การคัดเลือกนาโนบอดีที่จำเพาะกับตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของภาวะหัวใจล้มเหลวเพื่อการสร้างชุดตรวจวินิจฉัยโรค

ภาวะหัวใจล้มเหลว (Heart failure) เป็นภาวะซึ่งเกิดจากความผิดปกติจากการทำงานของหัวใจ ซึ่งไม่สามารถสูบฉีด และรับเลือดเข้าสู่หัวใจได้ตามปกติ โดยพบว่าประชากรทั่วโลกป่วยด้วยภาวะหัวใจล้มเหลว ประมาณ 26 ล้านคน และมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอีกประมาณ 46% ภายในปี พ.ศ. 2573 ซึ่งพบว่ามีจำนวน 1 ใน 5 คน มีอายุมากกว่า 40 ปีขึ้นไป นอกจากนี้ในประเทศไทยยังพบว่าสาเหตุการเสียชีวิตโดยส่วนใหญ่มาจากโรคหัวใจ จากข้อมูลผู้ป่วยที่เข้ารักษาตัวด้วยโรคหัวใจล้มเหลวในศูนย์โรคหัวใจ โรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ พบว่าปี 2558 มีจำนวน 652 ราย เพิ่มขึ้นจากปี 2557 ประมาณ 45 % ซึ่งเป็นผลมาจากการดำเนินชีวิตที่เปลี่ยนไปของคนไทย ซึ่งเกิดจากการใช้ชีวิตที่เร่งรีบ ทำให้ละเลยต่อคุณภาพอาหาร การออกกำลังกาย การเผชิญกับความเครียด รวมถึงการก้าวเข้าสู่สังคมผู้สูงอายุ ซึ่งจากงานวิจัยพบว่าผู้ป่วยซึ่งถูกวินิจฉัยว่ามีภาวะหัวใจล้มเหลว ซึ่งเป็นสภาวะสุดท้ายของโรคหัวใจและหลอดเลือด จะมีความเสี่ยงต่อการเสียชีวิตประมาณ 35% ในหนึ่งปีแรกหลังการวินิจฉัย และมีความเสี่ยงมากกว่า 50% ในผู้ป่วยที่ต้องเข้านอนในโรงพยาบาลอีกภายใน 6 เดือนหลังจากออกจากโรงพยาบาล ซึ่งในปัจจุบันนี้ การพยากรณ์ และการตรวจวินิจฉัยผู้ป่วยซึ่งมีภาวะหัวใจล้มเหลวส่วนใหญ่จะอาศัยการตรวจสอบดัชนีทางสรีรวิทยา (เช่น คลื่นไฟฟ้าหัวใจ การตรวจ X-ray อัลตราซาวนด์) และดัชนีทางชีวเคมี (เช่น electrolyte, myocardial enzyme, biomarkers ที่เฉพาะเจาะจง) ซึ่งการตรวจวินิจฉัยโดยใช้ดัชนีทางสรีระวิทยาส่วนใหญ่นั้น จำเป็นต้องอาศัยผู้เชี่ยวชาญในการวิเคราะห์ผล และเครื่องมือจำเพาะที่มีราคาสูง ซึ่งทำให้ไม่สะดวกต่อการนำไปใช้งานในจุดดูแลผู้ป่วย (POC) ซึ่งเมื่อเปรียบเทียบกับการวินิจฉัยโดยใช้ดัชนีทางชีวเคมีแล้วนั้น วิธีนี้สามารถนำไปปรับใช้ ณ จุดดูผู้ป่วยได้ง่ายกว่า โดยการตรวจวิเคราะห์ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพซึ่งจำเพาะต่อภาวะหัวใจล้มเหลว ซึ่งตัวบ่งชี้ทางชีวภาพแต่ละชนิด จะมีระดับอ้างอิงที่แตกต่างกันไป ทำให้ผู้ป่วยสามารถประเมินสถานภาพของโรคได้ง่ายขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับระดับอ้างอิง อย่างไรก็ตาม ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของภาวะหัวใจล้มเหลวนั้นมีหลายชนิด ตัวอย่างเช่น sST2, NT-proBNP, BNP หรือ TnT ซึ่งตัวบ่งชี้ทางชีวภาพแต่ละชนิด จะมีความแตกต่างกันไป เช่น Suppression of tumorigenicity 2 (ST2) เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพใหม่ที่อยู่ในกลุ่มของ interleukin-1 receptor biomarker ซึ่งถูกระบุไว้ใน ACCF / AHA guideline ปี 2013 สำหรับการประเมินความเสี่ยงของผู้ป่วยโรคภาวะหัวใจล้มเหลว และพบว่าความเข้มข้นของ ST2 ที่ละลายในเลือดที่หมุนเวียนอยู่ในร่างกาย (soluble ST2: sST2) สะท้อนถึงความเครียดของหัวใจหรือการที่หัวใจมีพังผืด (cardiac fibrosis) ST2 ในส่วนของ B-type natriuretic peptide (BNP) และ N-terminal proBNP (NT-proBNP) เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพมาตรฐานหลักที่ถูกใช้ในการตัดสินใจเพื่อการวินิจฉัยและการทำนายโรคภาวะหัวใจล้มเหลว ข้อมูลส่วนใหญ่เกี่ยวกับการใช้ B-type class จะพุ่งเป้าไปที่การวัดปริมาณของ BNP หรือ NT-proBNP สำหรับการวินิจฉัยโรคภาวะหัวใจล้มเหลวโดยการใช้ BNP และ NT-proBNP มีผลต่อมาตรฐานการรักษาโรคอย่างมาก ในขณะที่ Troponin T (TnT) เป็นกลุ่มของโปรตีนที่ควบคุมการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจ โดยจะถูกหลั่งออกมาเมื่อกล้ามเนื้อหัวใจมีการทำงานที่ผิดปกติ เช่น กล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือดซึ่งมีสาเหตุมาจากโรคหลอดเลือดหัวใจหรือความผิดปกติของระบบไหลเวียนเลือด หรือในภาวะที่หัวใจได้รับบาดเจ็บ TnT จะถูกหลั่งออกมาในกระแสเลือดอย่างรวดเร็วภายในเวลา 3-4 ชั่วโมง ซึ่งในปี 2013 American College of Cardiology Foundation/American Heart Association Guidelines ได้แนะนำให้มีการตรวจสอบระดับของ TnT เพิ่มเติม เพื่อช่วยในการพยากรณ์ และคัดแยกความเสี่ยงของผู้ป่วยซึ่งมีภาวะหัวใจล้มเหลว

    โดยในปัจจุบันมีการผลิตชุดตรวจเพื่อพยากรณ์ภาวะหัวใจล้มเหลว โดยใช้แอนติบอดีจำพวกโมโนโคลนอล (monoclonal antibody, mAb)  หรือ โพลีโคลนอล Polyclonal antibodies (pAbs) ที่จำเพาะต่อตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของภาวะหัวใจล้มเหลวดังที่กล่าวไปข้างต้น แต่อย่างไรก็ตาม ชุดตรวจส่วนใหญ่ที่มาจากแอนติบอดีดังกล่าวมักมีราคาสูง เนื่องจากกระบวนการผลิตแอนติบอดีเหล่านี้มาจากระบบเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมเท่านั้น ซึ่งระบบการผลิตนี้จะต้องใช้งบประมาณจำนวนมากในการผลิตแบบขนาดใหญ่ และมีความซับซ้อน จึงทำให้ชุดตรวจส่วนใหญ่ที่ผลิตออกมานั้นมีราคาสูง ดังนั้นเพื่อการแก้ไขข้อจำกัดดังกล่าว จึงมีการพัฒนาโมเลกุลที่น่าสนใจอีกรูปแบบหนึ่ง นั้นคือนาโนบอดี โดยเริ่มจากในปี ค.ศ. 1989 ได้มีการระบุแอนติบอดีชนิดใหม่เป็นครั้งแรกในซีรั่มของอูฐที่มีหนอกเดียว (dromedaries) และต่อมาด้วยในสายพันธุ์อื่น ๆ ของตระกูล Camelidae แอนติบอดีเหล่านี้มีความพิเศษคือไม่มี light chain และไม่มี constant heavy domain ชิ้นแรก (CH1) และ ถูกเรียกว่า heavy-chain only antibody (HcAb) หลังจากนั้นมีการพัฒนาจนได้ชิ้นส่วนแอนติบอดีที่มีองค์ประกอบเป็นเพียง monomeric variable antibody domain เพียงชิ้นเดียวที่พัฒนามาจาก variable region ของ HcAb ซึ่งเรียกว่า“นาโนบอดี” (Nanobody) ทําให้นาโนบอดีเป็นชิ้นส่วนแอนติบอดีที่มีขนาดเล็กที่สุดที่ยังสามารถจับกับแอนติเจนได้อย่างจําเพาะ โดยนาโนบอดีมีคุณสมบัติที่น่าสนใจคือมีขนาดที่เล็ก มีน้ำหนักโมเลกุลเพียง 15 kDa ซึ่งต่ำกว่า mAbs ทั่วไปประมาณ 10 เท่า นอกจากนี้ ข้อสำคัญอีกข้อหนึ่งคือ เนื่องจากนาโนบอดีมีขนาดเล็ก  นักวิจัยพบว่านาโนบอดีมีความเสถียร (stability) สูง สามารถทนความร้อนได้ดีกว่าแอนติบอดีแบบ IgG  มีความสามารถในการละลาย (solubility) ดี ซึ่งข้อดีนี้จึงทำให้นาโนบอดีสามารถนำไปพัฒนาเป็นชุดตรวจเพื่อพยากรณ์โรคต่างๆ ได้ และนอกจากนี้ยังสามารถถูกผลิตในแบคทีเรียได้ดีอีกด้วย ทำให้สามารถลดต้นทุนการผลิตได้มาก นาโนบอดีนับว่าเป็นวิทยาการที่ค่อนข้างใหม่ งานวิจัยที่ถูกตีพิมพ์ในเร็ว ๆ นี้มากมายได้แสดงถึงศักยภาพของนาโนบอดีที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้ได้ในทั้งทางด้านไบโอเทคโนโลยีและทางด้านการแพทย์ ปัจจุบันจึงมีหลายบริษัทที่กำลังพัฒนา synthetic nanobody library เพื่อการค้าอยู่ เนื่องจากอยู่ในรูปแบบสังเคราะห์ จึงแปลว่ามีจำนวนของนาโนบอดีอยู่มากมาย ขึ้นอยู่กับว่าเราจะใช้แอนติเจนชนิดใดเป็นโปรตีนเป้าหมายเพื่อนำมาใช้คัดเลือกนาโนบอดีที่จำเพาะกับโปรตีนเป้าหมาย ไลบรารี่นาโนบอดีสังเคราะห์นับเป็นคลังขุมทรัพย์ที่อาจมีนาโนบอดีที่จำเพาะกับแอนติเจนที่มีความสำคัญต่อการตรวจโรคอีกมากมายหลายชนิด  จึงเป็นที่น่าสนใจที่จะนำไลบรารี่เหล่านี้ เพื่อนำมาประยุกต์ใช้กับงานในหลากหลายด้าน

          สำหรับข้อเสนอโครงการนี้ คณะผู้วิจัยสนใจการพัฒนาโนบอดีซึ่งเป็นโดเมนขนาดเล็ก ๆ บน variable region ที่มีคุณสมบัติในการทำงานเหมือนแอนติบอดี แต่สามารถผลิตด้วยระบบ E. coli ที่มีราคาถูกและมีความซับซ้อนต่ำกว่าการผลิตแอนติบอดีโดยใช้เซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ทั้งนี้เพื่อให้ได้นาโนบอดีที่มีความจำเพาะกับตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของภาวะหัวใจล้มเหลว โดยจะทำการศึกษาเบื้องต้นเพื่อระบุโปรตีนเป้าหมายเพื่อดูว่าระบบ FLI-TRAP สามารถนำมาใช้กับตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของภาวะหัวใจล้มเหลวชนิดใด (sST2, NT-proBNP หรือ TnT) แล้วจึงนำระบบ FLI-TRAP มาคัดเลือกนาโนบอดีที่สามารถพัฒนาไปเป็นชุดตรวจเพื่อพยากรณ์ และวินิจฉัยในผู้ป่วยซึ่งมีภาวะหัวใจล้มเหลวได้ต่อไป ทำให้สามารถเข้าถึงกลุ่มผู้ป่วยได้อย่างทั่วถึง และ มีราคาต่ำ ทางผู้วิจัยคาดหวังว่าจะสามารถคัดเลือกนาโนบอดีที่มีประสิทธิภาพสูงในการจับกับ ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของภาวะหัวใจล้มเหลว และนำไปสู่การพัฒนาไปเป็นชุดตรวจวินิจฉัยเพื่อผู้ป่วยภาวะหัวใจล้มเหลว นับว่าเป็นการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อเป็นการสร้างชุดตรวจที่สามารถผลักดันเข้าสู่บัญชีนวัตกรรมของประเทศไทยทำให้สามารถผลิต และจัดจำหน่ายชุดตรวจได้เองเพื่อเป็นการลดภาระค่าใช้จ่ายของประเทศอีกด้วย โดยในการวิจัยชิ้นนี้ เน้นการคัดเลือก และประยุกต์ใช้นาโนบอดีที่สามารถจับได้อย่างจำเพาะกับตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของภาวะหัวใจล้มเหลวซึ่งสามารถพบได้มากขึ้นในประชากรสูงวัย