ฮีโร่จากชายฝั่ง

หนอนทะเลผู้ไขคำตอบที่นักวิทยาศาสตร์ค้นหานานหลายสิบปี

นานหลายทศวรรษที่วงการแพทย์พยายามอย่างไม่ลดละที่จะสร้าง "เลือดเทียม" หรือสารพาออกซิเจน (Hemoglobin-Based Oxygen Carriers - HBOCs) ที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ ความพยายามในช่วงแรกมุ่งเน้นไปที่การดัดแปลงฮีโมโกลบินจากวัวหรือเลือดมนุษย์ที่หมดอายุ แต่ก็ต้องพบกับอุปสรรคสำคัญ โครงการมูลค่าหลายพันล้านดอลลาร์ต้องปิดตัวลง เนื่องจากสารทดแทนเลือดเหล่านั้นมักก่อให้เกิดผลข้างเคียงรุนแรง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ภาวะหลอดเลือดหดตัว (vasoconstriction) ซึ่งนำไปสู่ความดันโลหิตสูงและทำลายเนื้อเยื่อ¹ จนกระทั่งคำตอบที่ทุกคนค้นหา กลับถูกพบในสิ่งมีชีวิตที่คาดไม่ถึง ณ ชายฝั่งแคว้นบริตตานี ประเทศฝรั่งเศส

บนชายหาดที่ดูธรรมดา อาจเป็นที่ซ่อนของคำตอบที่วงการแพทย์ค้นหามานานหลายทศวรรษ

ชีวิตสุดขั้วในเขตน้ำขึ้นน้ำลง

ณ ชายฝั่งแห่งนี้ เป็นที่อยู่อาศัยของ หนอนทราย (Lugworm) ที่มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า Arenicola marina สิ่งมีชีวิตที่ดูธรรมดานี้ใช้ชีวิตด้วยการฝังตัวอยู่ใต้ผืนทรายในเขตน้ำขึ้นน้ำลง (intertidal zone) ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมที่โหดร้ายและเปลี่ยนแปลงอย่างสุดขั้ว ทุกๆ วัน พวกมันต้องเผชิญกับวงจรที่ซ้ำไปซ้ำมา:

  • เมื่อน้ำขึ้น: สภาพแวดล้อมจะอุดมไปด้วยน้ำทะเลที่เต็มไปด้วยออกซิเจน
  • เมื่อน้ำลง: พวกมันจะถูกตัดขาดจากออกซิเจนเป็นเวลานานหลายชั่วโมง

วงจรชีวิตที่ต้องสลับไปมาระหว่างภาวะออกซิเจนสูงและต่ำนี้ มีความคล้ายคลึงอย่างยิ่งกับภาวะทางการแพทย์ที่เรียกว่า "ภาวะขาดเลือดและกลับมีเลือดไหลเวียน" (Ischemia-Reperfusion Injury) ซึ่งเป็นต้นเหตุสำคัญที่ทำให้อวัยวะและเนื้อเยื่อเสียหายระหว่างการปลูกถ่ายอวัยวะหรือในผู้ป่วยโรคหัวใจและหลอดเลือด²

วงจรชีวิตที่ต้องสลับระหว่างสภาวะออกซิเจนสูงและต่ำสุดขั้ว คือบททดสอบที่ธรรมชาติสร้างขึ้น

คำถามเปลี่ยนโลกของ ดร. แฟรงค์ ซาล

ในปี 2007 ดร. แฟรงค์ ซาล (Dr. Franck Zal) นักชีววิทยาทางทะเลผู้ก่อตั้งบริษัท Hemarina ได้มองหนอนทรายด้วยมุมมองที่แตกต่างออกไป จากประสบการณ์กว่า 15 ปีในการวิจัยสิ่งมีชีวิตในสภาพแวดล้อมสุดขั้ว เขาได้ตั้งคำถามสำคัญที่ว่า: **"สิ่งมีชีวิตนี้เอาชีวิตรอดจากสภาวะขาดออกซิเจนที่รุนแรงเช่นนี้ได้อย่างไร?"**³

คำถามนี้นำไปสู่การค้นพบครั้งประวัติศาสตร์ในเลือดของหนอนทราย ฮีโมโกลบินของมันมีลักษณะพิเศษอย่างยิ่ง คือไม่ได้บรรจุอยู่ในเซลล์เม็ดเลือดแดงเหมือนมนุษย์ แต่ลอยอยู่อย่างอิสระในระบบไหลเวียนโลหิต และมีคุณสมบัติที่โดดเด่นเหนือกว่าฮีโมโกลบินของมนุษย์ในทุกมิติ:

  • ขนาดโมเลกุลมหึมา: มีขนาดใหญ่กว่าฮีโมโกลบินมนุษย์ถึง 250 เท่า
  • ความสามารถในการบรรจุออกซิเจน: สามารถขนส่งออกซิเจนได้มากกว่าฮีโมโกลบินมนุษย์ถึง 40 เท่า เนื่องจากหนึ่งโมเลกุลของมันสามารถจับออกซิเจนได้ถึง 156 โมเลกุล⁴
  • ความเข้ากันได้สากล: เนื่องจากเป็นฮีโมโกลบินนอกเซลล์ (extracellular) จึงไม่มีแอนติเจนของหมู่เลือด ทำให้สามารถใช้ได้กับผู้ป่วยทุกคนโดยไม่ต้องตรวจหมู่เลือด⁵

โมเลกุลฮีโมโกลบินขนาดยักษ์ของหนอนทะเล (ขวา) สามารถบรรจุออกซิเจนได้มากกว่าของมนุษย์ (ซ้าย) ถึง 40 เท่า

ที่มา Batool, F et al. Therapeutic Potential of Hemoglobin Derived from the Marine Worm Arenicola marina (M101): A Literature Review of a Breakthrough Innovation. Mar. Drugs 2021, 19, 376

คำตอบจากวิวัฒนาการ 450 ล้านปี

ดร. ซาล ตระหนักในทันทีว่าเขาไม่ได้ค้นพบแค่ความมหัศจรรย์ทางชีววิทยา แต่เป็นคำตอบที่วงการแพทย์ตามหามาตลอด ธรรมชาติได้ใช้วิวัฒนาการยาวนานถึง 450 ล้านปี เพื่อออกแบบโมเลกุลที่สมบูรณ์แบบในการรับมือกับภาวะขาดออกซิเจน ขนาดที่ใหญ่โตของมันช่วยป้องกันไม่ให้โมเลกุลเล็ดลอดออกจากหลอดเลือดไปจับกับไนตริกออกไซด์ (Nitric Oxide) ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของภาวะหลอดเลือดหดตัวที่ทำให้ HBOCs รุ่นก่อนๆ ต้องล้มเหลว²

การค้นพบนี้เป็นเครื่องพิสูจน์ว่า บางครั้งคำตอบของปัญหาที่ซับซ้อนที่สุดก็ไม่ได้มาจากวิศวกรรมในห้องทดลอง แต่มาจากการสังเกตและถอดรหัสสิ่งที่ธรรมชาติได้สร้างสรรค์ไว้อย่างสมบูรณ์แบบแล้ว หนอนทรายตัวเล็กๆ จากชายฝั่งบริตตานี ได้กลายเป็น "ฮีโร่" ที่มอบกุญแจสำคัญในการไขปัญหาที่ท้าทายนักวิทยาศาสตร์มานานหลายสิบปี มันได้มอบพิมพ์เขียวสำหรับสร้างสารพาออกซิเจนที่ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพ แต่ยังปลอดภัยอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน โมเลกุลมหัศจรรย์ที่สกัดได้จากเลือดของมัน ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อรหัสว่า M101 คือจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติครั้งใหม่ แล้วอะไรคือคุณสมบัติเชิงลึกที่ทำให้ M101 แตกต่าง? เราจะมาถอดรหัส "สุดยอดโมเลกุล" ที่พร้อมจะมาเปลี่ยนโฉมหน้าวงการแพทย์ไปตลอดกาลในบทความต่อไป

Work cited

  1. Alayash, A. I. (2004). Oxygen therapeutics: pursuit of protein-based blood substitutes. Clinical Chemistry, 50(9), 1546-1554. อ้างถึงใน A bloodless revolution. EMBO reports, 6(8), 719–722.

  2. Rousselot, M., et al. (2006). Arenicola marina extracellular hemoglobin: a new promising blood substitute. Biotechnology Journal, 1(3), 333-345.

  3. Hemarina. (n.d.). A human, scientific, and entrepreneurial adventure. Retrieved from hemarina.com 

  4. Batool, H., et al. (2021). Therapeutic Potential of Hemoglobin Derived from the Marine Worm Arenicola marina (M101): A Literature Review of a Breakthrough Innovation. Marine Drugs, 19(7), 376.

  5. Atlanpole Biotherapies. (2021, November 12). World first: a double forearm transplant thanks to marina lugworms from the company Hemarina.