นักวิทยาศาสตร์ค้นพบสัญญาณสำคัญสำหรับการผลิตเลือดเทียม

นักวิทยาศาสตร์ใกล้จะสร้างเลือดเทียมได้อีกหนึ่งก้าวแล้ว: การค้นพบสัญญาณสำคัญ CXCL12 อาจทำให้การผลิตเซลล์เม็ดเลือดแดงมีประสิทธิภาพมากขึ้น

นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาวิจัยเกี่ยวกับการผลิตเลือดเทียมมานานหลายทศวรรษแล้ว และตอนนี้ นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยคอนสแตนซ์และมหาวิทยาลัยควีนแมรีแห่งลอนดอน ได้ก้าวไปอีกขั้นด้วยการค้นพบครั้งใหม่

ในประเทศเยอรมนี มีความต้องการโลหิตประมาณ 15,000 หน่วยต่อวัน ซึ่งส่วนใหญ่มาจากแหล่งบริจาคโลหิต การวิจัยเกี่ยวกับวิธีการอื่นๆ ในการสกัดโลหิต รวมถึงการผลิตโลหิตเทียมจำนวนมาก ได้ดำเนินการมาเป็นเวลาหลายปีแล้ว แต่ยังคงห่างไกลจากการใช้งานอย่างแพร่หลาย ปัญหาหลักอยู่ที่กลไกที่ซับซ้อนอย่างยิ่งยวดที่ร่างกายผลิตของเหลวสำคัญนี้ตามธรรมชาติ ซึ่งยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้

การระบุสัญญาณสำคัญสำหรับการสร้างเม็ดเลือดแดง

ดร. จูเลีย กุตจาห์ นักชีววิทยาประจำสถาบันชีววิทยาเซลล์และวิทยาภูมิคุ้มกันทูร์เกา มหาวิทยาลัยคอนสแตนซ์ ศึกษากลไกการสร้างเม็ดเลือด เธอร่วมกับเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยควีนแมรีแห่งลอนดอน ได้ค้นพบสัญญาณโมเลกุลชนิดหนึ่ง คือ คีโมไคน์ CXCL12 ซึ่งกระตุ้นกระบวนการขับนิวเคลียสออกจากเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดแดง ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการพัฒนาเซลล์เม็ดเลือดแดง

“ขั้นตอนสุดท้ายของการเปลี่ยนเอริโทรบลาสต์เป็นเซลล์เม็ดเลือดแดงคือการขับนิวเคลียสออก กระบวนการนี้พบได้เฉพาะในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และเปิดพื้นที่ให้ฮีโมโกลบิน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการขนส่งออกซิเจน” กุตจาห์ร อธิบาย

แม้ว่ากระบวนการในการเจริญเติบโตของเซลล์ต้นกำเนิดไปเป็นเซลล์เม็ดเลือดแดงจะเกือบได้รับการปรับให้เหมาะสมแล้วก็ตาม แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่ชัดเจนเลยว่าปัจจัยใดเป็นตัวกระตุ้นการขับไล่ของนิวเคลียส

“เราพบว่าคีโมไคน์ CXCL12 ซึ่งมีอยู่ในไขกระดูกเป็นหลัก สามารถเริ่มต้นกระบวนการนี้ร่วมกับปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ การเพิ่ม CXCL12 เข้าไปในเอริโทรบลาสต์ในเวลาที่เหมาะสม ทำให้เราสามารถกระตุ้นการขับนิวเคลียสออกได้” กุตจาห์รกล่าว

สิ่งนี้หมายถึงอะไรสำหรับการผลิตเลือดเทียม?

การค้นพบนี้ถือเป็นความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ที่อาจช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตเลือดเทียมได้อย่างมีนัยสำคัญในอนาคต อย่างไรก็ตาม ยังคงต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม

ตั้งแต่ปี 2023 Gutjahr ได้เป็นผู้นำกลุ่มวิจัยของตนเองที่สถาบันชีววิทยาเซลล์และภูมิคุ้มกันวิทยา Thurgau และยังคงศึกษาบทบาทของ CXCL12 ต่อไป

“ขณะนี้เรากำลังศึกษาว่าจะใช้ CXCL12 เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตเม็ดเลือดแดงของมนุษย์แบบเทียมได้อย่างไร” Gutjahr อธิบาย

นอกจากการประยุกต์ใช้จริงในการผลิตเม็ดเลือดแดงเชิงอุตสาหกรรมแล้ว ผลการศึกษานี้ยังให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ เกี่ยวกับกลไกของเซลล์อีกด้วย ซึ่งแตกต่างจากเซลล์อื่นๆ ที่จะเคลื่อนที่เมื่อถูกกระตุ้นโดย CXCL12 ในเอริโทรบลาสต์ สัญญาณนี้จะถูกส่งผ่านภายในเซลล์ แม้กระทั่งเข้าไปในนิวเคลียส ซึ่งจะช่วยเร่งการเจริญเติบโตของเซลล์และส่งเสริมการขับนิวเคลียสออกไป

“การศึกษาของเราแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าตัวรับคีโมไคน์ไม่เพียงแต่ทำหน้าที่บนพื้นผิวเซลล์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงภายในเซลล์ด้วย โดยเปิดมุมมองใหม่ๆ ให้กับชีววิทยาของเซลล์” ศาสตราจารย์ Antal Roth จาก Queen Mary University กล่าว

เพิ่มประสิทธิภาพการผลิตสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย

ปัจจุบัน เซลล์ต้นกำเนิดยังคงเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการผลิตเลือดเทียม โดยการกำจัดนิวเคลียสเกิดขึ้นในเซลล์ประมาณ 80% อย่างไรก็ตาม แหล่งที่มาของเซลล์ต้นกำเนิดยังมีจำกัด (เช่น เลือดจากสายสะดือ ไขกระดูกจากผู้บริจาค) ซึ่งทำให้การผลิตจำนวนมากเป็นไปไม่ได้

เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการรีโปรแกรมเซลล์ชนิดต่างๆ ให้เป็นเซลล์ต้นกำเนิด และนำมาใช้สร้างเซลล์เม็ดเลือดแดง วิธีการนี้ให้แหล่งเซลล์ที่แทบจะไร้ขีดจำกัด แต่ใช้เวลานานกว่าและมีประสิทธิภาพน้อยกว่า โดยมีเพียง 40% ของเซลล์เท่านั้นที่ขับนิวเคลียสออกมา

“การค้นพบใหม่ของเราเกี่ยวกับบทบาทสำคัญของ CXCL12 ทำให้เรามีความหวังว่าการใช้ CXCL12 จะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตเม็ดเลือดแดงจากเซลล์ที่ถูกตั้งโปรแกรมใหม่ได้อย่างมีนัยสำคัญ” Gutjahr กล่าว

หากการผลิตจำนวนมากเป็นไปได้ ก็จะเกิดการประยุกต์ใช้งานที่หลากหลายขึ้น เช่น การผลิตเลือดหมู่หายากโดยเฉพาะ การขจัดปัญหาการขาดแคลนเลือดจากผู้บริจาค และความเป็นไปได้ในการสร้างเลือดของผู้ป่วยเองเพื่อใช้ในการรักษาโรคเฉพาะทางต่างๆ

การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารScience Signaling