สมัชชาโนเบลแห่งสถาบันแคโรลินสกา ประเทศสวีเดน ประกาศมอบรางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ ประจำปี 2569 เมื่อวันจันทร์ (5 ต.ค.) ให้แก่นักวิทยาศาสตร์ 3 ท่าน ได้แก่ คาร์ล ไดส์เซอรอธ, ปีเตอร์ เฮเกมันน์ และ เกออร์ก นาเกล จากการค้นพบเกี่ยวกับช่องไอออนชนิดเปิด-ปิดด้วยแสง (Light-gated ion channels) และการพัฒนาเทคนิค “ออปโตเจเนติกส์” (Optogenetics)
คณะกรรมการโนเบลระบุว่า ออปโตเจเนติกส์เป็นระเบียบวิธีวิจัยเชิงปฏิวัติวงการที่ช่วยไขปริศนาว่า เซลล์ประสาทในสมองของสิ่งมีชีวิตเชื่อมโยงและก่อรูปเป็นความทรงจำ อารมณ์ความรู้สึก ตลอดจนพฤติกรรมต่าง ๆ ได้อย่างไร
แถลงการณ์ของคณะกรรมการฯ ระบุว่า
“ปีเตอร์ เฮเกมันน์ และ เกออร์ก นาเกล ได้ค้นพบโปรตีนชนิดพิเศษชื่อ ‘แชนแนลโรดอปซิน’ (Channelrhodopsin) ในสาหร่ายเซลล์เดียว ขณะที่ คาร์ล ไดส์เซอรอธ ได้นำโปรตีนดังกล่าวมาพัฒนาจนกลายเป็นสวิตช์ควบคุมการทำงานของเซลล์ประสาทด้วยแสง การค้นพบของนักวิทยาศาสตร์ทั้งสามท่านได้ร่วมกันวางรากฐานสู่ยุคใหม่ของวงการประสาทวิทยาศาสตร์”
สำหรับประวัติของผู้ได้รับรางวัล คาร์ล ไดส์เซอรอธ เป็นนักประสาทวิทยาศาสตร์และจิตแพทย์ชาวอเมริกัน ปัจจุบันดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ประจำมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด และนักวิจัยประจำสถาบันการแพทย์โฮเวิร์ด ฮิวจ์ส (HHMI) ของสหรัฐฯ
ด้าน ปีเตอร์ เฮเกมันน์ เป็นศาสตราจารย์ประจำมหาวิทยาลัยฮุมบ็อลท์แห่งเบอร์ลิน และ เกออร์ก นาเกล เป็นศาสตราจารย์ประจำมหาวิทยาลัยเวือทซ์บวร์ค (University of Würzburg) ประเทศเยอรมนี
ผู้ได้รับรางวัลทั้งสามท่านจะได้รับเหรียญรางวัล ประกาศนียบัตร และแบ่งเงินรางวัลร่วมกันมูลค่า 12 ล้านโครนสวีเดน (ประมาณ 1.19 ล้านดอลลาร์สหรัฐ)
เทคนิค “ออปโตเจเนติกส์” คืออะไร?
ออปโตเจเนติกส์ คือเทคนิคทางชีววิทยาที่ผสานพันธุศาสตร์เข้ากับทัศนศาสตร์ เพื่อควบคุมสัญญาณประสาทด้วยแสง จุดเริ่มต้นของความสำเร็จนี้มาจากคำถามพื้นฐานทางธรรมชาติวิทยาว่า สาหร่ายสีเขียวเซลล์เดียวสามารถรับรู้และว่ายน้ำเบนหาแสงได้อย่างไร ทั้งที่ไม่มีระบบประสาทหรือสมอง
ปีเตอร์ เฮเกมันน์ ได้ศึกษาสาหร่ายสีเขียวเซลล์เดียวสกุลคลาไมโดโมแนส (Chlamydomonas) ซึ่งมีความสามารถในการตรวจจับแสงและเปลี่ยนทิศทางการว่ายได้อย่างรวดเร็ว โดยเฮเกมันน์สันนิษฐานว่าตัวรับแสงของสาหร่ายทำหน้าที่เป็นช่องไอออนบนเยื่อหุ้มเซลล์
ต่อมาเมื่อได้ร่วมมือกับ เกออร์ก นาเกล ทั้งสองจึงค้นพบกลุ่มโปรตีนไวแสงที่เรียกว่า “แชนแนลโรดอปซิน” (Channelrhodopsins) ซึ่งเมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสงสีน้ำเงิน โครงสร้างโปรตีนจะเปิดเป็นช่อง ยอมให้ไอออนไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์จนทำให้เกิดสัญญาณไฟฟ้าขึ้น และเมื่อนำยีนที่ควบคุมการสร้างโปรตีนนี้เข้าไปยังเซลล์ชนิดอื่น เซลล์เหล่านั้นก็จะตอบสนองและไวต่อแสงได้เช่นเดียวกัน
จากนั้น คาร์ล ไดส์เซอรอธ ได้ต่อยอดองค์ความรู้นี้สู่วงการประสาทวิทยา โดยการนำยีนแชนแนลโรดอปซินเข้าสู่เซลล์ประสาทของหนูแรต (rats) ซึ่งในปี 2548 ทีมวิจัยของไดส์เซอรอธประสบความสำเร็จในการยิงลำแสงสีน้ำเงินเพื่อสั่งให้เซลล์ประสาทส่งสัญญาณกระตุ้นการทำงานได้อย่างแม่นยำในระดับเสี้ยววินาที (มิลลิวินาที) และต่อมาในปี 2550 วิธีการนี้ก็ประสบผลสำเร็จในการควบคุมการทำงานของเซลล์ประสาทในสมองของหนูไมซ์ (mice) ที่มีชีวิต จนเทคนิคนี้เป็นที่รู้จักไปทั่วโลกในชื่อ “ออปโตเจเนติกส์”
เหตุใดจึงปฏิวัติวงการประสาทวิทยาศาสตร์?
สมองของผู้ใหญ่ประกอบด้วยเซลล์ประสาทราว 9 หมื่นล้านเซลล์ โดยแต่ละเซลล์สร้างจุดเชื่อมต่อกับเซลล์อื่น ๆ นับพันจุด เกิดเป็นเครือข่ายร่างแหประสาทที่ซับซ้อนมหาศาล ยิ่งไปกว่านั้น วิถีประสาทยังทอดยาวเชื่อมต่อข้ามสมองส่วนต่าง ๆ ขณะที่เซลล์ประสาทซึ่งทำหน้าที่ต่างกันอย่างสิ้นเชิงกลับอยู่รวมกันอย่างหนาแน่น
ตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา การศึกษาการทำงานของสมองทำได้เพียงการสังเกตว่า สมองส่วนใดเกิดการทำงานเมื่อสัตว์ทดลองเคลื่อนไหว มีอารมณ์ หรือเกิดความจำ ซึ่งวิธีการดังกล่าวระบุได้เพียงความสัมพันธ์ว่าสมองส่วนนั้นทำงานสอดคล้องกับพฤติกรรม แต่ไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่าเซลล์ประสาทส่วนนั้นเป็น “สาเหตุโดยตรง” หรือไม่
ทว่าออปโตเจเนติกส์ได้ลบล้างอุปสรรคดังกล่าวลง โดยช่วยให้นักวิจัยสามารถส่งสัญญาณแสงเพื่อ “เปิดหรือปิด” การทำงานของกลุ่มเซลล์ประสาทเป้าหมายได้อย่างแม่นยำเฉพาะเจาะจง และเฝ้าสังเกตพฤติกรรมที่เกิดขึ้นได้ทันที จึงสามารถพิสูจน์ความสัมพันธ์เชิงเหตุและผลได้อย่างเด็ดขาด ส่งผลให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกสามารถระบุโครงข่ายประสาทที่ควบคุมความเจ็บปวด พฤติกรรมทางสังคม ความกระหายน้ำ ความหิว วงจรการให้รางวัลของสมอง ตลอดจนระบบนาฬิกาชีวภาพ และกลไกการเกิดไข้ที่ถูกกระตุ้นจากระบบภูมิคุ้มกัน
เพอร์ สเวนนิงส์สัน ประธานคณะกรรมการโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ กล่าวว่า
“ออปโตเจเนติกส์มอบโอกาสให้เราสามารถทำแผนผังการทำงานของสมองได้อย่างละเอียดลึกซึ้ง ในระดับที่เราเคยทำได้เพียงแค่ฝันถึงเท่านั้น”
ศักยภาพในการต่อยอดสู่การรักษาโรค
ในปัจจุบัน เทคนิคออปโตเจเนติกส์ยังคงถูกนำมาใช้เป็นเครื่องมือวิจัยพื้นฐานเป็นหลัก เพื่อศึกษาว่าวงจรประสาทในสมองทำงานผิดปกติอย่างไรในโรคทางจิตเวชและระบบประสาท เช่น โรคซึมเศร้า โรควิตกกังวล โรคอัลไซเมอร์ และโรคพาร์กินสัน
แอนนา เวเดลล์ สมาชิกคณะกรรมการโนเบลฯ ระบุว่า นักวิจัยสามารถระบุเซลล์ประสาทที่เกี่ยวข้องกับภาวะสมองเสื่อมหรือการเสพติดในแบบจำลองสัตว์ทดลองได้อย่างแม่นยำ จากนั้นจึงนำเทคนิคการตรวจวินิจฉัยด้วยภาพถ่ายสมองและวิธีอื่น ๆ มาต่อยอดเพื่อประยุกต์สู่การศึกษาในมนุษย์
ขณะเดียวกัน การวิจัยทางคลินิกเริ่มมีความคืบหน้าเช่นกัน โดย ศ.ดร. เฉียง พาน-ฮัมมาร์สตรอม สมาชิกคณะกรรมการโนเบลและศาสตราจารย์ด้านภูมิคุ้มกันวิทยาคลินิกแห่งสถาบันแคโรลินสกา เปิดเผยกับสำนักข่าวซินหัวว่า ออปโตเจเนติกส์เริ่มแสดงศักยภาพทางคลินิกในการรักษาโรคจอตาเสื่อมจากพันธุกรรม (Retinitis Pigmentosa หรือ RP) ซึ่งเป็นโรคหายาก โดยใช้โปรตีนไวแสงเข้าไปกระตุ้นเซลล์จอประสาทตาที่ยังหลงเหลืออยู่ ช่วยฟื้นฟูการรับรู้แสงและการมองเห็นของผู้ป่วยได้บางส่วน
ทั้งนี้ คุณูปการที่ยิ่งใหญ่กว่านั้นของออปโตเจเนติกส์ คือการมอบเครื่องมือสำคัญให้แก่มนุษยชาติในการ “เปิด-ปิด” เซลล์ประสาทตามสั่ง เพื่อเดินหน้าไขปริศนาพื้นฐานที่ลึกซึ้งที่สุดข้อหนึ่ง นั่นคือ สมองอันซับซ้อนของสิ่งมีชีวิตทำงานอย่างไร
โดย พสิษฐ์ อุ่นเมตตาจิต/กัลยาณี ชีวะพานิช
