นักวิทยาศาสตร์กำลังมองหาวิธีรักษาอาการบาดเจ็บที่กระดูกสันหลังด้วยการปลูกถ่ายโดยใช้กราฟีน ในขณะที่เกม VR สามารถช่วยฟื้นฟูโรคหลอดเลือดสมองได้
โดย วิตทอเรีย ดาเลสซิโอ
การบาดเจ็บของมนุษย์เพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ร้ายแรงพอๆ กับที่กระดูกสันหลัง อุบัติเหตุ โรคร้าย หรือการกระทำรุนแรงที่ส่งผลต่อกระดูกสันหลัง อาจส่งผลให้การทำงานไม่ดี แม้กระทั่งอัมพาต เกือบทุกที่ในร่างกาย
กระดูกสันหลังมีความซับซ้อนมหาศาล โดยมีข้อ จำกัด สำหรับการฟื้นฟูและผลกระทบด้านสุขภาพใด ๆ มักจะเป็นระยะยาวและเรื้อรัง
แม้ว่าจะไม่มีวิธีแก้ไขอาการบาดเจ็บไขสันหลัง (SCI) ที่เป็นที่รู้จัก แต่นักวิทยาศาสตร์อาจกำลังเผชิญกับความก้าวหน้าครั้งสำคัญบางอย่าง มีการนำแนวทางใหม่มาใช้เพื่อย้อนกลับความเสียหายของเส้นประสาท โดยนักวิจัยบางคนพยายามปรับโครงสร้างสถาปัตยกรรมของไขสันหลังโดยใช้วัสดุที่ออกแบบทางวิศวกรรมในห้องปฏิบัติการ
Prof. Paula Marques นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุแห่งมหาวิทยาลัย Aveiro ในโปรตุเกสและเพื่อนร่วมงานของเธอ กำลังพยายามหล่อหลอมวัสดุชีวภาพชนิดใดชนิดหนึ่งให้เป็นโครงนั่งร้านที่สามารถทดแทนเนื้อเยื่อกระดูกสันหลังที่เสียหายได้ สิ่งนี้จะสร้างสะพานที่ใช้งานได้เหนือบริเวณที่ได้รับบาดเจ็บทำให้สมองมีทางเลือกในการสื่อสารกับร่างกาย
ความหวังคือภายในทศวรรษหน้า วัสดุชีวภาพเหล่านี้จะส่งผลให้เกิดการรักษาแบบใหม่ที่รุนแรงสำหรับ 250-500,000 คนที่ได้รับบาดเจ็บที่ไขสันหลังทั่วโลกทุกปี
ศ. Marques กล่าวว่า “การรักษาที่ดีขึ้นเพียงเล็กน้อยก็อาจนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในคุณภาพชีวิตได้
ฟื้นฟูเส้นประสาท
นอกจากนี้ รากฟันเทียมนั่งร้านจะสนับสนุนการงอกใหม่ของเซลล์ประสาทตามธรรมชาติ ทำให้ร่างกายสามารถกลับมาทำงานตามธรรมชาติได้ในที่สุดโดยไม่มีใครช่วยเหลือ
Prof. Marques เป็นนักวิจัยหลักของ โครงการ NeuroStimSpinalซึ่งเป็นโครงการ EIC Pathfinder ภายใต้ Horizon 2020 โดยเน้นที่วัสดุที่ใช้กราฟีนรวมกับวัสดุที่อุดมด้วยโปรตีนที่ได้มาจากมนุษย์ที่เรียกว่า ‘เมทริกซ์นอกเซลล์ที่สลายเซลล์’ ในร่างกายมนุษย์ เมทริกซ์นอกเซลล์สร้างโครงสร้างและสนับสนุนเซลล์ที่มีชีวิต
การผสมผสานระหว่างวัสดุที่เป็นเมทริกซ์และกราฟีนทำให้เกิดโครงสร้าง 3 มิติที่เลียนแบบสัณฐานวิทยาของไขสันหลังตามธรรมชาติได้อย่างชำนาญ มันจะก่อตัวเป็นกระดูกสันหลังอย่างที่เคยเป็นมาของรากฟันเทียมของโครงการ
กราฟีน (แผ่นอะตอมของคาร์บอน) แสดงคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม ซึ่งหมายความว่ากระแสไฟฟ้าสามารถไหลผ่านได้ ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับวัสดุใดๆ ที่อาจใช้ในการส่งแรงกระตุ้นไฟฟ้าไปตามไขสันหลัง
ที่สำคัญ โครงเป็นรูพรุน ซึ่งหมายความว่าเซลล์และน้ำไขสันหลังสามารถผ่านเข้าไปได้ นอกจากนี้ยังเข้ากันได้ทางชีวภาพ ป้องกันการปฏิเสธโดยร่างกาย และย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ทำให้สามารถตั้งโปรแกรมให้ย่อยสลายได้เมื่อเวลาผ่านไป
ฟังก์ชั่นการกู้คืน
Prof Marques อธิบายว่างานของเธอนั้น ‘ก่อกวน’ และกล่าวว่ารางวัลที่เป็นไปได้ในการฟื้นฟูการทำงานให้กับผู้ที่เป็นอัมพาตนั้นยิ่งใหญ่มาก
‘ฉันเห็นความหวังที่แท้จริง’ เธอกล่าว ‘ความผิดหวังเพียงอย่างเดียวของฉันคือเราไม่สามารถก้าวไปข้างหน้าได้เร็วขึ้นด้วยการวิจัยนี้ – อาการบาดเจ็บที่ไขสันหลังมีผลกระทบอย่างมากต่อชีวิตมนุษย์’
เซลล์ในเนื้อเยื่อเส้นประสาทมีอยู่สองประเภทหลัก: เซลล์ประสาทซึ่งส่งแรงกระตุ้นทางไฟฟ้า และเซลล์เกลียซึ่งไม่นำไฟฟ้าและให้ระบบสนับสนุนเซลล์ประสาท
ในการทดลองในห้องปฏิบัติการ ทีม NeuroStimSpinal ซึ่งรวมถึงผู้เชี่ยวชาญในด้านวัสดุศาสตร์ วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ฟิสิกส์ และชีววิทยา ได้พบว่าเมื่อโครงนั่งร้านของพวกเขาถูกเพาะด้วยเซลล์ต้นกำเนิดประสาทของตัวอ่อน (เซลล์ที่ต่ออายุตัวเองและมีศักยภาพที่จะพัฒนาเป็นเซลล์ประสาทหรือเซลล์ประสาท เซลล์เกลีย) และการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า สเต็มเซลล์ที่ ‘ว่างเปล่า’ สามารถแยกความแตกต่างออกเป็นเซลล์สองประเภทได้สำเร็จ
ศาสตราจารย์ Marques กล่าวว่า “นี่เป็นกำลังใจอย่างมาก” ‘มันแสดงให้เห็นว่านั่งร้านสามารถให้สภาพแวดล้อมที่ดีสำหรับการสร้างเซลล์ประสาท’
กลุ่มของเธอเป็นหนึ่งในไม่กี่แห่งทั่วโลกที่มีการจัดการเพื่อสร้างเซลล์ต้นกำเนิดจากประสาทพัฒนาไปสู่สายเลือดของเซลล์ใหม่ในสภาวะของห้องปฏิบัติการ
อย่างไรก็ตาม จนถึงปัจจุบัน ยังไม่ประสบความสำเร็จในสัตว์ที่มีชีวิต Prof. Marques ต้องการให้การทดลองรอบต่อไปของเธอกำหนดการวิจัยของ SCI ในหลักสูตรใหม่
ในอีกไม่กี่เดือนข้างหน้า ทีมของเธอจะทำการปลูกถ่ายนั่งร้านรุ่นจิ๋วเป็นหนู กระแสไฟฟ้าจะถูกนำไปใช้กับสิ่งปลูกฝังผ่านหน่วยควบคุมที่สอดเข้าไปใต้ผิวหนังของสัตว์เพื่อเร่งการงอกใหม่ของเนื้อเยื่อ หากการทดลองเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าไขสันหลังของสัตว์สามารถงอกใหม่ได้โดยใช้โครงนั่งร้าน ศาสตราจารย์ Marques จะขอรับเงินทุนใหม่เพื่อนำงานของเธอไปสู่อีกระดับ
“ฉันหวังว่าเราจะสามารถมีส่วนร่วมกับความรู้ทางวิทยาศาสตร์ของเราเพื่อก้าวไปสู่การซ่อมแซม SCI” เธอกล่าว
จังหวะหายนะ
โรคหลอดเลือดสมองเป็นอีกหนึ่งเหตุการณ์ร้ายแรงในชีวิตที่อาจส่งผลให้เกิดความเสียหายต่อระบบประสาท โรคหลอดเลือดสมอง นอกจากจะเป็นสาเหตุการเสียชีวิตอันดับ 2 ของโลกแล้ว ยังเป็นสาเหตุอันดับสามของอายุขัยที่ปรับความทุพพลภาพ (DALY) ซึ่งเป็นตัวชี้วัดที่ใช้ ในการประเมินภาระการเสียชีวิตและโรคภัยไข้เจ็บ
นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถหาวิธีทดแทนเซลล์สมองที่ตายแล้วซึ่งเป็นผลมาจากก้อนที่ขัดขวางการไหลเวียนของเลือดและออกซิเจนไปยังสมอง แต่พวกเขากำลังเริ่มที่จะใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีล่าสุด เช่น ความก้าวหน้าในโลกเสมือนจริง (VR) เพื่อ ช่วยให้ผู้ป่วยฟื้นตัวจากผลที่ตามมาในระยะยาว
หลังจากโรคหลอดเลือดสมอง มือจะแข็งเนื่องจากการเชื่อมต่อระหว่างสมองและกล้ามเนื้อมือหยุดชะงัก “อาการเกร็ง” นี้อาจทำให้การยืดนิ้วหรือจับสิ่งของเป็นเรื่องยาก แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย
ดร.โจเซฟ กาเลีย นักวิจัยด้านประสาทวิทยายนต์จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมในสหราชอาณาจักรกล่าวว่า “ความบกพร่องของมือเหล่านี้ส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อชีวิตประจำวัน”
‘แม้ว่าจะมีการมุ่งเน้นอย่างมากในการปรับปรุงการเคลื่อนไหวของแขนที่ใหญ่และเอื้อมถึงหลังจังหวะ แต่ก็มีงานเพียงเล็กน้อยในการปรับปรุงการทำงานของมือ’
Dr Galea ต้องการปรับปรุงการฟื้นตัวของการเคลื่อนไหวด้วยมือผ่าน โครงการ ImpHandRehab ด้วยเงินทุนจาก European Research Council โครงการนี้ขอให้ผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองทำงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของมือที่ซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของการฟื้นฟูสมรรถภาพที่จะปรับปรุงความคล่องแคล่วและคุณภาพชีวิตในท้ายที่สุด ผู้ใช้ทำงานโดยสวมชุดหูฟัง VR ที่จับคู่กับถุงมือจับความเคลื่อนไหวราคาไม่แพง
อะไรเป็นแรงจูงใจให้ผู้ใช้ยึดติดกับงานของตน?
ดื่มด่ำกับ VR
‘การเล่นเกม’ ดร.กาเลียอธิบาย ‘เราได้พัฒนาเกม VR ที่สมจริงมาก ๆ สองเกมที่ให้รางวัลแก่ผู้คนในการทำสิ่งที่ดีกว่าและดีกว่า เช่น เป่าลูกโป่งหรือควบคุมเรือดำน้ำ เราสังเกตเห็นว่ายิ่งมีแต้มหรือเหรียญเดิมพันมากเท่าไร คนๆ นั้นก็จะยิ่งพยายามมากขึ้นเท่านั้น และพวกเขาจะทำได้ดียิ่งขึ้น’
เหนือสิ่งอื่นใด เขาและเพื่อนร่วมงานพบว่าหลังจากเล่นเกมมาเป็นเวลานาน ประสิทธิภาพของมือที่ได้รับการปรับปรุงจะยังคงอยู่แม้ว่าจะถอดชุดหูฟัง VR ออกก็ตาม
ดร.กาเลียกล่าวว่า “เรานึกภาพโซลูชันของเราถูกใช้โดยผู้ป่วยที่บ้าน
‘มันจะเป็นการเสริมเทคนิคการบำบัดแบบดั้งเดิม’
การวิจัยในบทความนี้ได้รับทุนจาก European Research Council ของสหภาพยุโรปและเผยแพร่ครั้งแรกในHorizonนิตยสาร EU Research and Innovation . .
