Heather Maynard นักเคมีของ CLA สงสัยว่า: สิ่งมีชีวิตเช่น tardigrade ทำอย่างไร?
สัตว์ที่มีกล้องจุลทรรศน์ขนาดจิ๋วตัวนี้หรือที่รู้จักกันในชื่อหมีน้ำ สามารถอยู่รอดได้ในสภาพแวดล้อมที่ดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ที่จะเอาชีวิตรอด Tardigrades ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสามารถทนต่อความร้อน ความเย็นและความกดดันสุดขั้ว หรือแม้แต่สุญญากาศของอวกาศ โดยการเข้าสู่สภาวะของแอนิเมชั่นที่หยุดนิ่งและการฟื้นฟู บางครั้งหลายทศวรรษต่อมา ภายใต้สภาพที่เอื้ออำนวยมากขึ้น
หากเธอสามารถเข้าใจกลไกเบื้องหลังการอนุรักษ์ที่ไม่ธรรมดานี้ เมย์นาร์ดคิดว่า เธออาจจะสามารถใช้ความรู้นี้ในการปรับปรุงยาเพื่อให้มีศักยภาพยาวนานขึ้น และไม่เสี่ยงต่อความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมโดยทั่วไป ท้ายที่สุดแล้วจะขยายการเข้าถึงและเป็นประโยชน์ต่อสุขภาพของมนุษย์
ปรากฎว่าหนึ่งในกระบวนการปกป้องทาร์ดิเกรดถูกกระตุ้นโดยโมเลกุลน้ำตาลที่เรียกว่าทรีฮาโลส ซึ่งมักพบในสิ่งมีชีวิตตั้งแต่พืช จุลินทรีย์ ไปจนถึงแมลง ซึ่งบางชนิดใช้เป็นน้ำตาลในเลือด สำหรับสิ่งมีชีวิตบางชนิด เช่น หมีน้ำและพืชฟื้นคืนชีพที่มีหนามแหลม ซึ่งสามารถฟื้นคืนชีพได้หลังจากผ่านการเผาผลาญที่เกือบเป็นศูนย์เป็นเวลาหลายปีและขาดน้ำโดยสมบูรณ์ พลังการรักษาเสถียรภาพของทรีฮาโลสเป็นความลับของความแข็งแกร่งอย่างน่าประหลาด
ด้วยความเข้าใจอันลึกซึ้งนี้ เมย์นาร์ด ศาสตราจารย์ด้านเคมีและชีวเคมี ซึ่งดำรงตำแหน่ง Dr. Myung Ki Hong ด้านวิทยาศาสตร์พอลิเมอร์ของ UCLA ได้คิดค้นพอลิเมอร์จากน้ำตาล พอลิเมอร์ของเธอที่เรียกว่าโพลี (ทรีฮาโลสเมทาคริเลต) หรือ pTrMA ดูเหมือนว่าจะปรับปรุงธรรมชาติในความสามารถในการทำให้ยาแข็งแกร่งขึ้นเพื่อทำลายเวลาและอุณหภูมิ
“เราคิดว่าถ้าทรีฮาโลสสามารถทำให้สิ่งมีชีวิตทั้งหมดมีเสถียรภาพได้ นั่นทำให้มันมีความคงตัวที่ดีทีเดียว” เมย์นาร์ดซึ่งเป็นรองผู้อำนวยการฝ่ายเทคโนโลยีและการพัฒนาของ California NanoSystems Institute ที่ UCLA กล่าว “อย่างไรก็ตาม ไม่คาดหมายว่าพอลิเมอร์ของเรามีประสิทธิภาพเหนือกว่าทรีฮาโลส”
ด้วยการสนับสนุนและคำแนะนำจาก กองทุนนวัตกรรม UCLA ซึ่ง เป็นโครงการที่ออกแบบมาเพื่ออำนวยความสะดวกในการค้าการรักษาที่ UCLA เป็นเจ้าของและเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับสุขภาพอื่น ๆ เมย์นาร์ดและทีมงานของเธอเลือกที่จะตรวจสอบผลกระทบของ pTrMA ต่ออินซูลิน องค์การอนามัยโลก “ยาสำคัญ” ที่ หลายคนที่เป็นเบาหวานฉีดทุกวันเพื่อจัดการกับโรค
เมื่อถูกความร้อนหรือถูกเขย่ามากเกินไป โปรตีนอินซูลินสามารถจับตัวเป็นก้อนในลักษณะที่ทำให้เข็มพันกัน ทำให้ยามีประสิทธิภาพน้อยลง หรือแม้กระทั่งกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาที่เป็นอันตรายจากการป้องกันตามธรรมชาติของร่างกาย เป็นผลให้ต้องจัดการอินซูลินด้วยความระมัดระวังและขนส่งในช่องแช่เย็น
ดังนั้นอินซูลินที่คงตัวได้นานโดยไม่แช่เย็นจึงสามารถลดต้นทุนของยาได้โดยทำให้การขนส่งมีราคาถูกลง และอายุการเก็บรักษาที่ยาวนานขึ้นจะลดการใช้ยาที่สูญเปล่าและสถานการณ์ที่อาจเป็นอันตรายซึ่งอินซูลินที่หมดอายุให้ปริมาณที่ไม่เพียงพอ ยิ่งไปกว่านั้น อินซูลินอาจเข้าถึงได้ในสถานที่ห่างไกลบางแห่งซึ่งปัจจุบันอยู่ไกลเกินกว่าจะเอื้อมถึงสำหรับการขนส่งในตู้เย็น
ชุดของการศึกษาที่นำโดย Maynard ในช่วงสามปีที่ผ่านมาได้แสดงให้เห็นศักยภาพของ pTrMA ผลการศึกษา ล่าสุดที่ได้รับการสนับสนุนจากกองทุนนวัตกรรมซึ่ง ตีพิมพ์ใน ACS Applied Materials & Interfaces พบว่าพอลิเมอร์สามารถเก็บรักษาอินซูลินไว้ที่อุณหภูมิเกือบ 200 องศาฟาเรนไฮต์ ใกล้กับจุดเดือดของน้ำ และเก็บรักษาในตู้เย็นเกือบ 1 ปี โดยเหลือยาไว้ 87% ไม่บุบสลายเมื่อเทียบกับอินซูลินเพียง 8% เพียงอย่างเดียว การทดลองในห้องปฏิบัติการเกี่ยวกับความปลอดภัยของ pTrMA พบว่าไม่ก่อให้เกิดการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันในหนู
การ ศึกษาในปี 2564 ซึ่ง ได้รับการสนับสนุนจากกองทุนนวัตกรรมเช่นกัน แสดงให้เห็นว่าอินซูลินและ pTrMA มีความหนืดต่ำเพียงพอที่จะฉีดได้อย่างปลอดภัย และ การวิจัยในปี 2020 แสดงให้เห็นว่า pTrMA เวอร์ชันหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อลดระดับภายในร่างกายยังคงรักษาความสามารถในการรักษาเสถียรภาพของอินซูลิน
การ ค้นพบในช่วงต้นของ ปี 2014 ว่า pTrMA ทำงานได้ดีกว่า trehalose เนื่องจากสารกันบูดไม่ได้เป็นเพียงความประหลาดใจที่น่ายินดีเพียงอย่างเดียวตลอดทาง ทีมงานของ Maynard มักออกแบบโพลีเมอร์ให้เชื่อมโยงทางเคมีกับโมเลกุลของยา แต่ในกรณีของ pTrMA พวกเขาพบว่ามีประสิทธิภาพเท่าเทียมกันเมื่อผสมกับโมเลกุลอินซูลินโดยไม่มีการเชื่อมโยงทางเคมี
Maynard สงสัยว่าพอลิเมอร์มีศักยภาพในการใช้งานที่กว้างขึ้น
“โพลีเมอร์ Trehalose ทำให้โปรตีนและเอนไซม์ต่างๆ มีเสถียรภาพ” เธอกล่าว “วัคซีนมีความเป็นไปได้ และเราคิดว่าพอลิเมอร์อาจเป็นเทคโนโลยีแพลตฟอร์มที่ใช้กับยาชีวภาพหลายชนิด”
แหล่งข้อมูลที่ยืดหยุ่นจากกองทุนนวัตกรรมทำให้เมย์นาร์ดมีอิสระในการติดตามคำถามที่เกี่ยวข้องมากที่สุดในการศึกษาของเธอ ผลประโยชน์ดังกล่าวจบลงด้วยการทำงานร่วมกับผู้อื่น: การแนะนำผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมยาโดย กลุ่มพัฒนาเทคโนโลยีของ UCLA
ผู้เชี่ยวชาญคนหนึ่งแนะนำว่า Maynard ตรวจสอบการกระทำของ pTrMA ในร่างกาย ในสิ่งพิมพ์ ACS Applied Materials & Interfaces ล่าสุดของเธอเกี่ยวกับ pTrMA เมย์นาร์ดและทีมงานของเธอพบว่าไม่มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญในความเข้มข้นของเลือดในพลาสมาเมื่อเวลาผ่านไประหว่างอินซูลินเพียงอย่างเดียวกับยาที่มี pTrMA
“ไม่ใช่เรื่องง่ายเสมอไปที่จะหาทุนสำหรับการศึกษาอย่างเป็นระบบที่เราดำเนินการอยู่” เมย์นาร์ดกล่าว “กองทุนนวัตกรรม UCLA ช่วยเร่งการวิจัยและทำให้เราสามารถหมุนได้”
หากโพลีเมอร์ของ Maynard ประสบความสำเร็จอย่างต่อเนื่องในฐานะสารทำให้คงตัวที่ปลอดภัย ยาตั้งแต่การช่วยชีวิตไปจนถึงการใช้ชีวิตประจำวันอาจมีราคาถูกลงและมีจำหน่ายในที่ต่างๆ มากขึ้น และเธอจะต้องขอบคุณอีกสองสามคน: แม่ธรรมชาติและหมีน้ำที่ทำลายไม่ได้
