ในปัจจุบันสารชีวโมเลกุล (macromolecules) ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพได้รับความสนใจอย่างมากในการเป็นแหล่งทดแทนแทนสารเคมีที่ได้จากการสังเคราะห์ เนื่องจากคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ต่อสุขภาพและโอกาสในการเกิดผลข้างเคียงที่ลดลงจากการใช้สารเคมีสังเคราะห์ โดยเฉพาะสารชีวโมเลกุลที่ได้จากพืช เช่น โปรตีน ไขมัน และใยอาหาร ซึ่งมีฤทธิ์ทางชีวภาพที่หลากหลาย เช่น ต้านอนุมูลอิสระ ต้านการอักเสบ และต้านมะเร็ง ล่าสุดได้มีการค้นพบว่าสารเหล่านี้สามารถถูกบรรจุอยู่ในโครงสร้างระดับนาโนที่เรียกว่า เวสิเคิลภายนอกเซลล์ (extracellular vesicles; EVs) ที่ได้จากพืช ซึ่งเป็นถุงเยื่อหุ้มไขมันขนาดนาโนที่เซลล์พืชปลดปล่อยออกมาโดยธรรมชาติ เพื่อใช้ในการสื่อสารระหว่างเซลล์และป้องกันตนเองจากเชื้อโรค งานวิจัยที่ผ่านมาได้แสดงให้เห็นว่า EVs จากพืชมีความสามารถในการนำส่งยา ความเข้ากันได้ทางชีวภาพ และความคงตัวในระบบทางเดินอาหาร ทำให้เหมาะสำหรับรูปแบบรับประทาน โดยเฉพาะในการรักษามะเร็งลำไส้ใหญ่ ซึ่งกำลังเพิ่มขึ้นจากพฤติกรรมการบริโภคอาหารแบบตะวันตก
งานวิจัยนี้จึงมุ่งศึกษากลไกการออกฤทธิ์ของ EVs ที่ได้จากพืชต่อเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่ HCT116 เพื่อประเมินศักยภาพในการนำมาใช้เป็นผลิตภัณฑ์ยารักษามะเร็งในอนาคต โดยทำการศึกษาการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบชีวเคมีภายในเซลล์และการเหนี่ยวนำการตายแบบอะพอพโทซิส จากการศึกษาโดยใช้เทคนิค synchrotron radiation-based Fourier transform infrared (FTIR) microspectroscopy พบว่า EVs ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบชีวเคมีของเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่ HCT116 ที่แสดงโดยการเปลี่ยนแปลงสเปกตรัมของ FTIR โดยเฉพาะย่านของกรดนิวคลีอิกและคาร์โบไฮเดรต ซึ่งต่างจากยาซิสพลาติน (cisplatin) ซึ่งเป็นกลุ่มควบคุมผลบวกที่เกิดการเปลี่ยนแปลงส่วนใหญ่ในย่านไขมัน (รูปที่ 1a) และเมื่อทำการวิเคราะห์ principal component analysis (PCA) จากข้อมูลสเปกตรัมสามารถยืนยันว่าเซลล์ที่ได้รับ EVs และ cisplatin มีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบชีวเคมีของเซลล์ ซึ่งทำให้เกิดการแยกกลุ่มข้อมูลของเซลล์ที่ได้รับสารทดสอบออกจากกลุ่มควบคุมใน PCA score plot (รูปที่ 1b) โดยการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจาก EVs เกิดในย่านกรดนิวคลีอิกและคาร์โบไฮเดรต ในขณะที่ cisplatin มีการเปลี่ยนแปลงหลักในย่านไขมัน แสดงจากเลขคลื่นที่มีความสัมพันธ์ต่อการแยกกลุ่มข้อมูลใน PCA loading plot (รูปที่ 1c) ทั้งนี้การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นสามารถสังเกตได้ชัดเจนขึ้นจากสเปกตรัมอนุพันธ์อันดับสอง (second derivative spectra) ในย่านไขมัน (รูปที่ 2a) โปรตีน (รูปที่ 2b) และกรดนิวคลีอิกและคาร์โบไฮเดรต (รูปที่ 2c)
ซึ่งการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบชีวเคมีของเซลล์มะเร็งที่ศึกษาจาก FTIR analysis บ่งชี้ถึงความน่าจะเป็นของเป้าหมายของ EVs ในเซลล์มะเร็ง ได้แก่ กรดนิวคลีอิกและคาร์โบไฮเดรต พบว่าผลการศึกษามีความสัมพันธ์กับผลการทำลายดีเอ็นเอจาก comet assay (รูปที่ 3a) และผลการเหนี่ยวนำการตายแบบอะพอพโทซิสของเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่ HCT116 ที่มีการเปลี่ยนแปลงทางรูปลักษณะของนิวเคลียส (nuclear morphological change) ในระหว่างกระบวนการตาย จากผลการศึกษาแสดงให้เห็นถึงชนิดองค์ประกอบชีวเคมีเป้าหมายของ EVs ในกลุ่มกรดนิวคลีอิกและคาร์โบไฮเดรต และแสดงถึงศักยภาพของ EVs ที่ได้จากพืชในการเป็นอนุภาคชีวภาพที่ยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่ ผ่านการเหนี่ยวนำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขององค์ประกอบชีวเคมีของเซลล์มะเร็ง การทำลายดีเอ็นเอ และการเหนี่ยวนำให้เกิดการตายแบบแบบอะพอพโทซิส
รูปที่ 1 ผลของ EVs จากพืชและ cisplatin (กลุ่มควบคุมผลบวก) ต่อการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบชีวเคมีภายในเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่ HCT116 ที่ศึกษาโดยเทคนิค synchrotron radiation-based Fourier transform infrared microspectroscopy สเปกตรัมของเซลล์ที่ได้รับ EVs และ cisplatin เปรียบเทียบกับเซลล์ไม่ได้รับสารทดสอบ (รูปที่ 1A) การวิเคราะห์เพื่อแยกกลุ่มด้วย PCA score plot (รูปที่ 1B) และการหาเลขคลื่นที่มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างกลุ่มด้วย PCA loading plot (รูปที่ 1C)
รูปที่ 2 สเปกตรัมอนุพันธ์อันดับสอง (second derivative spectra) ของเซลล์ที่ได้รับ EVs และ cisplatin เปรียบเทียบกับเซลล์ไม่ได้รับสารทดสอบในย่านไขมัน (รูปที่ 2a) โปรตีน (รูปที่ 2b) และกรดนิวคลีอิกและคาร์โบไฮเดรต (รูปที่ 2c)
รูปที่ 3 ผลการทำลายดีเอ็นเอในเซลล์มะเร็งลำไส้ใหญ่ HCT116 จาก EVs ด้วยวิธี comet assay แสดงโดยภาพถ่ายกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนซ์ (รูปที่ 3a) ตัวอย่างของแต่ละกลุ่ม comet (รูปที่ 3b) และอัตราส่วนของประชากร comet ในแต่ละกลุ่ม (รูปที่ 3c)