Thursday, November 29, 2007

กลยุทธ์การตรวจจับการเจริญพัฒนาของเซลล์ต้นกำเนิดประสาทในสมองมนุษย์โดยเทคนิควิธี proton magnetic resonance spectroscopy

นับตั้งแต่การค้นพบเซลล์ต้นกำเนิดประสาทในสมองของสัตว์มีกระดูกสันหลังรวมทั้งในมนุษย์ ซึ่งเซลล์ต้นกำเนิดประสาทดังกล่าวนี้อาจมีความสำคัญในกระบวนการทางสรีรวิทยาพื้นฐานของระบบประสาท การผลิตเซลล์ในระบบประสาท (neural cells) อันได้แก่ เซลล์ประสาท (neurones) โอลิโกเดนโดรไซต์ (oligodendrocytes) และแอสโทรไซต์ (astrocytes) นักวิจัยบางกลุ่มได้เสนอทฤษฏีว่าด้วยบทบาทของการเกิดใหม่ของเซลล์ประสาทในตัวเต็มวัย (adult neurogenesis) ต่อกระบวนการจดจำและการเรียนรู้ของสมอง นอกจากนี้แนวทางการระดมเซลล์ต้นกำเนิดประสาท (recruitment of endogenous neural stem cells) เพื่อการเยียวยาสมองเมื่อเกิดพยาธิสภาพและเกิดการบาดเจ็บก็เป็นหัวข้องานวิจัยที่น่าสนใจอยู่ไม่น้อย

โดยทั่วไปแล้วการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเซลล์ไม่ว่าจะเป็นเซลล์ต้นกำเนิดประสาท (neural stem cells) เซลล์ผู้ผลิตเซลล์ประสาท (neuronal progenitor cells) และเซลล์ประสาทที่มีการพัฒนาสมบูรณ์แล้ว (mature neurones) ล้วนอาศัยเทนนิค เช่น immunocytochemistry และ FACS เป็นต้น เพื่อตรวจจับโมเลกุลบ่งชี้ที่อยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งต้องอาศัยการทดลองในห้องปฏิบัตการ ในกรณีที่ใช้สัตว์ทดลองเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงจำนวนเซลล์ชนิดต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเกิดใหม่ของเซลล์ประสาทจำเป็นต้องทำให้สัตว์ทดลองเสียชีวิตก่อน โดยที่ไม่สามารถตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้ในขณะที่สัตว์ทดลองยังมีชีวิตอยู่

ความพยายามตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ต้นกำเนิดประสาทได้ประสบความสำเร็จตามลำดับขั้นเมื่อนักวิจัยสามารถใช้เทนนิค magnetic resonance imaging (MRI) และpositron emission topography (PET) เพื่อตรวจจับเซลล์ต้นกำเนิดประสาทหรือเซลล์ประสาทที่ถูกปลูกถ่ายในสมองของสัตว์ทดลอง แต่ทั้งนี้เทคโนโลยีดังกล่าวจำเป็นต้องบ่มเซลล์กับสารที่เรียกว่า contrast agents และสารติดรังสี (radioligands) ซึ่งเซลล์จะต้องนำสารดังกล่าวนี้เข้าสู่เซลล์และกักเก็บไว้ตลอดระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้เครื่องมือ เช่น MRI และPET สามารถตรวจจับเซลล์ชนิดต่างๆ ที่เกิดจากเซลล์ที่ได้รับการปลูกถ่าย ที่เกิดการพัฒนาในระยะต่างๆ ในบริเวณต่างๆ ของสมอง แต่อย่างไรก็ตามเทคนิคดังกล่าวนี้คงไม่สามารถใช้ได้กับเซลล์ต้นกำเนิดประสาทที่มีอยู่แล้วในสมองของมนุษย์หรือเซลล์ต้นกำเนิดประสาทจากแหล่งภายนอกที่จะนำไปปลูกถ่ายในสมองมนุษย์ เนื่องจากกลุ่มสาร contrast agents และสารติดรังสีมีความเป็นพิษค่อนข้างสูงและสารดังกล่าวนี้อาจมีผลต่อกระบวนการเจริญพัฒนาของเซลล์ต้นกำเนิดประสาท

กลุ่มนักวิจัยจากประเทศสหรัฐอเมริกาซึ่งนำทีมโดย Louis N. Manganas ได้ประสบความสำเร็จในการใช้เทคนิค Proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) ในการระบุความแตกต่างของสารบ่งชี้ในเซลล์ต้นกำเนิดประสาท เซลล์ประสาท เซลล์แอสโทรไซต์ เซลล์โอลิโกเดนโดรไซต์ รวมทั้งยืนยันการมีอยู่ของเซลล์ต้นกำเนิดประสาทในบริเวณเดนเตตไจรัสของสมองส่วนฮิปโปแคมปัส และยังรายงานว่าปริมาณเซลล์ต้นกำเนิดประสาทในเด็กเล็ก เด็กวัยรุ่น ผู้ใหญ่ จะลดลงเป็นลำดับอย่างมีนัยสำคัญซึ่งสอดคล้องการเกิดใหม่ของเซลล์ประสาทที่ลดลงเมื่ออายุเพิ่มมากขึ้น การวิจัยนี้จึงเป็นการค้นพบครั้งยิ่งใหญ่ซึ่งผลการทดลองมีความสอดคล้องกับผลการทดลองในสัตว์ทดลองอื่นๆ ที่มีการตีพิมพิ์แล้ว

ในการทดลองแรกนักวิจัยได้ใช้เซลล์ต้นกำเนิดประสาทชนิด neural progeneitor cells จากสมองของตัวอ่อนของหนูถีบจักรที่มีการเพาะเลี้ยงจนเกิดเป็นกลุ่มเซลล์ค่อนข้างกลมที่เรียกว่า neurosphere ทั้งนี้ตัวอย่างสารบ่งชี้ที่จำเพาะของเซลล์ประสาทคือ N-acetyl aspartate (NAA) 2.02 ppm และสาร choline 3.22 ppm ในเซลล์แอสโทรไซต์ นักวิจัยสามารถระบุสารบ่งชั้จำเพาะกับเซลล์ต้นกำเนิดประสาทดังกล่าวที่ความถี่ 1.28 parts per million (ppm) นอกจากนี้ยังพบว่าความเข้มของสัญญาณที่ความถี่ดังกล่าวแปรผันตรงกับจำนวนเซลล์ต้นกำเนิดประสาท

เมื่อศึกษาเปรียบเทียบสัญญาณที่ความถี่ 1.28 ppm ในเซลล์ต้นกำเนิดประสาทกับ เซลล์กำเนิดจากตัวอ่อน (embryonic stem cells) เซลล์ต้นกำเนิดจากรากขน (hair follicle- derived spheres) เซลล์ตั้งต้นในการสร้างเซลล์โอลิโกเดนโดรไซต์ (oligodendrocyte progenitor cells) และเซลล์ที่อาจพบได้ในเนื้อเยื่อประสาท เช่น แมคโครฝาจ (macrophage) เซลล์เม็ดเลือดขาวชนิด ที (T lymphocytes) และเซลล์ไมโครเกลีย (microglia) และจากการทดลองพบว่าในเซลล์กำเนิดจากตัวอ่อน เซลล์ต้นกำเนิดจากรากขน และเซลล์ตั้งต้นในการสร้างเซลล์โอลิโกเดนโดรไซต์ สามารถตรวจจับความเข้มของสัญญาณที่ความถี่ 1.28 ppm น้อยกว่าในเซลล์ต้นกำเนิดประสาทอย่างมีนัยสำคัญ และตรวจจับสัญญาณได้ในขนาดที่ต่ำมากสำหรับเซลล์แมคโครฝาจ เซลล์เม็ดเลือดขาวชนิด ที และเซลล์ไมโครเกลีย

เมื่อเซลล์ต้นกำเนิดประสาทของหนูถีบจักรที่ถูกเพาะเลี้ยงแบบ neurosphere มีการเจริญพัฒนา (differentiation) ไปเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่จำเพาะ (differentiated cell types) ชนิดต่างๆ พบว่าระดับความเข้มของสัญญาณที่ความถี่ 1.28 ppm ลดลง แต่สัญญาณที่ความถี่ที่จำเพาะสำหรับเซลล์ที่ทำหน้าที่จำเพาะเช่น ที่ความถี่ 2.02 ppm ของสาร NAA ที่จำเพาะต่อเซลล์ประสาท และที่ความถี่ 3.22 ppm สำหรับสาร choline ในเซลล์แอสโทรไซต์

จากนั้นคณะนักวิจัยได้ศึกษาเปรียบเทียบสเปคตรัมของเซลล์จากสมองของตัวอ่อนของหนู (mouse embryos) ถีบจักรวันที่ 12 หลังจากปฏิสนธิ (embryonic day 12; E12) ซึ่งเป็นจุดที่เริ่มมีการสร้างเซลล์ประสาท (developmental neurogenesis) และสมองของหนูถีบจักรในวันที่ 30 ภายหลังจากเกิดแล้ว (P30) ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่เซลล์ในระบบประสาทชนิดต่างๆ เกือบทั้งหมดได้มีการเจริญพัฒนาสมบูรณ์แล้ว พบว่า E12 มีระดับความเข้มของสัญญาณที่ความถี่ 1.28 ppm ลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับเซลล์ในระบบประสาทจากหนูถีบจักร P30 ในทางตรงข้ามพบว่าหนูถีบจักร P30 มีสัญญาณของสารบ่งชี้สำหรับเซลล์ที่มีการเจริญพัฒนาแล้วมีระดับที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับ E12

จบตอนที่ 1