โจทย์จากบุคลากรทางการแพทย์ที่พบเจอผู้ป่วยโรคมะเร็ง และโรคกระดูกพรุนซึ่งทุกข์ทนกับภาวะแทรกซ้อนอย่าง “ภาวะกระดูกขากรรไกรตาย” จากยาที่ใช้บำบัดรักษาภาวะสลายตัวของกระดูก นักวิจัยนาโนเทค สวทช. จับมือพันธมิตรพัฒนา “วัสดุดูดซับยาโซลิโดรนิกแอซิดจากถ่านกัมมันต์เจือ MgO” เพื่อป้องกันภาวะแทรกซ้อนดังกล่าว NANOTEC Newsletter ฉบับนี้ จะพาไปคุยกับ ดร.ตู่-พงษ์ธนวัฒน์ เข็มทอง ทีมวิจัยตัวเร่งปฏิกิริยา กลุ่มวิจัยการเร่งปฏิกิริยาและการคำนวณระดับนาโน ถึงที่มาที่ไป และประโยชน์ที่จะเกิดกับผู้ป่วย หากนวัตกรรมนี้ นำไปสู่การใช้งานจริงในอนาคต
ยาโซลิโดรนิก แอซิด (Zoledronic acid; ZA) เป็นยาในกลุ่มบิสฟอสโฟเนต (Bisphosphonate) ที่มีฤทธิ์ยับยั้งการสลายตัวของกระดูก (Osteoclastic bone resorpion) นิยมใช้บำบัดสภาวะสลายตัวของกระดูกอันมีสาเหตุจากมะเร็ง (Osteolytic Bone Metastasis)[1] ปัจจุบันยา ZA ได้รับการรับรองให้ใช้ในการรักษาโรคกระดูกพรุน (Osteoporosis) ทั้งในหญิงวัยหมดประจำเดือนและในผู้ชาย รวมถึงใช้ป้องกันและรักษาโรคกระดูกพรุนจากยาสเตียรอยด์ (Steroid induced osteoporosis) อย่างไรก็ตาม การใช้ ZA ในระยะยาว จะก่อให้เกิดสภาวะแทรกซ้อน เรียกว่า ภาวะกระดูกขากรรไกรตายเนื่องจากยา (medication-related osteonecrosis of the jaw; MRONJ) ซึ่งมักจะเกิดขึ้นหลังการถอนฟัน[2] มีอาการแรกเริ่มคล้ายฟันผุ แต่รักษาไม่หาย จนกระทั่งพบกระดูกโผล่ในช่องปากและไม่มีเนื้อเยื่อปกคลุมเป็นเวลานาน หากร้ายแรงมากอาจจะส่งผลให้กระดูกขากรรไกรหัก
ปัจจุบัน ยังไม่มีวิธีมาตรฐานในการรักษาภาวะกระดูกขากรรไกรตายที่สัมพันธ์กับยา ดังนั้นการป้องกันเพื่อลดภาวะดังกล่าวจึงเป็นหนทางที่ดีที่สุด ซึ่งอาจทำได้โดยการใช้วัสดุดูดซับดักจับยา ZA ก่อนที่จะถูกดูดซึมเข้าเซลล์ เช่น การใช้แคลเซียมฟอสเฟตที่ดักจับ ZA ได้ดีและพบว่าไม่เป็นพิษต่อเซลล์ในสัตว์ทดลอง แต่แคลเซียมฟอสเฟตนั้นเป็นวัสดุดูดซับยาที่ประสิทธิภาพไม่สูงนัก เพราะมีพื้นที่ผิวต่ำ
ดร.พงษ์ธนวัฒน์ และทีมวิจัยนาโนเทค จึงพัฒนาวัสดุดูดซับยา ZA ตัวใหม่ จากถ่านกัมมันต์ที่มีรูพรุน (Activated carbon) ที่ปรับปรุงคุณสมบัติด้วยแมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) โดยมีพันธมิตรหลายฝ่ายเข้ามาร่วม ได้แก่ ทีมวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร และคณะทันตแพทย์ศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์, ศูนย์วิจัยสเต็มเซลล์ฟอร์ไลฟ์, สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน และศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ หรือ เนคเทค
“ทีมวิจัยได้ศึกษาปริมาณการเจือสารแมกนีเซียน (Mg) และศึกษาค่าความเป็นกรด-ด่าง ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการดูดซับของวัสดุ โดยพบว่า ถ่านกัมมันต์ที่ผลิตได้มีพื้นที่ผิวที่สูงและมีอนุภาคของแมกนีเซียมออกไซด์ที่มีกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอจะช่วยทำให้วัสดุถ่านกัมมันต์เจือแมกนีเซียมออกไซด์มีคุณสมบัติในการดูดซับสาร ZA ได้มากถึง 73 มิลลิกรัม/กรัม ภายใต้สภาวะที่เป็นกลาง เมื่อเปรียบเทียบกับถ่านกัมมันต์ที่ดูดซับได้แค่ 14 มิลลิกรัม/กรัม” ดร.พงษ์ธนวัฒน์ชี้
นอกจากนี้ ทีมวิจัยยังประยุกต์ใช้การคำนวณด้วยทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (Density functional theory; DFT) โดยพบว่า แมกนีเซียมออกไซด์ช่วยเพิ่มอัตราการดูดซับ ZA บนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ ยิ่งไปกว่านั้น วัสดุดูดซับจากถ่านกัมมันต์เจือแมกนีเซียมออกไซด์ยังสามารถเข้ากันได้ดีกับเซลล์ของมนุษย์ในหลอดทดลอง ซึ่งงานวิจัยนี้ถือได้ว่าเป็นงานวิจัยแรกที่มีการรายงานว่า วัสดุถ่านกัมมันต์เจือแมกนีเซียมออกไซด์เป็นตัวดูดซับที่มีศักยภาพในการกำจัด ZA เพื่อป้องกันภาวะแทรกซ้อนที่เกี่ยวข้องกับกระดูกพรุน
ดร.พงษ์ธนวัฒน์กล่าวว่า วัสดุจากถ่านกัมมันต์เจือแมกนีเซียมออกไซด์สามารถต่อยอดสู่ต้นแบบวัดุทางการแพทย์ที่สามารถต่อยอดใช้ประโยชน์ได้ในอนาคต โดยอยู่ในรูปของสารเคลือบรากฟันเทียม เพื่อดูดซับยา ZA ที่ส่งผลต่อกระดูกขากรรไกร ซึ่งอาจต้องขยายกรอบการวิจัยเพื่อขับเคลื่อนนวัตกรรมไปสู่การใช้ประโยชน์จริง ในขณะเดียวกัน ทีมวิจัยนาโนเทคยังมีแผนจะขยายการวิจัย โดยเปลี่ยนจากแมกนีเซียมออกไซด์ สู่ Nanotube และ Nanohorn ที่มีประสิทธิภาพการดูดซับสูงมากยิ่งขึ้น
เอกสารอ้างอิง
[1] Nicolatou-Galitis O, Schiødt M, Mendes RA, Ripamonti C, Hope S, Drudge-Coates L, et al. Medication-related osteonecrosis of the jaw: definition and best practice for prevention, diagnosis, and treatment. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol 2019;127:117–35. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212440318311933?via%3Dihub
[2] de Almeida AD, Leite FG, Chaud MV, Rebelo M de A, Borges LCF de S, Viroel FJM, et al. Safety and efficacy of hydroxyapatite scaffold in the prevention of jaw osteonecrosis in vivo. J Biomed Mater Res - Part B Appl Biomater 2018;106:1799–808. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jbm.b.33995