สารต้านมะเร็งและสภาวะแวดล้อมของเซลล์มะเร็ง
สารต้านมะเร็งและสภาวะแวดล้อมของเซลล์มะเร็ง
เมื่อก้อนมะเร็งเติบโตมีขนาดใหญ่ขึ้นจะเกิดสภาวะพร่องออกซิเจน (hypoxia) เกิดขึ้นภายในก้อนมะเร็ง เซลล์มะเร็งที่อยู่ในสภาวะนี้จะผลิตโปรตีนบางชนิดมาเหนี่ยวนำให้เกิดการสร้างเส้นเลือดใหม่ (angiogenesis) จากเส้นเลือดบริเวณใกล้เคียง เพื่อมาป้อนออกซิเจนและสารอาหารให้กับก้อนมะเร็ง นอกจากนี้สภาวะพร่องออกซิเจนยังกระตุ้นให้เซลล์มะเร็งมีความสามารถในการแพร่กระจาย (metastasis) และการดื้อยา (drug resistance) เพิ่มมากขึ้นได้อีกด้วย ซึ่งการแพร่กระจายและการดื้อยาเป็นปัญหาใหญ่ของการรักษาโรคมะเร็ง และเป็นผลจากการปรับตัวของเซลล์มะเร็งต่อสภาวะแวดล้อมของเซลล์มะเร็ง (tumor microenvironment) อันได้แก่ ระดับของออกซิเจน, ชนิดและปริมาณของ growth factors และ cytokines, การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของ extracellular matrix และสภาพไร้การยึดเกาะของเซลล์ (loss of cell attachment)
การแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งไปยังอวัยวะอื่นในร่างกาย สามารถเกิดขึ้นได้ทุกเวลาตราบใดที่ยังมีเซลล์มะเร็งอยู่ในร่างกาย ทำให้การกำจัดเซลล์มะเร็งทั้งหมดในร่างกายเป็นไปได้ยาก ส่วนการดื้อยาของเซลล์มะเร็งมักจะเกิดขึ้นในระหว่างที่ได้รับการรักษาด้วยยาเคมีบำบัด แต่การดื้อยาที่พบในโรคมะเร็งบางชนิดก็มีความเกี่ยวข้องกับการแพร่กระจาย โดยสามารถตรวจพบเซลล์มะเร็งดื้อยาได้ในผู้ป่วยมะเร็งระยะแพร่กระจายทั้งที่ไม่เคยได้รับยาเคมีบำบัดมาก่อน
งานวิจัยของห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมีครอบคลุมเรื่องของสภาวะแวดล้อมของเซลล์มะเร็ง การแพร่กระจาย และการดื้อยาของเซลล์มะเร็ง โดยใช้เทคนิคการเพาะเลี้ยงเซลล์ในสภาวะต่างๆ เป็นแบบจำลองเพื่อศึกษากระบวนการปรับตัวของเซลล์มะเร็ง และใช้ในการค้นหาสารต้านมะเร็งชนิดใหม่จากสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ (natural products) หรือสารสังเคราะห์ (synthetic compounds) ชนิดต่างๆ เพื่อให้ได้สารที่มีฤทธิ์ยับยั้งการแพร่กระจายและฆ่าเซลล์มะเร็งดื้อยา
สารต้านมะเร็ง
การรักษาแบบเคมีบำบัดที่ใช้ทั่วไปจะให้ผู้ป่วยมะเร็งได้รับยาในช่วงระยะเวลาสั้นๆ ทั้งนี้เพราะยาเคมีบำบัดที่ใช้ฆ่าเซลล์มะเร็งเป็นสารที่มีความเป็นพิษสูง แต่ยังมีการรักษาในอีกแนวทางหนึ่งที่ทำเพื่อป้องกันหรือยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งโดยการใช้สารซึ่งไม่เป็นพิษ เพื่อที่ผู้ป่วยจะสามารถได้รับยาอย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลาที่ยาวนานได้ สารต้านมะเร็ง (anticancer agent) ในที่นี้จึงหมายรวมทั้งสารที่มีฤทธิ์ฆ่าเซลล์มะเร็ง (cytotoxic agent) และสารที่ไม่ฆ่าเซลล์แต่มีฤทธิ์ต้านการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง (non-cytotoxic antimetastatic agent) ห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมีได้ทำการตรวจคัดกรองสารสกัดจากพืชหลายชนิด เพื่อหาสารที่มีศักยภาพเป็นยาต้านการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง ตัวอย่างของการค้นพบได้แก่ สารสกัดจากต้นกาฝากก่อ (Helixanthera parasitica) และสารสกัดจากต้นกะเม็ง (Eclipta prostrata) ที่สามารถยับยั้งการรุกรานและเคลื่อนที่ของเซลล์มะเร็งได้ในหลอดทดลอง นอกจากนี้ห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมียังได้ค้นพบว่า สารวานิลลิน (vanillin) ที่ให้กลิ่นรสวานิลลาสามารถยับยั้งการรุกรานของเซลล์มะเร็งเต้านมหนูในหลอดทดลองได้ และหนูทดลองที่ได้รับสารวานิลลินเป็นเวลา 1 เดือนมีการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งลดลง และผลการศึกษากลไกออกฤทธิ์พบว่า สารวานิลลินมีฤทธิ์ยับยั้งวิถีสัญญาณ PI3K/Akt ที่เซลล์มะเร็งใช้ควบคุมกระบวนการรุกราน
มะเร็งที่แพร่กระจายไปถึงอวัยวะใหม่ต้องใช้โปรตีน VEGF เพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดการสร้างเส้นเลือดใหม่มารองรับการเติบโตของก้อนมะเร็ง ห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมีได้ร่วมกับนักวิจัยจากคณะเภสัชศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ ทำการศึกษาสารฟลาโวนอยด์ไครซิน (chrysin) ที่สกัดแยกได้จากพรอพอลิส (propolis) ของผึ้งไทย และค้นพบว่า สารไครซินสามารถยับยั้งการเติบโตของมะเร็งเต้านมระยะแพร่กระจายในปอดของหนูทดลอง ด้วยการออกฤทธิ์ยับยั้งการทำงานของโปรตีน STAT3 ในสภาวะพร่องออกซิเจนทำให้เซลล์มะเร็งลดการผลิตโปรตีน VEGF ลง เซลล์มะเร็งที่แพร่กระจายจึงไม่สามารถเติบโตเป็นก้อนมะเร็งในอวัยวะใหม่ได้
การรักษาด้วยแสง (photodynamic therapy) เป็นการรักษาเคมีบำบัดแนวทางใหม่ที่ใช้พลังงานแสงในช่วงที่ตามองเห็น (visible light) ไปกระตุ้นสารไวแสง (photosensitizer) ให้สร้างอนุมูลอิสระเพื่อฆ่าเซลล์ โดยที่ตัวสารไวแสงเองไม่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ ข้อดีของการรักษาด้วยแสงเมื่อเปรียบเทียบการรักษามะเร็งแบบอื่นๆ ได้แก่ การรุกล้ำร่างกายเพียงเล็กน้อย (minimally invasive) เป็นทำลายมะเร็งเฉพาะที่ และสามารถทำการรักษาซ้ำในบริเวณเดิมได้ อย่างไรก็ตาม การรักษาด้วยแสงก็ยังมีข้อจำกัดคือ สารไวแสงส่วนมากละลายในน้ำได้น้อย ดังนั้นจึงได้มีการนำอนุภาคนาโนโพลีเมอร์ (polymeric nanoparticle) มาช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการละลายและนำส่งตัวสารไวแสงไปยังก้อนมะเร็ง ห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมีได้ผลิตอนุภาคนาโนโพลีเมอร์ที่บรรจุสารไวแสงซึ่งไม่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ และเมื่อได้รับการกระตุ้นด้วยแสงอนุภาคนาโนดังกล่าวก็สามารถฆ่าเซลล์มะเร็งลำไส้และเซลล์มะเร็งต่อมไทรอยด์ในหลอดทดลองได้
มะเร็งดื้อยา
ห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมีได้สร้างแบบจำลองการดื้อยาของเซลล์มะเร็งขึ้นมา 2 แบบ โดยแบบแรกเป็นการเลียนแบบการดื้อยาที่เกิดขึ้นในระหว่างการทำเคมีบำบัด โดยให้เซลล์มะเร็งปอด A549 ได้รับยาซ้ำหลายรอบจนเกิดเป็นเซลล์มะเร็งดื้อยา A549RT-eto ที่มีค่า IC50 ของยา etoposide, doxorubicin, paclitaxel สูงกว่าในเซลล์ A549 ดั้งเดิมถึง 28, 5, 3 เท่า ตามลำดับ ผลจากการตรวจสอบด้วยเทคนิค real-time PCR, western blot, flow cytometry ระบุว่าเซลล์มะเร็งดื้อยา A549RT-eto มีความต้านทานต่อยาได้เนื่องจากเซลล์มีการเพิ่มปริมาณโปรตีน P-glycoprotein (P-gp/MDR1) ที่ทำหน้าขับยาออกจากเซลล์ ต่อมาห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมีได้นำเซลล์นี้ไปใช้ตรวจคัดกรองฤทธิ์ต้านมะเร็งของสารสังเคราะห์หลายชนิด ทำให้ค้นพบว่าสารอนุพันธ์ของ benzo[α]quinolizin-4-one มีฤทธิ์ลดการดื้อยาได้ ส่วนแบบจำลองที่สองเป็นการเลียนแบบการดื้อยาที่พบในผู้ป่วยมะเร็งระยะแพร่กระจายที่ไม่เคยได้รับยาเคมีบำบัดมาก่อน โดยเลี้ยงเซลล์มะเร็งปอด H460 ในสภาวะไร้การยึดเกาะ (non-adherent condition) ให้เกิดเป็นเซลล์ลอย (floating cells) เพื่อเลียนแบบเซลล์มะเร็งระยะแพร่กระจายที่ลอยอยู่ในระบบไหลเวียนเลือดและน้ำเหลือง เซลล์มะเร็งปอดที่เลี้ยงในสภาวะไร้การยึดเกาะเกิดมีคุณสมบัติดื้ออย่างจำเพาะต่อยา paclitaxel โดยมีค่า IC50 สูงกว่าในเซลล์ที่เกาะพื้นถึง 15 เท่า ทั้งนี้จากการศึกษากลไกระดับเซลล์พบว่า การดื้อยา paclitaxel ของเซลล์ลอยเป็นผลมาจากเซลล์มีการเปลี่ยนแปลงชนิดย่อย (isotype switching) ของโปรตีน beta-tubulin ที่เป็นเป้าหมายของยา paclitaxel
ในระหว่างการเติบโตของก้อนมะเร็ง องค์ประกอบในสภาวะแวดล้อมของเซลล์มะเร็ง เช่น growth factors, cytokines และ extracellular matrix ก็มีการเปลี่ยนแปลงตามไปด้วยซึ่งส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมของเซลล์มะเร็ง เซลล์มะเร็งชนิดที่มีความรุนแรง (aggressive cancer) จะมีคุณสมบัติเลียนแบบเซลล์ผนังหลอดเลือด (vasculogenic mimicry, VM) ทำให้เซลล์มะเร็งสามารถสร้างหลอดเลือดเลียนแบบ (VM capillaries) ช่วยให้เซลล์มะเร็งมีโอกาสแพร่กระจายได้มากขึ้น และยังต้านทานต่อยายับยั้งการสร้างหลอดเลือด (anti-angiogenic drug) ได้อีกด้วย การสร้างหลอดเลือดเลียนแบบของเซลล์มะเร็งเกิดผ่านกระบวนการเปลี่ยนแปลงลักษณะของ epithelial cell ให้ไปเป็น mesenchymal cell (epithelial-mesenchymal transition, EMT) เซลล์มะเร็งตับชนิดรุนแรง SK-Hep-1 สามารถสร้างหลอดเลือดเลียนแบบได้เองโดยไม่ต้องมีสิ่งกระตุ้น ในขณะที่เซลล์มะเร็งตับชนิดไม่รุนแรง HepG2 ไม่สามารถทำได้ ห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมีได้พบว่าโปรตีน hepatocyte growth factor สามารถเพิ่มความรุนแรงของเซลล์มะเร็งตับ HepG2 ได้โดยกระตุ้นให้เซลล์เกิดกระบวนการ EMT และเซลล์เกิดมีความสามารถสร้างหลอดเลือดเลียนแบบได้ นอกจากนี้ยังได้พบว่า สารที่มีฤทธิ์ยับยั้งการรุกรานของเซลล์มะเร็ง เช่น สารเคอร์คิวมิน (curcumin) สามารถยับยั้งการสร้างหลอดเลือดเลียนแบบของเซลล์มะเร็งได้
ห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมียังได้ศึกษาเรื่องอิทธิพลของ extracellular matrix ที่มีต่อการดื้อยาของเซลล์มะเร็งปอดในหลอดทดลอง และได้พบว่าเซลล์มะเร็งปอด A549 ที่เลี้ยงให้ยึดเกาะอยู่กับ extracellular matrix จะมีคุณลักษณะบางอย่างคล้ายกับเซลล์มะเร็งที่อยู่ในสภาวะจำศีลหลังจากที่แพร่กระจายไปถึงอวัยวะใหม่ (dormant cancer cell) เช่น อัตราการเจริญเติบโตช้าลง มีความสามารถในการเคลื่อนที่และรุกรานลดลง และเกิดความทนทานต่อยาต้านมะเร็งได้มากขึ้น
ปกติแล้วเซลล์เยื่อบุผิว (epithelial cell) จะตายเมื่อหลุดจากการยึดเกาะ extracellular matrix หรือพื้นผิวของภาชนะเพาะเลี้ยง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า anoikis แต่เซลล์มะเร็งในร่างกายสามารถเกิดความต้านทาน (anoikis resistance) ทำให้เซลล์มะเร็งที่แพร่กระจายเข้าสู่ระบบไหลเวียนเลือดและน้ำเหลืองยังมีชีวิตรอดและกลายเป็นเซลล์ลอย (floating cell) ห้องปฏิบัติการวิจัยชีวเคมีได้ใช้เซลล์มะเร็งที่เลี้ยงในสภาวะไร้การยึดเกาะเพื่อศึกษา anoikis resistance ผลจากการศึกษา proteomics ของเซลล์มะเร็งท่อน้ำดีและเซลล์มะเร็งต่อมไทรอยด์ในสภาวะที่เกิด anoikis resistance พบว่ามีโปรตีนบางชนิดเพิ่มปริมาณขึ้น ซึ่งโปรตีนเหล่านี้อาจมีศักยภาพในการใช้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ (biomarker) และอาจมีความสำคัญต่อการแพร่กระจายของมะเร็ง
