สวทช. มุ่งมั่นสร้างองค์ความรู้และเทคโนโลยีในการพัฒนาชุดตรวจโรคต่างๆ มาอย่างต่อเนื่อง เพื่อตอบโจทย์ภาคอุตสาหกรรมเกษตร โดยใช้ตรวจคัดกรองโรคพืชและสัตว์เศรษฐกิจ เช่น ชุดตรวจโรคปลา ชุดตรวจโรคกุ้ง ชุดตรวจโรคผลเน่าแบคทีเรียของพืชตระกูลแตง หรือแม้แต่ในด้านสาธารณสุข มีการพัฒนาทั้งชุดตรวจคัดกรองพาหะอัลฟาธาลัสซีเมียแบบแถบสี ชุดตรวจหาเชื้อวัณโรค ชุดตรวจเชื้อมาลาเรีย ชุดตรวจเพื่อการคัดกรองเชื้อไวรัสไข้หวัดใหญ่แบบรวดเร็ว เป็นต้น

ไม่เว้นแม้แต่โรคอุบัติใหม่ เช่น การระบาดของโรคไข้หวัดนก H5N1 สวทช. พัฒนาชุดตรวจไข้หวัดนกที่รู้ผลอย่างรวดเร็ว กระทั่งปัจจุบันที่มีการระบาดของโรคโควิด-19 นักวิจัยได้เร่งนำองค์ความรู้เชิงลึกที่สั่งสมจนเป็นความเชี่ยวชาญมาใช้เป็นฐานในการพัฒนาชุดตรวจโควิด-19 หลากหลายรูปแบบ เพื่อช่วยควบคุมการระบาดของโรคท่ามกลางสถานการณ์วิกฤตของประเทศ

“COXY-AMP” ชุดตรวจโรคโควิด-19 ด้วยเทคนิค LAMP

ท่ามกลางการระบาดอย่างรุนแรงของโรคโควิด-19 ที่พบจำนวนผู้ติดเชื้อเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แม้เทคนิค RT-PCR (Real Time Polymerase Chain Reaction) จะเป็นวิธีมาตรฐานในการตรวจโรคโควิด-19 ที่มีความถูกต้อง แม่นยำ และประสิทธิภาพสูง แต่ก็ยังไม่สามารถตรวจคัดกรองผู้ติดเชื้อได้อย่างรวดเร็วและปริมาณมากได้

นางวรรณสิกา เกียรติปฐมชัย นักวิจัยอาวุโส หัวหน้าทีมวิจัยเทคโนโลยีวิศวกรรมชีวภาพและการตรวจวัด กลุ่มวิจัยเทคโนโลยีการตรวจวินิจฉัยและการค้นหาสารชีวภาพ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (ไบโอเทค) สวทช. กล่าวว่า ทีมวิจัยพัฒนาชุดตรวจวินิจฉัยและชุดตรวจคัดกรองโรคต่างๆ มากว่า 20 ปี เช่น ชุดตรวจ LAMP Color สำหรับตรวจโรคไวรัสในกุ้ง blueAmp ชุดตรวจโรคสเตรปโตคอคโคซิสในปลานิลและปลาทับทิม จนเมื่อเกิดการระบาดของโรคโควิด-19 ก็ได้นำเทคนิคที่เป็นความเชี่ยวชาญ คือ Loop-mediated isothermal amplification หรือ LAMP (แลมป์) มาเป็นแพลตฟอร์มพื้นฐานในการพัฒนาชุดตรวจโรคโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว

“เทคนิคแลมป์เป็นเทคนิคเพิ่มปริมาณสารพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต เช่น ถ้ามีสารพันธุกรรมจำนวนน้อยมากจนไม่สามารถตรวจได้ เช่น ไวรัส 1 ตัว ดีเอ็นเอหรืออาร์เอ็นเอท่อนสั้นๆ เพียง 1 เส้น เทคนิคแลมป์จะช่วยเพิ่มปริมาณสารพันธุกรรมเหล่านี้ได้ถึง 1,000 ล้านเท่า ภายในเวลา 1 ชั่วโมงเท่านั้น”

สำหรับการพัฒนาชุดตรวจโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว หรือ COXY-AMP วรรณสิกา อธิบายว่า ทีมวิจัยได้นำเทคโนโลยีแลมป์มาใช้ร่วมกับสีบ่งชี้ปฏิกิริยาไซลีนอลออเรนจ์ (Xylenol Orange) เพื่อให้สามารถอ่านผลการตรวจด้วยตาเปล่า โดยขั้นตอนการทำงานไม่ยุ่งยาก เพียงใส่ชิ้นส่วนสารพันธุกรรมอาร์เอ็นเอที่สกัดได้จากเยื่อบุในโพรงจมูกหรือลำคอลงในหลอดปฏิกิริยาทดสอบ จากนั้นนำไปเพิ่มปริมาณสารพันธุกรรมด้วยการนำไปบ่มในอุปกรณ์กล่องให้ความร้อนซึ่งมีในห้องปฏิบัติการทั่วไป ใช้อุณหภูมิ 65 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 75 นาที หากตัวอย่างส่งตรวจมีสารพันธุกรรมของไวรัส SARS-CoV-2 สีของสารในหลอดปฏิกิริยาจะเปลี่ยนอัตโนมัติคือจากสีม่วงเป็นสีเหลือง แต่ถ้าไม่มีการติดเชื้อ สีของสารละลายจะยังคงเป็นสีม่วง

“การพัฒนาชุดตรวจโควิด-19 ครั้งนี้ เป็นความร่วมมือกับคณะเวชศาสตร์เขตร้อน มหาวิทยาลัยมหิดลและยังได้รับความอนุเคราะห์ตัวอย่างสารพันธุกรรมจากกรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ เพื่อใช้ในการตรวจสอบคุณภาพของชุดตรวจ ซึ่งพบว่ามีความไว ความจำเพาะ และความแม่นยำสูง สามารถใช้เวลาตรวจเพียง 75 นาที ซึ่งเร็วกว่า RT-PCR ถึง 2 เท่า รวมทั้งยังมีต้นทุนในการตรวจถูกกว่าแบบ RT-qPCR”

ปัจจุบันสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา (อย.) ได้ออกใบรับรองผ่านการประเมินเทคโนโลยีเครื่องมือแพทย์ ให้แก่ผลงานวิจัยชุดตรวจโควิด-19 ด้วยเทคนิคแลมป์เปลี่ยนสีในขั้นตอนเดียว ภายใต้ชื่อ COXY-AMP และได้ถ่ายทอดเทคโนโลยีให้แก่ บริษัท จีโนมโมเลกุล แลบอราตอรี่ จำกัด (GM Laboratory) ซึ่งขณะนี้กำลังดำเนินการผลิต จำหน่ายและเปิดให้บริการตรวจการติดเชื้อโรคโควิด-19 แล้ว

วรรณสิกา กล่าวว่า COXY-AMP ชุดตรวจโควิด-19 นอกจากจะสามารถตรวจไวรัส SARS-CoV-2 สายพันธุ์แอลฟาได้แล้ว ยังสามารถตรวจไวรัสกลายพันธุ์สายพันธุ์บีตาและเดลตาได้อีกด้วย เนื่องจากทีมวิจัยได้ออกแบบ Primer ในตำแหน่งที่มีความจำเพาะต่อไวรัส SARS-CoV-2 และเป็นตำแหน่งที่มีการเปลี่ยนแปลงของลำดับเบสได้ยาก จึงทำให้สามารถตรวจไวรัส SARS-CoV-2 สายพันธุ์กลายพันธุ์ใหม่ๆ ได้

COXY-AMP ชุดตรวจโควิด-19 นับเป็นผลงานการวิจัยที่ช่วยใช้คัดกรองเชิงรุกควบคุมโรคโควิด-19 และโรคอุบัติใหม่อื่นๆ ได้เองในประเทศ อีกทั้งยังสามารถต่อยอดยกระดับอุตสาหกรรมสู่การผลิตเพื่อส่งออกในอนาคต ที่สำคัญคุณภาพของชุดตรวจยังการันตีด้วยการเป็นหนึ่งเดียวจากภูมิภาคเอเชียที่ผ่านการเข้ารอบ 1 ใน 20 ทีมสุดท้าย ในการประกวดของมูลนิธิ XPRIZE ซึ่งเป็นการแข่งขันระดับโลก

ชุดตรวจ NANO COVID-19 Antigen Rapid Test

ดร.ณัฐปภัสร วิริยะชัยพร นักวิจัยวัสดุตอบสนองระดับนาโน กลุ่มวิจัยวัสดุตอบสนองและเซนเซอร์ระดับนาโน ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) สวทช. ได้ต่อยอดความสำเร็จจากการพัฒนาชุดตรวจสำหรับตรวจหาเชื้อไวรัสไข้หวัดใหญ่ (NanoFluAB Duplex Rapid Test) สู่ชุดตรวจ NanoCOVID-19 Antigen Rapid Test ซึ่งเป็นชุดทดสอบอย่างง่ายและรวดเร็วสำหรับบุคลากรทางการแพทย์ และผ่านการประเมินประสิทธิภาพจากทาง อย. เรียบร้อยแล้ว

ดร.เดือนเพ็ญ จาปรุง ผู้อำนวยการกลุ่มวิจัยวัสดุตอบสนองและเซ็นเซอร์ระดับนาโน นาโนเทค สวทช. กล่าวว่า ชุดตรวจ NanoCOVID-19 Antigen Rapid Test สามารถตรวจหาแอนติเจนหรือตัวเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ 2019 (COVID-19) ได้ในเวลาเพียง 15 นาที และมีความไวถึง 98% และความจำเพาะสูงถึง 100% ซึ่งสามารถใช้ตรวจคัดกรองผู้ป่วยโควิด-19 ในเบื้องต้นได้ ซึ่งจะช่วยลดปริมาณผู้ป่วยที่ต้องตรวจด้วยวิธีการ RT-PCR ที่ต้องใช้เวลาประมาณ 24-48 ชั่วโมง โดยผู้ที่ให้ผลบวกด้วยวิธี Antigen Rapid Test นี้ ต้องได้รับการตรวจยืนยันด้วยวิธี RT-PCR เพื่อยืนยันอีกครั้ง

พร้อมกันนี้ ดร.วรรณี ฉินศิริกุล ผู้อำนวยการศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ พร้อมด้วย ดร.เดือนเพ็ญ จาปรุง และ ดร.ณัฐปภัสร วิริยะชัยพร ได้ส่งมอบผลงาน “ชุดตรวจ NanoCOVID-19 Antigen Rapid Test” จำนวน 1,000 ชิ้น ให้แก่คณะแพทยศาสตร์โรงพยาบาลรามาธิบดี มหาวิทยาลัยมหิดล เพื่อสนับสนุนการทำงานของบุคลากรด่านหน้าในการคัดกรองและป้องกันการแพร่ระบาดของโรคโควิด-19 ขณะเดียวกันทีมวิจัยนาโนเทคมีความพร้อมและเปิดรับภาคเอกชนเข้ามารับอนุญาตใช้สิทธิ์เพื่อผลิตและจำหน่ายเชิงพาณิชย์

ชุดตรวจภูมิคุ้มกันต่อไวรัส SARS-CoV-2

นอกจากชุดตรวจคัดกรองผู้ติดเชื้อโควิด-19 แล้ว ไบโอเทค สวทช. ยังได้วิจัยพัฒนาชุดตรวจเพื่อหาแอนติบอดีหรือภูมิคุ้มกันของร่างกายต่อโควิด-19 ในระดับประชากร เพื่อเป็นข้อมูลเชิงสถิติสำหรับการวางแผนฉีดวัคซีน การป้องกันและรักษาโรคโควิด-19 ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

ดร.พีร์ จารุอำพรพรรณ หัวหน้าทีมวิจัยไวรัสวิทยาและเซลล์เทคโนโลยี ไบโอเทค สวทช. เล่าว่า ด้วยทีมวิจัยทำงานเกี่ยวกับไวรัสโคโรนาของสุกรมาก่อน จึงสามารถนำองค์ความรู้ที่มีอยู่มาพัฒนาต่อยอดได้ทันท่วงที โดยมีการทำงานร่วมกับทีมวิจัยการผลิตโมโนโคลนอลแอนติบอดีและการประยุกต์ใช้ (IMAT) ไบโอเทค ซึ่งมีความเชี่ยวชาญในแพลตฟอร์มการทำชุดตรวจวินิจฉัย นำเทคโนโลยีที่เป็นแพลตฟอร์มพื้นฐานคือ ELISA มาพัฒนาชุดตรวจแอนติบอดีต่อ SARS-CoV-2 ที่ง่าย รวดเร็ว แม่นยำ และราคาถูกกว่าการนำเข้าจากต่างประเทศ

“หลักการของชุดตรวจแอนติบอดีต่อ SARS-CoV-2 คือ ทีมวิจัยเลือกตรวจแอนติบอดีต่อส่วนที่สำคัญที่สุดของไวรัส เป็นส่วนที่ไวรัสใช้จับเข้าเซลล์มนุษย์ในการติดเชื้อ คือ Receptor Binding Domain หรือ RBD ที่อยู่บนโปรตีนสไปค์ (ส่วนที่เป็นหนาม) โดยมีการผลิตแอนติเจน RBD ด้วยวิธีการตัดต่อพันธุกรรมและการผลิตรีคอมบิแนนท์โปรตีนให้มีหน้าตาที่เหมือนกันกับโปรตีนของไวรัส แต่ไม่ได้ใช้ชิ้นส่วนจากไวรัสจริงๆ เพื่อความปลอดภัย จากนั้นนำแอนติเจน RBD มาเคลือบลงบนเพลท และใช้สารตรวจจับซึ่งมีปฏิกิริยาทำให้เกิดแสง ดั้งนั้นเมื่อนำตัวอย่างซีรั่ม (Serum คือพลาสมาที่สกัดได้จากเลือดของคนหรือสัตว์) มาตรวจ ถ้าในซีรั่มมีแอนติบอดีหรือภูมิคุ้มกันก็จะเป็นเหมือนสะพานที่จับกับแอนติเจน RBD และจับกับสารตรวจจับดังกล่าว พร้อมทั้งส่งสัญญาณแสงเกิดขึ้น แต่หากในซีรั่มไม่มีมีแอนติบอดีที่จำเพาะต่อ RBD ก็จะไม่มีแสงเกิดขึ้น”

ทั้งนี้ทีมวิจัยได้ร่วมกับสถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์การแพทย์ทหาร (สวพท.) ทดสอบคุณภาพชุดตรวจแอนติบอดีต่อ SARS-CoV-2 โดยมีการอนุเคราะห์ตัวอย่างซีรั่มมาทดสอบเปรียบเทียบกับชุดตรวจแอนติบอดีทั่วไปในท้องตลาด พบว่ามีความไวและความจำเพาะเทียบเท่ากัน สามารถตรวจระดับภูมิคุ้มกันได้จากการติดเชื้อและการรับวัคซีน รวมทั้งยังมีการสอบเทียบตัวอย่างซีรั่มมาตรฐานขององค์การอนามัยโลก หรือ WHO เพื่อให้มีการอ่านค่าแอนติบอดีในหน่วยเดียวกับที่ WHO ใช้ ปัจจุบันความก้าวหน้างานวิจัยอยู่ระหว่างการยื่นคำขอประเมินเทคโนโลยีจากสำนักงานคณะกรรมการอาหารและยา (อย.)

ดร.พีร์ กล่าวว่า ไบโอเทค สวทช. ยังได้ร่วมมือกับคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ทำโครงการตรวจระดับภูมิคุ้นกันต่อโปรตีน Spike RBD ของเชื้อก่อโรคโควิด-19 ในบุคลากรสาธารณสุขที่ได้รับวัคซีนเชื้อตาย โดยมีการวิเคราะห์เบื้องต้นมากกว่า 500 ตัวอย่าง ผลการวิเคราะห์เบื้องต้นพบว่า ระดับภูมิคุ้มกันหลังจากได้รับวัคซีนซิโนแวคครบ 2 เข็ม จะมีค่าลดลงครึ่งหนึ่งทุกๆ ประมาณ 40 วัน และหากเกิน 60 วัน ระดับค่าเฉลี่ยภูมิคุ้มกันจะลดลงค่อนข้างมาก รวมทั้งระดับภูมิคุ้มกันมีแนวโน้มลดลงตามช่วงอายุ ทั้งนี้ทีมวิจัยยังคงเก็บข้อมูลอย่างต่อเนื่อง

“ตอนนี้ชุดตรวจแอนติบอดีต่อ SARS-CoV-2 ยังต้องใช้ตรวจในห้องปฏิบัติการ  ไม่สามารถตรวจเองได้ เพราะยังต้องใช้เครื่องอ่านผล แต่ก็เป็นอุปกรณ์มาตรฐานที่มีในห้องปฏิบัติการทั่วไป รวมถึงโรงพยาบาลขนาดกลาง เนื่องจากเป้าหมายการพัฒนาชุดตรวจแอนติบอดีในช่วงแรกเน้นการตรวจในระดับประชากร ที่มีจำนวนตัวอย่างค่อนข้างเยอะ เพื่อใช้เป็นข้อมูลสถิติในการอ้างอิง สำหรับการวางแผนการในการป้องกันและรักษาโรคโควิด-19 ให้แก่บุคลากรทางการแพทย์และประชาชน”

ทั้งหมดนี้นับเป็นตัวอย่างผลงานวิจัยและพัฒนาของนักวิจัย สวทช. ที่สามารถนำมาใช้รับมือกับโรคอุบัติใหม่ได้อย่างเป็นรูปธรรม รวมทั้งยังเป็นผลงานที่มีคุณภาพ ได้มาตรฐานสากล มีราคาที่ประชาชนเข้าถึงได้ และผลิตได้ในประเทศไทย สอดคล้องกับแนวทางการพัฒนา “โมเดลเศรษฐกิจ BCG” สาขาสุขภาพและการแพทย์ ที่มุ่งหวังยกระดับการพัฒนายา วัคซีน เครื่องมือและอุปกรณ์ทางการแพทย์ต่างๆ เพื่อให้ประชาชนมีคุณภาพชีวิตที่ดี และเตรียมพร้อมสร้างความมั่นคงทางด้านสาธารณสุขของไทยอนาคต