หน้าที่ 1 - เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมกับการพัฒนาวัคซีนไข้เลือดออก
เทคโนโลยีพันธุวิศวกรรมกับการพัฒนาวัคซีนไข้เลือดออก
รศ. นพ. นพพร สิทธิสมบัติและ อ. ดร. พูนสุข กีฬาแปง
ภาควิชาจุลชีววิทยา คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
[email protected]
ในขณะที่การควบคุมโรคไข้เลือดออกโดยใช้มาตรการต่างๆที่หวังผลในการลดจำนวนยุงและการป้องกันยุงกัดยังไม่สามารถให้ผลต่อเนื่องเป็นระยะเวลานานได้ ดังนั้นทุกคนจึงเฝ้ารอวัคซีนที่มีประสิทธิภาพในการลดอุบัติการณ์ของโรคไข้เลือดออกและลดการแพร่ระบาดของโรค ซึ่งการพัฒนาวัคซีนสำหรับโรคไข้เลือดออกนี้เป็นงานที่ท้าทายมาก มีความพยายามของหลายกลุ่ม วิจัยอย่างต่อเนื่องตลอดช่วง 30 ปี ที่ผ่านมา
บทบาทของวัคซีนในการควบคุมและป้องกันโรคไข้เลือดออก
การใช้วัคซีนมีบทบาทมากในการควบคุมและป้องกันโรคติดเชื้อไวรัสหลายๆชนิด เช่นโรคไข้ทรพิษ (small pox) โรคไขสันหลังอักเสบโปลิโอ (poliomyelitis) โรคตับอักเสบจากไวรัสชนิด บี (viral hepatitis B)และโรคไข้สมองอักเสบ (Japanese encephalitis) จนทำให้อุบัติการณ์ของโรคเหล่านี้ลดลงได้มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของโรคไข้ทรพิษ องค์การอนามัยโลกได้ทำโครงการรณรงค์โดยใช้วัคซีนและการเฝ้าระวังโรคอย่างกว้างขวางจนสามารถกำจัดโรคไข้ทรพิษออกไปจากโลกได้ ในทางตรงกันข้าม การพัฒนาวัคซีนสำหรับโรคติดเชื้อไวรัสเรื้อรังหลายชนิดได้ประสบปัญหาอย่างมาก ซึ่งรวมถึงวัคซีนสำหรับโรคเอดส์และโรคตับอักเสบจากไวรัสชนิด ซี (viral hepatitis C) เป็นต้น
ในปัจจุบันนี้ มีองค์ความรู้หลายประการที่บ่งชี้ว่า การใช้วัคซีนป้องกันโรคไข้เลือดออกน่าจะสามารถช่วยกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายให้มีความต้านทานต่อการติดเชื้อหรือการเกิดโรคที่รุนแรงได้ โดยมีปัจจัยที่เกี่ยวเนื่องทั้งในส่วนของเชื้อไวรัสเด็งกี่และของคน ในการก่อโรคในคน เชื้อไวรัสเด็งกี่ต้องเข้าเพิ่มจำนวนในร่างกายจนมีปริมาณสูงเพียงพอ โดยการเพิ่มจำนวนจะเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่จำกัดระยะหนึ่งเท่านั้น เมื่อระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายได้ถูกกระตุ้นให้ทำงานแล้ว ก็สามารถกำจัดเชื้อไวรัสและเซลล์ที่ติดเชื้อไวรัสที่เป็นเหตุของโรคได้จนหมดสิ้น เชื้อไวรัสเด็งกี่ไม่สามารถหลบหลีกการทำลายของระบบภูมิคุ้มกันและคงค้างอยู่ในร่างกายเป็นระยะเวลานาน เนื่องจากเชื้อนี้ขาดกลไกที่จะช่วยให้หลบซ่อนอยู่ภายในเซลล์ได้อย่างเรื้อรัง ดังเช่นเชื้อไวรัสเอดส์หรือเชื้อไวรัสเริม ในขณะนี้ เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่า การทำงานของระบบภูมิคุ้มกันเพียงพอต่อการกำจัดเชื้อไวรัสเด็งกี่ให้หมดไปจากร่างกายได้ในระหว่างการติดเชื้อตามธรรมชาติ ดังนั้น การชักนำให้ร่างกายสามารถตอบสนองต่อเชื้อไวรัสอย่างรวดเร็ว โดยให้ได้รับวัคซีนไว้ตั้งแต่ก่อนที่จะเกิดการติดเชื้อในธรรมชาติ จึงน่าจะช่วยให้ผู้ที่ได้รับวัคซีนเกิดผลดี คือเมื่อได้รับเชื้อจากยุงภายหลังก็จะสามารถกำจัดเชื้อไวรัสเด็งกี่ก่อนการที่เชื้อจะเพิ่มจำนวนสูงถึงระดับก่อโรค หลักฐานที่ช่วยเสริมความเป็นไปได้ของการใช้วัคซีนสำหรับโรคไข้เลือดออกเด็งกี่ คือความสำเร็จของวัคซีนโรคไข้เหลือง (yellow fever) และโรคไข้สมองอักเสบ (Japanese encephalitis) ในการป้องกันโรคได้เป็นอย่างดี โดยที่โรคทั้งสองนี้มีสาเหตุมาจากเชื้อไวรัสที่มีลักษณะใกล้เคียงกับเชื้อไวรัสเด็งกี่มาก และเชื้อทั้งสามชนิดติดต่อโดยมียุงเป็นพาหะเช่นเดียวกัน
การเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรมและองค์ประกอบให้มีความหลากหลายเป็นยุทธวิธีที่สำคัญที่เชื้อไวรัสหลายชนิดใช้หลบเลี่ยงจากการทำลายโดยระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย ตัวอย่างที่รู้จักกันดีคือ เชื้อไวรัสไข้หวัดใหญ่ซึ่งมีความหลากหลายตามธรรมชาติสูงมาก ประกอบกับความจำเพาะของระบบภูมิคุ้มกัน ที่มักทำให้ร่างกายมีความต้านทานเฉพาะต่อเชื้อไวรัสชนิดที่เคยติดมาแล้วเท่านั้น ยิ่งไปนั้นเชื้อไวรัสบางชนิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งเชื้อไวรัสเอดส์และเชื้อไวรัสตับอักเสบซียังสามารถเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรมในระหว่างการเพิ่มจำนวนที่ยาวนานในร่างกายของผู้ติดเชื้อแต่ละคนได้อีกด้วย ในการพัฒนาวัคซีนเพื่อป้องกันโรคที่เกิดจากการติดเชื้อไวรัสเด็งกี่ ความหลากหลายของเชื้อไวรัสไม่เป็นปัญหาที่รุนแรงนัก โดยที่เชื้อนี้มีเพียง 4 ชนิด (serotype) เท่านั้น แต่อย่างไรก็ตาม ภูมิคุ้มกันที่เกิดขึ้นภายหลังการติดเชื้อไวรัสเด็งกี่ในธรรมชาติจำกัดอยู่เพียงแค่เชื้อชนิดที่เคยติดมาก่อน และในแหล่งที่มีโรคไข้เลือดออกระบาดชุกชุม มักพบเชื้อไวรัสเด็งกี่หลายชนิดในเวลาเดียวกัน ดังนั้น จึงยังคงจำเป็นที่จะต้องพัฒนาวัคซีนสำหรับเชื้อไวรัสเด็งกี่ทั้ง 4 ชนิดเพื่อให้ครอบคลุมเชื้อไวรัสเด็งกี่ที่อาจพบได้ทั้งหมด
การพัฒนาวัคซีนป้องกันโรคไข้เลือดออกโดยใช้เทคนิคพันธุวิศวกรรม
ในช่วงระยะ 30 ปีที่ผ่านมา ได้มีการใช้เทคโนโลยีทางชีววิทยาระดับโมเลกุล ไปช่วยในการพัฒนาวัคซีนเพื่อป้องกันโรคไข้เลือดออกอย่างกว้างขวาง ในช่วงระยะปี คศ. 1987-1992 ได้มีผู้พยายามถอดรหัสสารพันธุกรรมของเชื้อไวรัสเด็งกี่ทั้ง 4 ชนิด จนได้ทราบถึงลำดับเบสของสารพันธุกรรมอย่างครบถ้วนสมบูรณ์ จากนั้น ได้มีการศึกษาความหลากหลายของลำดับเบสและลำดับของกรดอะมิโนของเชื้อไวรัสเด็งกี่สายพันธุ์ต่างๆ ที่แพร่ระบาดอยู่ในภูมิภาคทั่วโลก ตลอดจนได้ข้อมูลของการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรมที่เกิดขึ้นในแต่ละภูมิภาคตลอดช่วงระยะเวลาที่ยาวนาน และยังมีผลการศึกษาที่บ่งบอกถึงระดับการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันในระหว่างเชื้อไวรัสที่พบในคนและยุงพาหะ
เมื่อมีองค์ความรู้เกี่ยวกับลำดับเบสของสารพันธุกรรมของเชื้อไวรัสเด็งกี่อย่างเพียงพอ ก็ส่งผลให้สามารถนำสารพันธุกรรม ซึ่งมีความยาวทั้งเส้นประมาณ 10.7 กิโลเบส ไปสร้างรีคอมบิแนนท์พลาสมิด(recombinant plasmid) ให้บรรจุสารพันธุกรรมรูปแบบดีเอนเอสายคู่ของเชื้อไวรัสอยู่ภายใน เมื่อได้เพิ่มจำนวนรีคอมบิแนนท์ พลาสมิดนี้ในเซลล์แบคทีเรียอีโคไล (E. coli) จนมีปริมาณมากตามต้องการ ก็สามารถใช้รีคอมบิแนนท์ พลาสมิดเป็นจุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนแปลงลำดับเบสของสารพันธุกรรมของเชื้อไวรัส เพื่อสร้างเชื้อไวรัสเด็งกี่กลายพันธุ์ที่มีคุณลักษณะตามประสงค์ขึ้นในห้องปฎิบัติการ จากนั้น ทำการคัดสรรเชื้อไวรัสเด็งกี่กลายพันธุ์จำนวนมากที่ยังคงสามารถเพิ่มจำนวนได้ โดยทำการเปรียบเทียบลักษณะที่เปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการเพิ่มจำนวนในเซลล์เพาะเลี้ยงและในสัตว์ทดลองเช่น หนูเกิดใหม่, ยุงและลิง กับลักษณะของเชื้อไวรัสที่ก่อให้เกิดโรคในคน เมื่อได้พบเชื้อไวรัสเด็งกี่กลายพันธุ์สายพันธุ์ที่คาดว่าจะไม่ก่อโรคในคน แต่น่าจะกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันให้ออกฤทธิ์ในการป้องกันการติดเชื้อหรือโรคไข้เลือดออกที่รุนแรงได้ ก็จะนำไปทดสอบความปลอดภัยและประสิทธิผลในการป้องกันโรคในคนเป็นลำดับต่อไป
ในการสร้างเชื้อไวรัสเด็งกี่กลายพันธุ์ที่มีลักษณะตามความประสงค์ โดยการเปลี่ยนแปลงลำดับเบสของสารพันธุกรรมของเชื้อไวรัสในห้องปฏิบัติการ จำเป็นต้องใช้องค์ความรู้เกี่ยวกับลักษณะและหน้าที่การทำงานขององค์ประกอบย่อยของสารพันธุกรรมและอนุภาคไวรัส ตลอดจนขั้นตอนการเพิ่มจำนวนของเชื้อไวรัสในเซลล์ ในปัจจุบันนี้ มีผู้เปลี่ยนแปลงลำดับเบสที่บริเวณปลาย 3 (3 non-coding region) ซึ่งมีโครงสร้างทุติยภูมิที่จำเป็นต่อการเพิ่มจำนวนของเชื้อไวรัสในเซลล์ โดยกลุ่มวิจัยของสถาบันสาธารณสุขแห่งชาติ และองค์การอาหารและยา ประเทศสหรัฐอเมริกาได้ประสบความสำเร็จในการสร้างและคัดสรรเชื้อไวรัสเด็งกี่กลายพันธุ์ที่ปลาย 3 นี้ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมต่อการนำไปใช้เป็นวัคซีนทดสอบในคน ขณะนี้กลุ่มวิจัยทั้งสองกำลังเริ่มการศึกษาในคนเพื่อตรวจสอบว่าเชื้อไวรัสกลายพันธุ์เหล่านี้มีความปลอดภัย สามารถกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันและมีประสิทธิผลในการป้องกันการติดเชื้อไวรัสเด็งกี่ในธรรมชาติหรือการเกิดโรคไข้เลือดออกได้ตามความคาดหมาย
นอกจากนี้ กลุ่มวิจัยที่ศูนย์ควบคุมและป้องกันโรค ประเทศสหรัฐอเมริกาได้ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรมของเชื้อไวรัสสายพันธุ์ 16681-PDK53 ซึ่งเป็นเชื้อไวรัสกลายพันธุ์ที่คุณสมบัติเหมาะสมต่อการใช้เป็นวัคซีนทดสอบ และเป็นผลงานของกลุ่มวิจัยของมหาวิทยาลัยมหิดลที่ได้พัฒนาขึ้นโดยใช้เทคนิคการคัดสรรเชื้อไวรัสในระหว่างการขยายจำนวนในห้องปฏิบัติการ พบว่ามีการเปลี่ยนของลำดับเบสที่บริเวณปลาย 5 (5 non-coding region) และส่วนที่กำหนดโปรตีน NS1 และ NS3 ที่ทำให้เชื้อไวรัสสายพันธุ์นี้ลดความรุนแรงในการก่อโรคในสัตว์ทดลอง กลุ่มวิจัยนี้จึงได้ใช้ รีคอมบิแนนท์พลาสมิดที่มีการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในการสร้างเชื้อไวรัสเด็งกี่กลายพันธุ์ 4 ชนิดเพื่อนำไปทดสอบในสัตว์ทดลองและในคน ตามลำดับ
เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงรูปแบบต่างๆ เท่าที่ได้มีผู้ใช้ในการพัฒนาเชื้อไวรัสกลายพันธุ์เหล่านี้ ยังไม่ได้ผ่านการทดสอบประสิทธิผลในการป้องกันโรคในคน จึงยังมีความพยายามอย่างต่อเนื่องในการสร้างเชื้อไวรัสกลายพันธุ์ใหม่ๆขึ้นเพื่อให้มีเชื้อไวรัสสำหรับใช้เป็นตัวเลือกที่หลากหลายมากขึ้น ในประเทศไทยขณะนี้ มีกลุ่มวิจัยที่คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดลและคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ที่ให้ความสนใจต่อส่วนย่อยที่บริเวณปลาย 5 (5 non-coding region) ของสารพันธุกรรมและบริเวณส่วนต่อของโปรตีนตามลำดับ การสร้างเชื้อไวรัสเด็งกี่กลายพันธุ์ที่มีความเปลี่ยนแปลงบริเวณทั้งสองนี้ หากประสบความสำเร็จ ก็จะส่งผลให้ประเทศไทยมีชุดเชื้อไวรัสที่เหมาะสมกับการใช้เป็นวัคซีนทดสอบของเราเองในอนาคต
สิ่งท้าทายในการพัฒนาวัคซีนป้องกันโรคไข้เลือดออกในอนาคต
ในประเทศไทย โรคไข้เลือดออกที่เป็นผลจากการติดเชื้อไวรัสเด็งกี่พบได้บ่อยในเด็กในวัยเรียน การเสริมสร้างภูมิคุ้มกันเพื่อหวังผลในการป้องกันโรคไข้เลือดออกจึงน่าจะทำตั้งแต่ก่อนเด็กจะเข้าเรียนในโรงเรียน วัคซีนที่ใช้ในกลุ่มเด็กทารกและเด็กก่อนวัยเรียนเหล่านี้ต้องมีความปลอดภัยสูง สามารถให้ได้อย่างสะดวกและไม่ควรต้องให้หลายครั้ง ในขณะเดียวกัน วัคซีนตัวเลือกที่ได้พัฒนาขึ้นแล้วจากการกลายพันธุ์ของเชื้อไวรัสเด็งกี่ในห้องปฏิบัติการยังมีข้อด้อยอยู่หลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งก็คือ ต้องให้โดยการฉีดเข้าใต้ผิวหนังและจำเป็นต้องฉีดหลายครั้งเพื่อให้เกิดภูมิคุ้มกันที่ยาวนานเพียงพอ เมื่อเชื้อไวรัสกลายพันธุ์เข้าสู่ร่างกายจะเพิ่มจำนวนในระดับต่ำกว่าการติดเชื้อตามธรรมชาติ ทำให้พบเชื้อไวรัสในกระแสเลือดในช่วงเวลาสั้นๆ ซึ่งอาจจะแพร่กระจายสู่ผู้อื่นต่อไปได้ นอกจากนี้ ยังมีความยุ่งยากในการผลิตเชื้อไวรัสในเซลล์เพาะเลี้ยงและการเก็บรักษาเชื้อไวรัสที่มีชีวิตไว้เป็นระยะเวลานานโดยไม่ให้เสื่อมประสิทธิภาพ
ข้อพิจารณาเหล่านี้ บ่งบอกว่าการพัฒนาวัคซีนเพื่อการควบคุมและป้องกันโรคไข้เลือดออกคงจะต้องกระทำต่อเนื่องไปจนกว่าจะได้วัคซีนที่มีคุณสมบัติที่เป็นที่พอใจจริงๆ ในด้านความปลอดภัย เชื้อไวรัสเด็งกี่กลายพันธุ์ที่ไม่สามารถเพิ่มจำนวนได้ในร่างกายจะมีความปลอดภัยมากกว่า แต่จะไม่สามารถกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันได้ดีเท่าเชื้อไวรัสที่เพิ่มจำนวนได้ ในการแก้ปัญหาความปลอดภัยโดยไม่ให้ลดความสามารถในการกระตุ้นระบบภูมิคุ้มกันนี้ แนวทางหนึ่งที่เริ่มมีผู้ใช้มากขึ้นในปัจจุบัน คือ การเปลี่ยนแปลงสารพันธุกรรมบางบริเวณของเชื้อไวรัสเด็งกี่อย่างมาก จนเชื้อสามารถเพิ่มจำนวนในร่างกายได้อย่างจำกัด ในขณะเดียวกัน ก็พัฒนาเซลล์เพาะเลี้ยงควบคู่กันไป ให้ช่วยเพิ่มปริมาณเชื้อไวรัสกลายพันธุ์รูปแบบใหม่นี้ในห้องปฏิบัติการให้ได้ระดับสูงตามต้องการ แนวทางอื่นที่อาจมีความเป็นไปได้คือ การพัฒนาการผลิตอนุภาคเชื้อไวรัสขนาดเล็ก (subviral particle หรือ virus-like particle) ซึ่งเป็นอนุภาคที่ปราศจากสารพันธุกรรม มีโครงสร้างที่สลับซับซ้อนคล้ายคลึงกับอนุภาคเชื้อไวรัสตามปกติ แต่มีขนาดเล็กกว่าและไม่สามารถเพิ่มจำนวนในร่างกายได้ ในระหว่างการเพิ่มจำนวนของเชื้อไวรัสเด็งกี่ในเซลล์ จะมีการปลดปล่อยอนุภาคขนาดเล็กนี้ออกจากเซลล์ที่ติดเชื้อในปริมาณจำกัด ถ้าหากสามารถพัฒนาการผลิตอนุภาคขนาดเล็กในห้องปฏิบัติการให้ใด้ปริมาณมากๆ ก็อาจเป็นวัคซีนตัวเลือกอีกชนิดหนึ่งที่น่าจะมีประสิทธิผลและมีความปลอดภัยสูง
นอกจากนี้แล้ว ก็ยังอาจจะต้องหาทางพัฒนาวัคซีนรูปแบบที่ไม่ต้องฉีดเข้าสู่ร่างกายเพื่อให้ใช้กับเด็กทารกและเด็กก่อนวัยเรียนได้สะดวกยิ่งขึ้น ในแง่ของการขนส่งและเก็บรักษา วัคซีนที่มีความคงตัวในอุณหภูมิห้อง สามารถขนส่งและจัดเก็บโดยไม่จำเป็นต้องใช้ตู้เย็นจะช่วยให้กลุ่มเป้าหมายในท้องถิ่นทุรกันดารได้รับวัคซีนโดยไม่เสี่ยงต่อการสูญเสียประสิทธิภาพ การพัฒนาวัคซีนที่มีลักษณะพึงประสงค์เหล่านี้จำเป็นต้องอาศัยองค์ความรู้ในด้านองค์ประกอบของเชื้อไวรัสทั้งในลักษณะโครงสร้างและการทำงานที่ลุ่มลึกกว่าที่มีอยู่ขณะนี้ โดยคงจะต้องแสวงหาความรู้โดยทำการศึกษาวิจัยพื้นฐานอย่างต่อเนื่อง
ที่มา https://vcharkarn.com/varticle/38266