Development of an electrochemical sensor for simultaneous determination of amyloid- β 42 and tau protein in blood

จากสภาพสังคมและเทคโนโลยีการแพทย์ที่พัฒนาขึ้นในปัจจุบันทำให้โลกเราเข้าสู่ยุคของสังคมสูงวัย กล่าวคือประชากรมีอายุยืนมากขึ้น ขณะที่ประชากรตัดสินใจแต่งงานและมีบุตรลดลง ทำให้สัดส่วนของประชากรผู้สูงอายุมีมากขึ้นในทุกปี จากข้อมูลทางสถิติขององค์การอนามัยโลกในปี 2010 พบว่ามีประชากรที่มีอายุมากกว่า 65 ปีเป็นจำนวนกว่า 524 ล้านคนซึ่งคิดเป็น 8% ของประชากรทั่วโลก และในปี 2050 มีการคาดการว่าจะมีประชากรที่มีอายุมากกว่า 65 ปี เพิ่มขึ้นเป็น 1.5 ล้านล้านคน หรือประมาณ 16% ซึ่งมีแนวโน้มที่จะสูงขึ้นในทุก ๆ ปี อายุที่มากขึ้นนี้สัมพันธ์กันกับความเสี่ยงที่จะเกิดโรคเรื้อรังต่าง ๆ เพิ่มขึ้นเช่นกันหนึ่งในนั้นคือการเพิ่มขึ้นของโรคในกลุ่มที่เกี่ยวข้องกับการเสื่อมถอยของระบบประสาท เช่นภาวะความจำเสื่อม ซึ่งจากข้อมูลขององค์การอนามัยโลกพบว่าในปี 2020 ประชากรกว่า 50 ล้านคนทั่วโลกมีภาวะความจำเสื่อม ซึ่ง 60% ถึง 70% ในนั้นมีสาเหตุหลักมาจากโรคอัลไซเมอร์ [1, 2]

อัลไซเมอร์คือโรคที่มีการเสื่อมถอยของเซลล์ประสาทที่เกิดขึ้นมากในผู้สูงอายุทั่วโลก โดยสาเหตุของการเกิดโรคยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดแต่เชื่อว่าเกิดจากการสะสมที่ผิดปกติของโปรตีนอะไมลอยด์ชนิดเบต้า (amyloid-β) และโปรตีนเทา (tau) ในสมอง เดิมทีนั้นจะต้องใช้การตรวจชิ้นเนื้อเพื่อยืนยันการพบโปรตีนที่ผิดปกติเหล่านี้ ซึ่งจะทำได้ภายหลังจากที่ผู้ป่วยเสียชีวิตแล้วเท่านั้น ทำให้การวินิจฉัยว่าเป็นโรคอัลไซเมอร์ขณะที่ยังมีชีวิตนั้นต้องใช้การตรวจหลายอย่างควบคู่กันเช่น การตรวจคัดกรองเบื้องต้นด้วยชุดคำถามเพื่อวินิจฉัยภาวะสมองเสื่อม การตรวจโรคอื่น ๆ ที่มีอาการใกล้เคียงกันเพื่อตัดความน่าจะเป็นออกไป และการถ่ายภาพสมองด้วยวิธี Magnetic resonance imaging (MRI) Computed tomography (CT) ซึ่งสามารถตรวจวัดการทำงานของสมองและดูลักษณะกายวิภาค  และการวัดปริมาณการนำเข้าสาร fluorodeoxyglucose uptake ด้วย วิธีถ่ายภาพ positron emission tomography (PET) เพื่อวัดการทำงานในสมองส่วนต่าง ๆ ต่อมาได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อการวินิจฉัยหาโปรตีนอะไมลอยด์ชนิดเบต้า (amyloid-β) และโปรตีนเทา (tau) ขณะที่ผู้ป่วยมีชีวิตโดยใช้ positron emission tomography (PET) ซึ่งมีความจำเพาะต่อโปรตีนที่สนใจ อย่างไรก็ตามแม้ว่าการถ่ายภาพสมองจะใช้เวลาในการตรวจไม่นาน แต่เนื่องจากเป็นเครื่องมือเฉพาะจึงมีแค่ในโรงพยาบาลใหญ่ ๆ ทำให้ระยะเวลาในการรอคิวค่อนข้างนาน นอกจากนี้ยังมีค่าใช้จ่ายที่สูงในการตรวจวินิจฉัยในแต่ละครั้ง จึงทำให้ผู้ป่วยป่วยมีข้อจำกัดในการตรวจติดตามโรค จากการศึกษาเมื่อไม่นานมานี้นักวิจัยหลายกลุ่มพยายามที่จะหาดัชนีชี้วัดทางชีวภาพ (biomarkers) เพื่อนำมาใช้ในการวินิจฉัยและติดตามการดำเนินของโดยโรคอัลไซเมอร์ในสารคัดหลั่งอื่น ๆ นอกเหนือไปจากเนื้อเยื่อสมอง ซึ่งพบว่าโปรตีนอะไมลอยด์ชนิดเบต้า (amyloid-β) และโปรตีนเทา (tau) สามารถตรวจพบได้ในน้ำไขสันหลัง และเลือดของผู้ป่วย

จากการศึกษางานวิจัยที่ผ่านมาพบว่ามีการพัฒนาเซ็นเซอร์เพื่อตรวจวัดตัวบ่งชี้ทางชีวภาพทั้งสองชนิดข้างต้นที่บ่งชี้ภาวะของโรคอัลไซเมอร์เพียงจำนวนหนึ่งเมื่อเทียบกับความสำคัญของโรคที่มีผู้ที่ได้รับผลกระทบจากโรคนี้เพิ่มมากขึ้นอย่างมหาศาล นอกจากนี้การพัฒนาเซ็นเซอร์เพื่อตรวจวัดปริมาณความเข้มข้นของโปรตีนอะไมลอยด์ชนิดเบต้า (amyloid-β) และโปรตีนเทา (tau) เพียงอย่างใดอย่างหนึ่ง ไม่สามารถจำเพาะกับการบ่งชี้ถึงภาวะของโรคอัลไซเมอร์ได้ ในขณะที่การศึกษางานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการวินิจฉัยโรคอัลไซเมอร์แสดงให้เห็นว่าการตรวจวัดโปรตีนอะไมลอยด์ชนิดเบต้า (amyloid-β) ควบคู่กับโปรตีนเทาทั้งหมด (t-tau) โดยใช้ค่า Aβ-42 × t-tau นั้นสามารถใช้ในการทำนายการเกิดภาวะความจำเสื่อมระยะเริ่มต้นได้ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในการวินิจฉัยโรคอัลไซเมอร์ได้ตั้งแต่เนิ่น ๆ ด้วยเหตุนี้กลุ่มผู้วิจัยจึงมีความสนใจที่จะพัฒนาชุดตรวจแบบรวดเร็วในการตรวจวัดระดับโปรตีนอะไมลอยด์ชนิดเบต้า (amyloid-β) และโปรตีนเทา (tau) แบบพร้อมกันในเลือด โดยการปรับปรุงผิวหน้าขั้วไฟฟ้าชนิดพิมพ์สกรีนคาร์บอนด้วยเทคนิคอนุภาคพอลิเมอร์ที่มีรอยประทับโมเลกุล (molecularly imprinted polymer; MIP) โดยคาดหวังให้เป็นบริเวณจับจำเพาะต่อตัวบ่งชี้เป้าหมาย และเลือกใช้การตรวจวัดสัญญาณของ redox species ซึ่งมีการตรึงร่วมกับ aptamer ที่มีความจำเพาะต่อตัวบ่งชี้แต่ละชนิด เพื่อใช้ในการแยกสัญญาณการตรวจวัดปริมาณของโปรตีนอะไมลอยด์ชนิดเบต้า (amyloid-β) และโปรตีนเทา (tau) ซึ่งชุดตรวจนี้มีราคาที่ถูกกว่า รวดเร็วกว่า และใช้งานง่ายกว่าการถ่ายภาพสมอง โดยกล่มผู้วิจัยคาดหวังว่าชุดตรวจนี้จะเป็นอีกทางเลือกที่ช่วยในการคัดกรองและติดตามโรคอัลไซเมอร์ในเบื้องต้นได้ ​​​​​​​