หากคุณชอบเขาและชอบเที่ยวป่าเหมือนพี่จองและคัลแลน สิ่งหนึ่งที่ต้องระวังคือ “โรคมาลาเรีย” หรือ ไข้ป่า หรือ ไข้จับสั่น เพราะประเทศไทยยังไม่ปลอดจากโรคนี้ อาการของโรคนี้คือการเป็นไข้ หนาวสั่น ปวดศีรษะ ปวดกล้ามเนื้อ ซึ่งความน่ากลัวของโรคนี้คือหากผู้ป่วยไม่ได้รับการรักษาจนเกิดภาวะแทรกซ้อน เช่น ตับวาย ไตวาย หรือไข้มาลาเรียขึ้นสมอง จะทำให้ผู้ป่วยเสียชีวิตได้ง่ายๆ เลยทีเดียว รายงานจากองค์การอนามัยโลกระบุว่าปี พ.ศ.2565 มีผู้ติดเชื้อมาลาเรีย 247 ล้านรายและเสียชีวิตมากกว่า 6 แสนคน โดยพบมากในกลุ่มประเทศที่มีอากาศร้อนชื้น

ภาวะโลกร้อนยังทำยุงก้นปล่อง (Anopheles spp.) ที่เป็นพาหะของโรคเพิ่มจำนวนได้มากขึ้น กอปรกับยาที่ใช้รักษาเริ่มไม่ได้ผลเพราะเชื้อโรคเริ่มดื้อยามากขึ้น นักวิจัยจึงพยายามพัฒนาตัวยาใหม่ๆ เพื่อมารับมือกับโรคเขตร้อนนี้ โดยซินโครตรอนเป็นเครื่องมืออันทรงพลังที่จะช่วยพิสูจน์การออกฤทธิ์ของยาได้ แต่ก่อนจะพัฒนายาเพื่อรักษาโรคมาลาเรีย นักวิจัยต้องทราบจุดอ่อนของโรคมาลาเรียเสียก่อน

ตัวการของโรคมาลาเรียจริงๆ คือเชื้อโปรโตซัวในกลุ่มพลาสโมเดียม (Plamodium) ที่อยู่ในยุงก้นปล่อง เชื้อพลาสโมเดียมที่พบในประเทศไทยและทำให้เกิดอาการของโรครุนแรงในคนมากที่สุดคือสายพันธุ์ฟาลซิปารัม (P. falciparum) เราได้รับเชื้อนี้จากการถูกยุงก้นปล่องตัวเมียกัด ซึ่งเชื้อที่แฝงอยู่ในน้ำลายยุงจะถูกส่งผ่านเข้าสู่กระแสเลือดแล้วเข้าไปฝังตัวในเซลล์ตับแล้วเกิดการแบ่งตัวเพิ่มจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ใช้เวลาประมาณ 2 สัปดาห์ จนทำให้เซลล์ตับนั้นแตก แล้วปล่อยเชื้อเข้าสู่กระแสเลือด และเข้าไปในเม็ดเลือดแดง เพื่อย่อยฮีโมโกลบินที่เป็นโปรตีนสำคัญ เป็นอาหารเพื่อการเจริญและเพิ่มจำนวนให้มากขึ้น จนทำให้เม็ดเลือดแดงมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างไปจากเดิม ขึ้นอยู่กับระยะการเจริญและจำนวนของเชื้อ ได้แก่ ระยะวงแหวน (Ring stage) ซึ่งเป็นระยะแรกที่เชื้อเข้าไปอยู่ในเม็ดเลือดแดง ได้ดีกว่าระยะเจริญเติบโต (Trophozoite) ซึ่งเป็นระยะที่เชื้อเพิ่มจำนวนมากขึ้น และเมื่อเพิ่มจำนวนจนถึงระยะแบ่งตัว (Schizont) ที่นิวเคลียสของเชื้อจะมีการแบ่งตัวอย่างรวดเร็ว จนทำให้เม็ดเลือดแดงแตกในกระแสเลือด ก่อให้เกิดวงรอบของอาการไข้หนาวสั่นในผู้ป่วยและเข้าไปในเม็ดเลือดแดงอีกครั้ง

กระบวนการย่อยฮีโมโกลบินของเชื้อมาลาเรียจะมีการปลดปล่อยสารฮีม (Heam) ที่หลงเหลือจากการย่อยสลายออกมา สารนี้มีความเป็นพิษต่อเซลล์ จึงทำให้เกิดกลไกการเปลี่ยนฮีมให้เป็นสารอัลฟา-ฮีมาติน (α-hematin) ซึ่งสารนี้สามารถจับเข้าคู่กันและตกผลึกเป็นสารฮีโมโซอิน (Hemozoin) ภายในเซลล์โดยที่ไม่เป็นพิษต่อเซลล์ขึ้นมาแทน ดังนั้นการเกิดขึ้นของผลึกฮีโมโซอินจึงทำให้เซลล์เชื้ออยู่รอดในเม็ดเลือดแดง ซึ่งยาที่ใช้รักษามาลาเรียมานานหลายทศวรรษอย่างยาคลอโรควิน (Chloroquine) จะเข้าไปขัดขวางการเปลี่ยนฮีมาตีนเป็นฮีโมโซอิน ยานี้มีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อพลาสโมเดียมในระยะวงแหวนซึ่งเป็นระยะแรกที่เชื้อเข้าไปอยู่ในเม็ดเลือดแดงได้ดีกว่าระยะเจริญเติบโต

นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจหาการติดเชื้อมาลาเรีย หรือทดสอบประสิทธิภาพยารักษามาลาเรียได้จากการตรวจหาผลึกฮีโมโซอินด้วยกล้องจุลทรรศน์คุณภาพสูง ซึ่งต้องใช้แสงโพลาไรซ์และผู้ตรวจที่มีความชำนาญสูง หรือทำได้โดยการผสมสารไพริดีนลงไปในสารละลายตัวอย่างจะทำให้ได้สารละลายสีเหลืองใสที่เกิดจากสารประกอบเชิงซ้อนฮีม-ไพริดีนที่สามารถดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่น 370 นาโนเมตรได้ดี แต่เทคนิคนี้ก็มีความซับซ้อนในการเตรียมตัวอย่าง จึงมีการพัฒนาวิธีตรวจหาผลึกฮีโมโซอินด้วยเทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโตรสโคปี (FTIR Spectroscopy) ซึ่งเป็นเทคนิคที่อาศัยหลักการดูดกลืนคลื่นรังสีอินฟราเรด สามารถตรวจหาเชื้อพลาสโมเดียมในเลือดผู้ป่วยได้ทั้ง 3 ระยะ และหากใช้เทคนิคการตรวจวัดการดูดกลืนรังสีอินฟราเรดจากแสงซินโครตรอนควบคู่กับกล้องอินฟราเรดไมโครสโคป จะทำให้เราตรวจพบการติดเชื้อมาลาเรียในแต่ละเม็ดเลือดแดงได้จากการวัดค่าการดูดกลืนแสงอินฟราเรดในช่วงเลขคลื่น 1,210 - 1,220

จากองค์ความรู้ข้างต้น ดร.บัวบาล กัวประเสริฐ นักวิทยาศาสตร์ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ร่วมกับนักวิจัยจากหลายหน่วยงาน ได้แก่ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) วิทยาลัยแพทย์ศาสตร์พระมงกุฎเกล้า สถาบันวิทยสิริเมธี และมหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ได้ศึกษาวิจัยค้นพบยาต้านเชื้อมาลาเรียชนิดใหม่จากฐานข้อมูลยาต้านมะเร็งรหัส NSC45545, NSC45570 และ NSC45507 ที่สามารถต้านการเจริญของเชื้อพลาสโมเดียมในระยะวงแหวนได้ที่ความเข้มข้นใกล้เคียงกับยาคลอโรควิน โดยโครงสร้างเคมีของสารทั้ง 3 ชนิดเทียบกับยาคลอโรควิน ดังแสดงในรูปที่ 1

 

รูปที่ 1 โครงสร้างเคมีของสาร NSC45545, NSC45570, NSC45607 เปรียบเทียบกับยา cloroquine

เมื่อนำตัวอย่างเม็ดเลือดแดงที่มีการติดเชื้อพลาสโมเดียมในระยะวงแหวนที่ถูกทรีตด้วยยา NSC45545 กับตัวอย่างที่ถูกทรีตด้วยยาคลอโรควิน มาวิเคราะห์ด้วยเทคนิค Synchrotron FTIR microspectroscopy จากห้องปฏิบัติการแสงสยามที่สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (รูปที่ 2) ไม่พบการดูดกลืนแสงอินฟราเรดในช่วงในเลขคลื่น 1,210 - 1,220 ซึ่งต่างจากเม็ดเลือดแดงติดเชื้อที่ไม่ได้ทรีตด้วยยากลับมีการดูดกลืนคลื่นแสงในช่วงเลขคลื่นดังกล่าวอย่างชัดเจน (รูปที่ 3) จึงยืนยันได้ว่ายา NSC45545 สามารถยับยั้งการเจริญของเชื้อมาลาเรียได้จริง

 

รูปที่ 2 ภาพถ่ายใต้กล้อง IR microscpe ของเม็ดเลือดแดงที่ติดเชื้อมาลาเรียที่ถูกทรีตด้วยยา NSC45545 บนแผน IR window
ช่องสี่เหลี่ยมสีเขียวคือช่องแสงขนาด 10 x 10 ตารางไมโครเมตร ที่ใช้แสงอินฟราเรดส่องวัดตัวอย่าง

 

 

รูปที่ 3 แสดงการเปรียบเทียบ secondary FTIR spectra
ที่ได้จากการวัดตัวอย่างเม็ดลือดแดงติดเชื้อมาลาเรีย
ที่ถูกทรีตด้วยยา NSC45545 (สีเขียว) คลอโรควิน (สีแดง)
และตัวควบคุมซึ่งเป็นเม็ดเลือดแดงติดเชื้อพลาสโมเดียมที่ไม่ได้ทรีตด้วยยา (สีน้ำเงิน)
โดยที่เลขคลื่น 1,220 เกิดจากการดูดกลืนแสงอินฟราเรด
ของพันธะระหว่างคาร์บอนกับออกซิเจน (C-O) ในหมู่ฟังก์ชันโพรไพโอเนต (วงกลมเส้นประสีแดง)
ในโครงสร้างฮีโมโซอิน (ภาพแทรกล่างขวา)

ผลงานวิจัยนี้สามารถนำไปพัฒนายาต้านมาลาเรียชนิดใหม่ที่สามารถยับยั้งการสร้างสารฮีโมโซอินของเชื้อมาลาเรีย โดยต้องนำตัวยาต้นแบบทั้ง 3 ชนิดนี้ ไปผ่านการทดสอบความเป็นพิษต่อเซลล์ปกติของมนุษย์ ก่อนการนำไปการทดลองในสัตว์ต่อไป

 

เอกสารอ้างอิง: Kuaprasert, B. et al. Dual role of azo compounds in inhibiting Plasmodium falciparum adenosine deaminase and hemozoin biocrystallization. Exp. Parasitol. 243, 108384 (2022).

บทความโดย
ดร.บัวบาล กัวประเสริฐ นักวิทยาศาสตร์ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน

เรียบเรียงโดย ส่วนสื่อสารองค์กร