โลกก้าวไปไกล ดร.อนันต์ เผยมะกันพัฒนาหุ่นยนต์นาโน 'เครื่องจักรกลขนาดจิ๋ว 'ทำจาก'ดีเอ็นเอ 'ตรวจจับไวรัสแม่นยำ

17 ธ.ค.2567-ดร.อนันต์ จงแก้ววัฒนา ผู้อำนวยการกลุ่มวิจัยนวัตกรรมสุขภาพสัตว์และการจัดการ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) ผู้ติดตามความเคลื่อนไหว และความก้าวหน้าในวงการวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในต่างประเทศ โพสต์ข้อความผ่านเฟซบุ๊ค ว่า

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ออกมาในวารสาร Science Robotics โดยทีมวิจัยจาก University of Illinois ในสหรัฐอเมริกา เกี่ยวกับการพัฒนานวัตกรรมใหม่ในวงการการแพทย์และเทคโนโลยีนาโน โดยทีมนักวิจัยได้พัฒนาหุ่นยนต์นาโนที่ทำจาก”ดีเอ็นเอ” ไม่มีโครงสร้างอื่นมาปน เรียกว่า “DNA NanoGripper” หรือ DNA NG ซึ่งมีลักษณะคล้ายมือมนุษย์ขนาดจิ๋ว ประกอบด้วยฝ่ามือและนิ้วที่สามารถงอได้สี่นิ้ว โดยได้แรงบันดาลใจจากมือมนุษย์ และ กรงเล็บนก นวัตกรรมนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาเครื่องมือระดับนาโนที่สามารถจับและควบคุมอนุภาคขนาดเล็กมากๆ อย่างอนุภาคของไวรัสต่างๆได้

เทคโนโลยี DNA origami ที่ใช้ในการสร้างหุ่นยนต์นาโนชิ้นนี้นับเป็นความก้าวหน้าที่ชัดเจนในวงการวิทยาศาสตร์ระดับโมเลกุล เปรียบเสมือนศิลปะการพับกระดาษแบบโอริกามิ แต่แทนที่จะใช้กระดาษ ทีมวิจัยได้ใช้สายดีเอ็นเอเส้นยาวเพียงเส้นเดียวมาพับและจัดเรียงให้เกิดเป็นโครงสร้างสามมิติที่ซับซ้อน โดยอาศัยหลักการจับคู่เบสของดีเอ็นเอและการออกแบบลำดับเบสอย่างแม่นยำ โครงสร้างของหุ่นยนต์นาโนชิ้นนี้มีความซับซ้อนและละเอียดอ่อนอย่างไม่น่าเชื่อ ประกอบด้วยข้อต่อถึง 12 จุดที่เชื่อมชิ้นส่วนทั้ง 13 ชิ้นเข้าด้วยกัน เสมือนการสร้างข้อนิ้วมือจำลองในระดับนาโนเมตร แต่ละข้อต่อได้รับการออกแบบให้สามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระและแม่นยำ คล้ายกับการทำงานของข้อนิ้วมือมนุษย์ สิ่งที่น่าทึ่งมากคือโครงสร้างทั้งหมดนี้ถูกสร้างขึ้นจากสายดีเอ็นเอเพียงเส้นเดียว ซึ่งถูกออกแบบให้พับตัวเองได้อย่างแม่นยำในสภาวะที่เหมาะสม

การใช้ดีเอ็นเอเส้นเดียวในการสร้างโครงสร้างทั้งหมดนี้มีข้อดีหลายประการ ประการแรกคือความแข็งแรงของโครงสร้างที่เกิดจากการจับคู่เบสที่สมบูรณ์และต่อเนื่อง ประการที่สองคือความแม่นยำในการควบคุมการเคลื่อนไหว เนื่องจากแต่ละส่วนถูกเชื่อมต่อกันอย่างเป็นระบบและมีความยืดหยุ่นที่เหมาะสม และประการที่สามคือความสามารถในการทำซ้ำได้โดยไม่มีข้อผิดพลาดเพราะกระบวนการพับตัวของดีเอ็นเอเป็นไปตามกฎธรรมชาติที่แน่นอน ด้วยการออกแบบที่ชาญฉลาดนี้ ทำให้หุ่นยนต์นาโนสามารถจับวัตถุขนาดเล็กในระดับ 50-100 นาโนเมตรได้อย่างจำเพาะและแม่นยำ ขนาดดังกล่าวนี้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับการจับไวรัสหลากหลายชนิด รวมถึงไวรัส SARS-CoV-2 ที่มีขนาดประมาณ 80-100 นาโนเมตร การที่หุ่นยนต์นาโนมีขนาดพอเหมาะกับอนุภาคไวรัสนี้ ทำให้สามารถจับและยึดเกาะไวรัสได้อย่างมีประสิทธิภาพ เปรียบเสมือนมือขนาดจิ๋วที่คอยจับกุมและควบคุมไวรัสไม่ให้แพร่กระจายหรือเข้าสู่เซลล์เป้าหมาย

ในการศึกษานี้ทีมวิจัยได้นำ DNA NG ไปประยุกต์ใช้ในการตรวจจับและยับยั้งไวรัส SARS-CoV-2 โดยสามารถตรวจพบไวรัสในน้ำลายมนุษย์ได้ที่ความเข้มข้นต่ำถึง 100 อนุภาคต่อมิลลิลิตร ซึ่งมีความแม่นยำใกล้เคียงกับการตรวจ RT-PCR ที่ได้รับการรับรองจาก FDA นอกจากนี้ยังสามารถลดปริมาณไวรัสได้ถึง 99% เมื่อใช้ที่ความเข้มข้น 4 นาโนโมลาร์ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพในการยับยั้งการติดเชื้อไวรัสได้อย่างมีนัยสำคัญนวัตกรรมนี้ไม่เพียงแต่มีประสิทธิภาพสูง แต่ยังมีข้อได้เปรียบทางด้านต้นทุนและความสะดวกในการใช้งาน เนื่องจากไม่จำเป็นต้องสกัด RNA หรือใช้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเหมือนการตรวจแบบดั้งเดิม การตรวจวัดทำได้ที่อุณหภูมิห้องและให้ผลรวดเร็ว ระบบการตรวจจับใช้เทคโนโลยีการเรืองแสงร่วมกับผลึกโฟโทนิก ทำให้มีความไวสูงและสามารถนับจำนวนไวรัสแต่ละอนุภาคได้

งานวิจัยชิ้นนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีนาโนและการประยุกต์ใช้ดีเอ็นเอในการสร้างเครื่องจักรกลขนาดจิ๋ว ซึ่งไม่เพียงแต่จะมีประโยชน์ในการรับมือกับโรคติดเชื้อในปัจจุบัน แต่ยังเปิดโอกาสในการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ สำหรับการวินิจฉัยและรักษาโรคในอนาคต การค้นพบนี้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการใช้โมเลกุลของสิ่งมีชีวิตมาสร้างเครื่องมือที่มีความซับซ้อนและแม่นยำในระดับนาโนเมตร ซึ่งอาจนำไปสู่การปฏิวัติวงการแพทย์และเทคโนโลยีชีวภาพในอนาคตอันใกล้ จากโปรตีนอย่างแอนติบอดี เรากำลังเคลื่อนไปสู่การใช้ DNA ในอนาคต