นวัตกรรมวัสดุดูดซับยา ลดภาวะกระดูกขากรรไกรตายในผู้ป่วยมะเร็งและกระดูกพรุน

เรื่องโดย สาลินีย์ ทับพิลา

ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (นาโนเทค) สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ (สวทช.) ร่วมกับพันธมิตรหลายภาคส่วน ต่อยอดองค์ความรู้ด้านถ่านกัมมันต์ที่มีรูพรุนร่วมกับแมกนีเซียมออกไซด์ สู่งานวิจัย “วัสดุดูดซับยาโซลิโดรนิกแอซิด จากถ่านกัมมันต์เจือแมกนีเซียมออกไซด์ เพื่อลดภาวะกระดูกขากรรไกรตายที่สัมพันธ์กับยาโซลิโดรนิกแอซิด” โดยเริ่มมาจากโจทย์ของทันตแพทย์ (รศ. ดร. ทพ.วีรชัย สิงหถนัดกิจ จากคณะทันตแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์) ที่เล็งเห็นความสำคัญในการป้องกันการเกิดภาวะกระดูกขากรรไกรตายซึ่งสัมพันธ์กับยาโซลิโดรนิกแอซิด เนื่องจากยังไม่มีแนวทางในการรักษาที่มีประสิทธิภาพ อีกทั้งการรักษายังมีความยุ่งยาก ใช้เวลานาน ผลการรักษาไม่แน่นอน และส่งผลต่อคุณภาพชีวิตของผู้ป่วยอย่างมาก

นักวิจัยกลุ่มวิจัยการเร่งปฏิกิริยาและการคำนวณระดับนาโน นาโนเทค สวทช.

ยาโซลิโดรนิกแอซิด (zoledronic acid: ZA) เป็นยาในกลุ่มบิสฟอสโฟเนตที่มีฤทธิ์ยับยั้งการสลายตัวของกระดูก จึงนิยมใช้บำบัดภาวะสลายตัวของกระดูกอันมีสาเหตุจากมะเร็ง^[^1] ปัจจุบันยา ZA ได้รับการรับรองให้ใช้ในการรักษาโรคกระดูกพรุนทั้งในหญิงวัยหมดประจำเดือนและในผู้ชาย รวมถึงใช้ป้องกันและรักษาโรคกระดูกพรุนจากยาสเตียรอยด์ อย่างไรก็ตามการใช้ยา ZA ในระยะยาวจะก่อให้เกิดภาวะแทรกซ้อน เรียกว่า ภาวะกระดูกขากรรไกรตายเนื่องจากยา ซึ่งมักเกิดขึ้นหลังการถอนฟัน^[^2] โดยผู้ป่วยจะมีอาการปวด มีการบวมของเนื้อเยื่ออ่อนและมีการติดเชื้อ จนกระทั่งพบกระดูกตายโผล่ในช่องปาก ในกรณีรุนแรงอาจพบกระดูกขากรรไกรหัก ส่งผลโดยตรงต่อการบดเคี้ยวและการพูด ซึ่งกระทบกับภาวะสุขภาพและการดำรงชีวิตของผู้ป่วย

ดร.พงษ์ธนวัฒน์ เข็มทอง นักวิจัยกลุ่มวิจัยการเร่งปฏิกิริยาและการคำนวณระดับนาโน กล่าวว่า “ปัจจุบันยังไม่มีวิธีมาตรฐานในการรักษาภาวะกระดูกขากรรไกรตายที่สัมพันธ์กับยา ดังนั้นการป้องกันเพื่อลดภาวะดังกล่าวจึงเป็นหนทางที่ดีที่สุด ซึ่งอาจทำได้โดยใช้วัสดุดูดซับดักจับยา ZA ก่อนที่จะถูกดูดซึมเข้าเซลล์ เช่น การใช้แคลเซียมฟอสเฟตที่ดักจับ ZA ได้ดีและพบว่าไม่เป็นพิษต่อเซลล์ในสัตว์ทดลอง แต่แคลเซียมฟอสเฟตนั้นเป็นวัสดุดูดซับยาที่ประสิทธิภาพไม่สูงนัก เพราะมีพื้นที่ผิวต่ำ”

นักวิจัยนาโนเทคจึงจับมือกับทีมวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีนานาชาติสิรินธร และคณะทันตแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์, ศูนย์วิจัยสเต็มเซลล์ฟอร์ไลฟ์, สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน และศูนย์เทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และคอมพิวเตอร์แห่งชาติ หรือ เนคเทค พัฒนาวัสดุดูดซับยา ZA ตัวใหม่จากถ่านกัมมันต์ที่มีรูพรุน (activated carbon) ที่ปรับปรุงคุณสมบัติด้วยแมกนีเซียมออกไซด์ (MgO) พร้อมทั้งศึกษากลไกการดูดซับเชิงลึกระดับโมเลกุล

“เราเริ่มจากการศึกษาปริมาณการเจือสารแมกนีเซียมออกไซด์ และศึกษาค่าความเป็นกรด-ด่าง ที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการดูดซับของวัสดุ โดยพบว่า ถ่านกัมมันต์ที่ผลิตได้มีพื้นที่ผิวที่สูงและมีอนุภาคของแมกนีเซียมออกไซด์ที่มีกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ จะช่วยทำให้ถ่านกัมมันต์เจือแมกนีเซียมออกไซด์ที่ออกแบบขึ้นมานั้น มีคุณสมบัติในการดูดซับสาร ZA ได้มากถึง 73 มิลลิกรัม/กรัม ภายใต้สภาวะที่เป็นกลาง เมื่อเปรียบเทียบกับถ่านกัมมันต์ที่ดูดซับได้แค่ 14 มิลลิกรัม/กรัม” นักวิจัยนาโนเทคอธิบาย

นอกจากนี้ยังประยุกต์ใช้การคำนวณด้วยทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น โดยพบว่า แมกนีเซียมออกไซด์ช่วยเพิ่มอัตราการดูดซับ ZA บนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ ยิ่งไปกว่านั้นวัสดุดูดซับที่พัฒนาขึ้นยังเข้ากันได้ดีกับเซลล์ของมนุษย์ในหลอดทดลอง ซึ่งงานวิจัยนี้เป็นงานวิจัยแรกที่มีการรายงานว่า วัสดุจากถ่านกัมมันต์เจือแมกนีเซียมออกไซด์เป็นตัวดูดซับที่มีศักยภาพในการกำจัด ZA เพื่อป้องกันภาวะแทรกซ้อนต่อกระดูกขากรรไกร

ดร.พงษ์ธนวัฒน์กล่าวว่า วัสดุจากถ่านกัมมันต์เจือแมกนีเซียมออกไซด์สามารถต่อยอดสู่ต้นแบบวัสดุทางการแพทย์ที่ใช้ประโยชน์ได้ในอนาคต โดยอาจอยู่ในรูปของสารเคลือบรากฟันเทียม เพื่อดูดซับยา ZA ที่ส่งผลต่อกระดูกขากรรไกร ซึ่งอาจต้องขยายกรอบการวิจัยเพื่อขับเคลื่อนนวัตกรรมไปสู่การใช้ประโยชน์จริง ในขณะเดียวกัน ทีมวิจัยนาโนเทคยังมีแผนจะขยายการวิจัย โดยเปลี่ยนจากถ่านกัมมันต์สู่คาร์บอนโครงสร้างนาโนที่มีประสิทธิภาพการดูดซับสูงมากยิ่งขึ้น

ผู้ประกอบการที่สนใจ ติดต่อสอบถามได้ที่ฝ่ายพัฒนาธุรกิจและบริการโครงสร้างพื้นฐาน (BDIS) ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (NANOTEC) โทรศัพท์ 0 2564 7100

เอกสารอ้างอิง

Nicolatou-Galitis O, Schiødt M, Mendes RA, Ripamonti C, Hope S, Drudge-Coates L, et al. Medication-related osteonecrosis of the jaw: definition and best practice for prevention, diagnosis, and treatment. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol 2019;127:117–35. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212440318311933?via%3Dihub
de Almeida AD, Leite FG, Chaud MV, Rebelo M de A, Borges LCF de S, Viroel FJM, et al. Safety and efficacy of hydroxyapatite scaffold in the prevention of jaw osteonecrosis in vivo. J Biomed Mater Res – Part B Appl Biomater 2018;106:1799–808. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jbm.b.33995