การพัฒนาแบบจำลองเซลล์ลำไส้ของมนุษย์บนกระดาษที่มีการดัดแปรพื้นผิวและต้นแบบไบโอเซนเซอร์ไร้สายสำหรับตรวจวัดการเจริญของจุลชีพก่อโรค

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการนำเสนองานวิจัย การพัฒนาวิธีการใหม่เพื่อควบคุมและเฝ้าระวังโรคติดเชื้อ โดยประกอบด้วยเนื้อหาสำคัญสองส่วน ได้แก่ (i) การพัฒนาแบบจำลองเซลล์ลำไส้ของมนุษย์ที่เพาะเลี้ยงบนกระดาษที่มีการดัดแปรพื้นผิว เพื่อใช้ประโยชน์ในการศึกษากลไกการบุกรุกของเชื้อจุลชีพก่อโรคในระบบทางเดินอาหาร และ (ii) การพัฒนาต้นแบบไบโอเซนเซอร์แบบไร้สายเพื่อการตรวจติดตามการเจริญของเชื้อจุลชีพก่อโรค โดยในส่วนแรก เซลล์ลำไส้ของมนุษย์ HT-29 จำนวน 200,000 เซลล์ ถูกเพาะเลี้ยงในบริเวณชอบน้ำของกระดาษกรอง Whatman No.1 โดยกระดาษถูกดัดแปรพื้นผิวด้วยสารแมทริกซ์นอกเซลล์ (Extracellular matrix: ECM) ชนิดต่าง ๆ ได้แก่ Matrigel, Collagen-1 และ Laminin พื้นที่เพาะเลี้ยงเซลล์มีขนาด 12.56 ตารางมิลลิเมตร ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม เซลล์ HT-29 ที่ถูกเพาะเลี้ยงบนกระดาษ มีชีวิตรอดได้ถึง 28 วัน และแสดงลักษณะของเซลล์ที่เจริญเต็มที่ โดยมีการแสดงออกของวิลไล (villi) ที่ผิวเซลล์ด้านบน (apical) และมีการแสดงออกของโปรตีน ZO-1 ซึ่งแสดงถึงเซลล์มีการสร้างไทต์จังก์ชันเกิดขึ้น จากการใช้สารเชื่อมพันธะสำหรับเชื่อมพันธะ ECM แต่ละชนิด พบว่าเมื่อใช้สารเจนิพินในการเชื่อมพันธะ เซลล์มีชีวิตรอดทั้งหมด (100 -112.8%) ในขณะที่มีเพียง 1.1 - 67.3 % ของเซลล์รอดชีวิต หากใช้สารกลูตารัลดีไฮด์ในการเชื่อมพันธะ แต่การใช้สารเชื่อมพันธะทั้งสองชนิด ทำให้เซลล์ไม่สามารถแบ่งตัวมีรูปร่างแบบสามมิติได้ เมื่อสังเกตด้วย SEM เซลล์มีลักษณะแบน การดัดแปรพื้นผิวกระดาษด้วยสาร ECM ชนิด Matrigel ส่งผลให้เซลล์มีชีวิตรอดมากที่สุดและสาร ECM ชนิด Laminin ทำให้เซลล์เกิดการแปรสภาพ (cell differentiation) ได้ดีที่สุด งานวิจัยส่วนที่ 2 เป็นการพัฒนาไบโอเซนเซอร์ไร้สายสำหรับติดตามการเจริญของเชื้อจุลชีพก่อโรค ได้แก่ เชื้อ Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Streptococcus gordonii และ Candida albicans พบว่าเชื้อดังกล่าวสามารถสร้างไบโอฟิล์มบนผิวของขั้วไฟฟ้าคาร์บอนอสัณฐาน (glassy carbon electrode) และสามารถให้ค่าศักย์ไฟฟ้าที่เป็นลบได้ ด้วยการวัดศักย์ไฟฟ้าเทียบกับขั้วไฟฟ้าอ้างอิง Ag/AgCl และอาศัยหลักการถ่ายทอดอิเล็กตรอนออกภายนอกเซลล์ของเชื้อจุลชีพก่อโรค (extracellular electron transfer) ในการรีดิวซ์ซิลเวอร์คลอไรด์ทำให้ความต้านทานของเสารับสัญญาณของ RFID tag ลดลง จึงสามารถตรวจติดตามการเจริญของเชื้อจุลชีพแบบไร้สายได้ โดยสรุปงานทั้งสองส่วนในวิทยานิพนธ์นี้ มีบทบาทในการเป็นส่วนหนึ่งของการเฝ้าระวังการเกิดโรคติดเชื้อแบบองค์รวม โดยไบโอเซนเซอร์ไร้สายสามารถใช้เฝ้าระวังการเกิดไบโอฟิลม์ของจุลชีพก่อโรค การเพาะเลี้ยงเซลล์แบบใหม่บนกระดาษสามารถใช้ในการศึกษากลไกการเกิดโรคติดเชื้อและใช้เป็นโมเดลในการพัฒนายาชนิดใหม่สำหรับโรคที่เกี่ยวกับระบบทางเดินอาหารได้ในอนาคต