่ถูก copy ในแต่ละ 1 cycle โดยการทำ Real-time PCR เพื่อศึกษาว่า ctDNA สามารถจับกับ TLR21 ได้ปริมาณมากเพียงใด โดยจะทำการทดลองทั้งหมด 4 ครั้ง ในการทดลองครั้งนี้ คณะผู้จัดทำโครงงานได้รับความอนุเคราะห์จากภาควิชาวิทยาภูมิคุ้มกัน คณะแพทยศาสตร์ ศิริราชพยาบาล มหาวิทยาลัยมหิดล สังกัดโรงพยาบาลศิริราชให้ใช้ผลการทดลองร่วมด้วย โดยทางโรงพยาบาลศิริราชมีความสนใจในแนวคิดนี้ จึงได้นำวิธีการที่ผู้จัดทำโครงงานออกแบบการทดลองกับเลือดไก่ในโครงงานนี้ ไปทดลองในเลือดมนุษย์เพื่อทำการศึกษาร่วมด้วย ทั้งนี้เลือดมนุษย์ที่ทางฝั่งทางโรงพยาบาลใช้ศึกษาเป็นเลือดตัวอย่างที่ใช้ศึกษากันในห้องปฏิบัติการทดลองโดยเฉพาะซึ่งมีมาตรฐานความปลอดภัยที่สูงและได้รับอนุญาตจากเจ้าของเลือดให้ทำการศึกษาอันเป็นประโยชน์ต่อความรู้ทางวงการการแพทย์ในอนาคต
จากผลการทดลองกับเลือดไก่ทั้งหมด 4 ครั้งพบว่า ctDNA มีโอกาสที่จะจับกับ TLR21 สูงและจากผลการทดลองกับเลือดคนทั้งหมด 4 ครั้งพบว่าชุดการทดลองที่มียีน EIF5B และชุดการทดลองที่มียีน HER2 ของทั้งที่มาจากเซลล์ MDA-MB-231 และ เซลล์ SKBR3 เกิดการ Amplification ได้ โดยสามารถเปรียบเทียบ HER2 และ EIF5B ในแต่ละเซลล์ได้ว่าในเซลล์ MDA-MB-213 มีอัตราส่วนปริมาณระหว่างยีน EIF5B และยีน HER2 ใกล้เคียงกับ 1:1 และในเซลล์ SKBR3 มีอัตราส่วนปริมาณระหว่างยีน HER2 และยีน EIF5B มากกว่า 1:1 ซึ่งตรงตามทฤษฎีและสอดคล้องกับคุณสมบัติของเซลล์ที่นำมาใช้ศึกษา
โดยแนวคิดการตรวจสอบ DNA ของมะเร็งบนผิวเม็ดเลือดแดงนี้ถือได้ว่าเป็นแนวคิดใหม่แห่งวงการชีวเคมีทางการแพทย์ แม้แต่ในฐานข้อมูล PubMed Central ก็ยังไม่เคยมีการศึกษาในประเด็นนี้มาก่อน ดังนั้นหากพวกเราทำการศึกษาพัฒนาการตรวจสอบนี้ได้สำเร็จก็จะเป็นนวัตกรรมใหม่ที่จะเป็นประโยชน์ต่อวงการแพทย์อย่างมาก