นักวิทยาศาสตร์ที่ Washington University พัฒนานาโนเทคโนโลยีใหม่สามารถถนอมรักษาตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของโปรตีนในตัวอย่างทางคลินิกสำหรับใช้วินิจฉัยทางการแพทย์โดยไม่ต้องอาศัยการแช่เย็น เป็นวิธีการใหม่ที่มีค่าใช้จ่ายไม่สูงในการช่วยขนส่งตัวอย่างเลือดและปัสสาวะ

คณะทำงานที่ Washington University พัฒนานาโนเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถถนอมรักษาตัวบ่งชี้ทางชีวภาพซึ่งใช้ในการวินิจฉัยทางการแพทย์โดยไม่ต้องแช่เย็น

    ลองคิดดูว่า หากแพทย์ในพื้นที่ชนบทหรือที่ห่างไกลจำเป็นต้องส่งตัวอย่างเลือดหรือปัสสาวะของผู้ป่วยไปตรวจยังโรงพยาบาลที่อยู่ไกลออกไปหลายร้อยไมล์  เพื่อรักษาคุณภาพของตัวอย่าง จำเป็นต้องแช่เย็นตัวอย่างไว้ตลอดการเดินทาง อันเป็นกระบวนการที่มีค่าใช้จ่ายสูงซึ่งต้องใช้พลังงานอย่างมหาศาลที่อาจมีอยู่จำกัด
    โดยการใช้นาโนเทคโนโลยี  คณะผู้วิจัยที่ Washington University ในเซ็นหลุยส์ สามารถเอาชนะความจำเป็นที่ต้องอาศัยการแช่เย็นได้ โดยการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่สร้างเกาะป้องกันตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของโปรตีนในตัวอย่างด้วยค่าใช้จ่ายที่ต่ำ การใช้วิธีการนี้ช่วยให้ตัวอย่างสามารถรักษาความบริสุทธิ์และข้อมูลสำหรับใช้ประกอบการตัดสินใจที่สำคัญเกี่ยวกับการรักษาพยาบาลไว้ได้ถึงร้อยละ 95
    คณะทำงานชุดนี้นำโดย Srikanth Singamaneni รองศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมเครื่องกลและวัสดุศาสตร์ School of Engineering & Applied Science; นักวิทยาศาสตร์ที่ School of Medicine แห่ง Washington University ในเซ็นหลุยส์ คือ Jeremiah J. Morrissey ศาสตราจารย์วิจัยสาขาวิสัญญีวิทยากับ Evan D. Kharasch และ Mary B. Shelden ศาสตราจารย์สาขาวิสัญญีแพทย์ และศาสตราจารย์สาขาชีวเคมีและชีวฟิสิกส์โมเลกุล
    คณะทำงานใช้วัสดุที่มีรูพรุนระดับนาโนเพื่อห่อตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของโปรตีนในตัวอย่างเลือดและปัสสาวะ โดยได้เพาะเลี้ยงผลึกคริสตัลรอบ ๆ โมเลกุล  จากนั้นคณะทำงานได้ย้ายโมเลกลุที่ห่อแล้วไปไว้บนกระดาษกรองสำหรับห้องปฏิบัติการมาตรฐาน  เมื่อแห้งแล้วจะสามารถส่งกระดาษนั้น ณ อุณหภูมิใด ๆ ก็ตามไปที่ห้องปฏิบัติการเพื่อตรวจทดสอบ
“เมื่อคุณพร้อมจะวิเคราะห์ตัวอย่าง คุณจะดึงทุกอย่างจากกระดาษกลับไปเป็นของเหลว”
    Assoc. Prof. Singamaneni กล่าวว่า “เราแสดงให้เห็นว่า วิธีการนี้ช่วยรักษาความสมบูรณ์ของตัวอย่างชีวภาพได้”
    งานวิจัยที่เผยแพร่เมื่อไม่นานมานี้ใน Chemistry of Materials เป็นงานเผยแพร่ครั้งแรกเกี่ยวกับการใช้วัสดุนาโนที่พัฒนาขึ้นใหม่ ซึ่งเรียกว่า โครงข่ายโลหะ - สารอินทรีย์ที่มีตัวอย่างชีวภาพ (metal-organic frameworks with biospecimens) เช่น เลือด ปัสสาวะ ซีรัม และพลาสมา
    คณะผู้วิจัย กล่าวว่า วิธีการที่มีค่าใช้จ่ายไม่สูงและคนทั่วไปสามารถเข้าถึงได้นี้มีความสามารถที่จะนำไปประยุกต์ใช้ได้กว้างขวาง พร้อมมีศักยภาพที่จะใช้ในประเทศกำลังพัฒนาซึ่งเข้าถึงบริการรักษาพยาบาลและบริการไฟฟ้าได้อย่างจำกัด  ในพื้นที่ชนบทที่มีทรัพยากรจำกัด หรือคลินิก หรือการคัดกรองนอกสถานที่
    กว่า 1 ปีที่ผ่านมา คณะทำงานได้เผยแพร่รายงานใน Advanced Materials ซึ่งมีการเพาะโครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์รอบ ๆ ยาปฏิชีวนะที่ติดอยู่กับแท่งนาโนทองคำ (gold nanorods) เพื่อตัดความจำเป็นที่จะต้องมีการแช่ในการเก็บ biodiagnostic chips วิธีการนี้ช่วยป้องกันยาปฏิชีวนะได้เป็นเวลา 1 สัปดาห์ โดยเก็บไว้ ณ อุณหภูมิห้อง  แม้จะต้องล้างชั้นป้องกันออกก่อนใช้ก็ตาม
    “เราถามว่าทำไมเราถึงไม่อาจใช้เทคโนโลยีเดียวกันในการถนอมรักษาตัวอย่างทางชีวภาพ แทนที่การถนอมรักษาเซ็นเซอร์ชีวภาพ” Assoc. Prof. Singamaneni กล่าวและว่า “ในการนำไปใช้ เราจำเป็นต้องเอาชนะอุปสรรคสำคัญบางอย่าง เพราะไม่เหมือนกับการรักษาสิ่งที่ผูกติดกันซับสเตรท เมื่อเทียบกับสิ่งที่อยู่ในสารละลาย

แผนภูมิอธิบายวิธีการแบบใหม่ของคณะทำงานจาก Washington University สำหรับการขนส่งตัวอย่างทางชีวภาพ ซึ่งสามารถตัดวิธีการปัจจุบันที่ใช้การขนส่งด้วยสายโซ่ความเย็น

    เพื่อทดสอบเทคนิคนี้ คณะทำงานได้ใช้ตัวอย่างปัสสาวะเทียมที่ใส่ neutrophil gelatinase-associated lipcalin (NGAL)  ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับโรคไตวายเฉียบพลัน และตัวอย่างเลือดที่ใส่ CA-125 ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับโรคมะเร็งรังไข่
    คณะทำงานได้ผสมตัวอย่างด้วยสารตั้งต้นของวัสดุที่มีรูพรุนระดับนาโน ZIF-8 และปล่อยให้แห้งบนกระดาษ ณ อุณหภูมิห้อง  โดยการใช้เทคนิคชีวภาพวิเคราะห์แบบมาตรฐาน คณะทำงานได้พบและกำหนดว่าตัวอย่างที่มีการห่อหุ้ม ZIF-8 ถนอมรักษา NGAL ไว้ได้มากกว่าร้อยละ 95
    คณะทำงานยังทดสอบวิธีการนี้ด้วยตัวอย่างปัสสาวะจากผู้ป่วยที่เป็นโรคไตวายเฉียบพลัน 3 คน
    พบว่าตัวอย่างที่เก็บไว้ ณ อุณหภูมิห้อง รักษา NGAL ไว้ได้มากกว่าร้อยละ 90
    ตัวอย่างกลุ่มควบคุมที่ไม่มีการห่อหุ้ม ZIF-8 รักษา NGAL ไว้ได้น้อยกว่าร้อยละ 30
    ทำนองเดียวกัน ตัวอย่างเลือดที่มี CA-125 และห่อหุ้มด้วย ZIF-8 รักษาไว้ได้ประมาณร้อยละ 85 ในขณะที่ตัวอย่างที่ไม่มีการห่อหุ้มรักษาไว้ได้ไม่เกินร้อยละ 50
    เพื่อทดสอบวิธีการในการประยุกต์กับสถานการณ์จริง คณะผู้วิจัยได้ใส่กระดาษด้วยตัวอย่างที่ถูกทำให้แห้งในซองมาตรฐาน และส่งผ่านไปรษณีย์ปกติไปยังผู้ร่วมงานในแคลิฟอร์เนีย ซึ่งได้ส่งตัวอย่างนั้นกลับมาที่ Washington University โดยไปรษณีย์อีกครั้ง  คณะผู้วิจัยได้ทดสอบตัวอย่างหลังจากตัวอย่างเดินทางไปกลับ 10 วัน และพบว่าถนอมรักษา NGAL ไว้ได้มากถึงร้อยละ 90
    เพื่อให้แน่ใจว่าวิธีการนี้ไปถึงแหล่งซึ่งมีทรัพยากรจำกัด คณะทำงานได้ทำงานกับสำนักงานบริหารเทคโนโลยีของมหาวิทยาลัยเพื่อยื่นจดสิทธิบัตรเทคโนโลยีและวางแผนพัฒนาให้เป็นผลิตภัณฑ์สำหรับอุตสาหกรรมการรักษาพยาบาล
    ในที่สุด คณะทำงานได้คิดทำชุดอุปกรณ์สำหรับการถนอมรักษาตัวอย่างทางชีวภาพ ซึ่งจะรวมสารตั้งต้น ZIF-8 แถบกระดาษ และวัสดุอื่น ๆ ที่จำเป็นในการช่วยผู้ป่วยในพื้นที่ที่มีบริการไม่พอ  เพื่อเตรียมตัวอย่างเลือดและปัสสาวะของตนเองและส่งตัวอย่างไปโรงพยาบาลหรือห้องปฏิบัติการ
    “หนึ่งในขั้นตอนต่อ ๆ ไปของเรา คือ การนำเทคโนโลยีออกจากห้องปฏิบัติการและทำในเชิงพาณิชย์ เพื่อให้เทคโนโลยีนี้ทำงานให้ดีที่สุดสำหรับประชากรจำนวนมากที่สุด” Kharasch ซึ่งเป็นผู้อำนวยการของ Center for Clinical Pharmacology ด้วย กล่าว
    “แนวทางนี้จะทำให้เทคโนโลยีนี้มีให้ใช้ได้อย่างกว้างขวางทั้งในประเทศโลกที่ 1 และรวมไปถึงประเทศเกิดใหม่ และในสถานการณ์ฉุกเฉินหรือกรณีที่เกิดความเสียหายกับสภาพแวดล้อม ซึ่งเราจำเป็นต้องเคลื่อนย้ายประชากรและมีทรัพยากรที่จำกัด”