เรื่องของนักวิจัย นักวิทยาศาตร์

ลำดับตอนที่ #5 : บัคคี้บอล 3

  ผู้เขียน : ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา

เนื้อหาย่อ : สรรพคุณทางเภสัชกรรมอันน่าทึ่งของบัคกี้บอล ก็คือ..โมเลกุลมหัศจรรย์ชนิดนี้สามารถเป็นได้ทั้ง ยารักษาโรคเอดส์ ยารักษาโรคมะเร็ง ยาปฏิชีวนะ ยายับยั้งการตายของเซลล์ สารต่อต้านอนุมูลอิสระ ...

อยู่ในส่วน : วิชาการ.คอม > V เทคโนโลยี > นาโนเทค









บัคกี้บอล…ยามหัศจรรย์แห่งยุคนาโน





หน้าที่ 3 - สรรพคุณทางเภสัชกรรมของบัคกี้บอล



หลังจากการค้นพบบัคกี้บอล นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกจำนวนมากต่างก็พากันศึกษาคุณสมบัติในด้านต่างๆ ของบัคกี้บอลกันอย่างมโหฬาร หนึ่งในนั้นก็คือการศึกษาสรรพคุณทางยาของบัคกี้บอล ซึ่งมีบริษัทประกอบธุรกิจเทคโนโลยีชีวภาพชื่อ ซี ซิกตี้ (C sixty Inc.) ของสหรัฐฯ เป็นแกนนำในการศึกษาทางด้านนี้ ผลจากการศึกษาที่ได้จนถึงปัจจุบันนี้ พอจะสรุปสรรพคุณทางยาของบัคกี้บอลได้ดังนี้



1. สรรพคุณในการเป็นยาต่อต้านไวรัส (Antivirals)



ในปี ค.ศ. 1993 นักวิทยาศาสตร์พบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอลชนิดหนึ่ง (MSAD-C60) มีฤทธิ์ในการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ โปรตีเอส (protease) ของไวรัสเอชไอวี (HIV) หรือ ไวรัสเอดส์ได้ และจากการตรวจสอบโดยละเอียดพบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอลชนิดนี้จะมีครึ่งชีวิต (half-life) อยู่ในกระแสเลือด 6.8 ชั่วโมง โดยที่เมื่อเข้าไปในกระแสเลือดแล้วอนุพันธ์ชนิดนี้จะกระจายตัวเข้าไปจับกับโปรตีนในไซโตพลาสซึม และจากการนำเอาเทคนิคสร้างแบบจำลองโดยใช้คอมพิวเตอร์มาช่วยในการออกแบบยารักษาโรคเอดส์ ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถสังเคราะห์อนุพันธ์ของบัคกี้บอลขึ้นมาใหม่อีกสองชนิดที่มีความเฉพาะเจาะจงในการจับกับบริเวณเร่งปฏิกิริยา (active site) ของเอนไซม์โปรตีเอสของไวรัสเอดส์ได้มากขึ้นเกือบ 50 เท่าตัว





ภาพจำลองแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลของบัคกี้บอลสามารถกีดขวางบริเวณเร่งปฏิกิริยา (active site) ของเอชไอวี-วัน โปรตีเอส (HIV-1 protease) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะส่งผลให้ไวรัสเอชไอวีไม่สามารถเพิ่มจำนวนได้



ในช่วงปลายปี ค.ศ. 1998 นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอลบางชนิดสามารถทำลายเชื้อไวรัสได้โดยอาศัยปฏิกิริยาแบบใช้แสง(photodynamic reaction) ในการปลดปล่อยซิงเกล็ตออกซิเจน (singlet oxygen, 1O2) ออกมาเพื่อใช้ในการทำลายเปลือกหุ้ม (enveloped) ของไวรัส จากการทดลองเติมอนุพันธ์ของบัคกี้บอลลงในสารละลายบัฟเฟอร์ที่มีไวรัสเอสเอฟวี (Semliki Forest virus, SFV) หรือไวรัสวีเอสวี (vesicular stomatitis virus, VSV) แขวนลอยอยู่ และให้แสงในช่วงวิซิเบิล (visible light) เป็นวลา 5 ชั่วโมง พบว่าไวรัสเอสเอฟวีจะหมดสมรรถภาพในการก่อโรคโดยสิ้นเชิง นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียนยังพบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอลอีกชนิดหนึ่งคือ ฟูลเลอโรไพโรลิโดน (fulleropyrrolidone) มีฤทธิ์ในการฆ่าเชื้อไวรัสโดยใช้ปฏิกิริยาที่เร่งด้วยแสงเช่นเดียวกัน



สารต่อต้านไวรัสเอชไอวีที่เป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอล ชื่อ ซีเอสดีเอฟวัน (CSDF1) ของบริษัทซีซิกตี้ได้ถูกออกแบบให้สามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์โปรตีเอสของไวรัสเอดส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้สารชนิดนี้ยังถูกสังเคราะห์ให้ละลายน้ำได้ดีมาก (200 กรัมต่อลิตร) และสามารถถูกขับออกจากร่างกายได้อย่างรวดเร็วโดยการปัสสาวะ ทำให้สารซีเอสดีเอฟวันมีความเป็นพิษกับเซลล์ร่างกายค่อนข้างต่ำกว่ายารักษาโรคเอดส์ที่ใช้กันในปัจจุบัน ซึ่งจากการทดสอบความเป็นพิษของสารชนิดนี้ในหนูทดลองพบว่ามีความเป็นพิษต่ำ (LD50 เท่ากับ 800 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม)



2. สรรพคุณในการเป็นสารต่อต้านเชื้อแบคทีเรีย (Antibacterials)



คาร์บอกซีฟูลเลอรีน (carboxyfullerene) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอลที่ละลายน้ำได้ดี สามารถนำมาใช้รักษาหนูทดลองที่ป่วยเป็นโรคเยื่อหุ้มสมองอักเสบ (meningitis) ที่มีสาเหตุมาจากการติดเชื้อแบคทีเรีย E. coli ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และจากการตรวจสอบโดยละเอียดพบว่าหนูที่ได้รับการรักษาโดยใช้สารคาร์บอกซีฟูลเลอรีนจะมีปริมาณของทีเอ็นเอฟ อัลฟา (tumor necrosis factor alpha, TNF-alpha) และปริมาณของอินเตอร์ลิวคิน-วัน เบต้า (interleukin-1beta, IL-1β) น้อยกว่าหนูที่ไม่ได้รับการรักษา นอกจากนี้สารคาร์บอกซีฟูลเลอรีนยังมีฤทธิ์ยับยั้งการเพิ่มอัตราการซึมผ่านของสารต่างๆ บริเวณทำนบกั้นระหว่างกระแสโลหิตและเซลล์สมอง (blood-brain barrier) ซึ่งมีสาเหตุมาจากความเป็นพิษของเชื้อ E. coli ได้



นอกจากนี้อนุพันธ์ของบัคกี้บอลอีกชนิดหนึ่งคือ ฟูลเลอรีนที่มีประจุบวกและละลายน้ำได้ มีฤทธิ์ในการยับยั้งการเจริญของเชื้อ Mycobacterium tuberculosis ซึ่งเป็นสาเหตุของวัณโรคได้ ส่วนคาร์บอกซีฟูลเลอรีนมีฤทธิ์ในการยับยั้งการเจริญของเชื้อ Streptococcus pyogenes จากการทดสอบในระดับหลอดทดลอง และเมื่อทดสอบการออกฤทธิ์ในหนูทดลองพบว่าคาร์บอกซีฟูลเลอรีนสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์เม็ดเลือดขาวชนิด นิวโทรฟิลส์ (neutrophils) ในการกำจัดเชื้อแบคทีเรียชนิดเดียวกันนี้ได้ และจากงานวิจัยเพิ่มเติมทำให้ทราบว่าการที่อนุพันธ์ของบัคกี้บอลสามารถยับยั้งแบคทีเรียแกรมบวก (Gram-positive bacteria) ได้นั้นเนื่องมาจากอนุพันธ์เหล่านี้สามารถแทรกตัวลงไปที่บริเวณผนังเซลล์ของแบคทีเรียซึ่งจะส่งผลให้ผนังเซลล์ของแบคทีเรียเสียสภาพและทำให้แบคทีเรียตายในที่สุด





โครงสร้างโมเลกุลของฟูลเลอโรไพร์โรลิดีนส์ (Fulleropyrrolidines) ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอลที่มีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเชื้อ Mycobacterium tuberculosis ที่เป็นสาเหตุของโรควัณโรคได้



3. สรรพคุณในการต่อต้านมะเร็งและเนื้องอก (Tumor/Anti-Cancer therapy)



คุณสมบัติพิเศษอีกประการหนึ่งของบัคกี้บอลคือสารชนิดนี้สามารถถูกเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง ซึ่งสามารถนำมาประยุกต์ให้ในการรักษาโรคมะเร็งและเนื้องอกแบบใช้แสง (photodynamic tumor therapy) ได้ อนุพันธ์ของบัคกี้บอลที่มีโมเลกุลเชื่อมติดกับพอลิเอทธิลีนไกลคอล (C60-polyethylene glycol) เมื่อถูกกระตุ้นด้วยแสงจะมีฤทธิ์ในการทำลายเซลล์มะเร็งได้โดยไม่มีผลข้างเคียงกับเซลล์ร่างกายที่ปกติ จากผลการทดลองพบว่าอนุพันธ์ชนิดนี้เข้มข้น 0.424 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม โดยให้พลังงานแสงเท่ากับ 1011 จูลต่อตารางเมตร จะสามารถกำจัดเซลล์มะเร็งให้ได้อย่างสมบูรณ์ จากการทดสอบในหลอดทดลองพบว่าฟูลเลอรีน-พอลิเอทธิลีนไกลคอล สามารถยับยั้งการเจริญของเซลล์เพาะเลี้ยงชนิดฮีลาเอสสาม (HeLa S3 cell lines) ซึ่งจัดว่าเป็นเซลล์มะเร็งชนิดหนึ่งได้ นอกจากนี้ยังมีรายงานว่าอนุพันธ์แบบฟูลเลอรีน-พอลิเอทธิลีนไกลคอลยังสามารถกำจัดเซลล์มะเร็งชนิดไฟโบรซาร์โคมา (fibrosarcoma tumors) ในหนูทดลองและที่เยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดงได้



พอลิไฮดรอกซีฟูลเลอลีน (C60(OH)24) เป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอลที่ละลายน้ำได้ดี และมีฤทธิ์ในการยับยั้งการเจริญของเซลล์มะเร็งโดย

1.) ยับยั้งการประกอบตัวของไมโครทิวบูล (microtubule) ของเซลล์มะเร็ง

2.) ยับยั้งการสร้างไมโตติกสปินเดิล (mitotic spindle) ของเซลล์มะเร็ง ซึ่งคล้ายกับการออกฤทธิ์ของยาแทกซอล (taxol) ที่ใช้รักษาโรคมะเร็งในปัจจุบันนี้



นอกจากนี้ยังมีการออกแบบวิธีการนำส่งยาต่อต้านมะเร็งที่เป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอลไปยังเซลล์มะเร็งแบบนำวิถี (anticancer delivery system) โดยการบรรจุอนุพันธ์ของบัคกี้บอลเอาไว้ภายในแคปซูลแบบไลโปโซม (liposome) โดยที่ทางบริษัทซี ซิกตี้ ซึ่งเป็นผู้ผลิตได้ตั้งชื่อทางการค้าว่า “บัคกี้โซมส์ (buckysomes)”



4. สรรพคุณในการเป็นสารต่อต้านการตายของเซลล์ (Anti-apoptosis agents)



บัคกี้บอลมีคุณสมบัติในการสะเทินความเป็นพิษของอนุมูลอิสระและสามารถยับยั้งขั้นตอนการตายโดยอัตโนมัติ (apoptosis) ของเซลล์ได้เป็นอย่างดี จากการศึกษาโดยละเอียดพบว่า คาร์บอกซีฟูลเลอรีน ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของบัคกี้บอล สามารถยับยั้งการตายของเซลล์ได้โดยการขัดขวางการส่งสัญญาณของ ทรานสฟอร์มมิ่ง โกรว์ท แฟคเตอร์-เบต้า (Transforming growth factor-beta, TGF-ß) ซึ่งเป็นตัวการในการชักนำให้เซลล์เข้าสู่ระยะการตายแบบอัตโนมัติ นอกจากนี้คาร์บอกซีฟูลเลอรีนยังสามารถป้องกันเซลล์ผิวหนังไม่ให้ถูกทำลายด้วยรังสียูวีบี(UVB) และจากสภาวะออกซิเดชันต่างๆ ได้เป็นอย่างดี





โครงสร้างโมเลกุลของอนุพันธ์คาร์บอกซีฟูลเลอรีน (hexacarboxylic acid-C60) ซึ่งมีฤทธิ์ในยับยั้งการตายของเซลล์ Hep3B ได้โดยการขัดขวางการส่งสัญญาณของสาร TGF-ß ได้



แต่สิ่งที่น่าสนใจมากกว่า คือ การที่ค้นพบว่าอนุพันธ์ของบัคกี้บอล คือ ฟูลเลอรีนอล (fullerenol) และคาร์บอกซีฟูลเลอรีนสามารถยับยั้งการตายของเซลล์ประสาทที่สัมผัสกับสารพิษหลายชนิดที่นำมาทดสอบได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้นักวิทยาศาสตร์มีความหวังในการที่จะนำเอาอนุพันธ์ของบัคกี้บอลเหล่านี้ไปรักษาผู้ที่ป่วยด้วยโรคร้ายแรงที่เกี่ยวข้องกับระบบประสาทเช่น โรคอัลไซเมอร์ (Alzheimer’s disease) และโรค ALS หรือที่เรียกว่าโรค Lou Gehrig ต่อไปในอนาคต โดยที่บริษัทซีซิกตี้กำลังทดสอบการออกฤทธิ์ของอนุพันธ์ของบัคกี้บอลในการรักษาโรค ALS และโรคพาร์คินสัน (Parkinson’s disease) ในมนุษย์อยู่ในขณะนี้



5. สรรพคุณในการเป็นสารต่อต้านอนุมูลอิสระ (Antioxidants)



อนุพันธ์ของบัคกี้บอลหลายชนิดมีคุณสมบัติในการเป็นสารต่อต้านอนุมูลอิสระ ยกตัวอย่างเช่น ฟูลเลอรีนอลส์ (fullerenols) คาร์บอกซีฟูลเลอรีน พอลิอัลคิลซัลโฟเนตฟูลเลอรีน (polyalkylsulfonated C60 ) เฮกซา(ซัลโฟบิวทิล)ฟูลเลอรีน (hexa(sulphobutyl)fullerene) และกรดฟูลเลอรีน-ไดมาโลนิก (C60-dimalonic acid) โดยที่อนุพันธ์ของบัคกี้บอลเหล่านี้สามารถป้องกันความเป็นพิษของอนุมูลอิสระต่างๆ เช่น ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และคูมีนไฮโดรเปอร์ออกไซด์ (cumene hydroperoxide) ซึ่งสามารถทำความเสียหายให้กับเซลล์ปกติได้ และจากการทดสอบประสิทธิภาพในการเป็นสารต่อต้านอนุมูลอิสระพบว่า อนุพันธ์ของบัคกี้บอลมีความสามารถในการต่อต้านอนุมูลอิสระสูงกว่า ไวตามินอี (vitamin E) หลายร้อยเท่าตัวเลยทีเดียว นอกจากนี้อนุพันธ์ชนิด โมโนมาโลเนตฟูลเลอรีน (C60 monomalonate) สามารถยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ ไนตริกออกไซด์ซินเทส (nitric oxide synthase, nNOS) ของเซลล์ประสาทได้อย่างเฉพาะเจาะจง





อนุพันธ์ของบัคมินสเตอร์ฟูลเลอรีนมีคุณสมบัติในการเป็นสารต่อต้านอนุมูลอิสระ สามารถสะเทินความเป็นพิษของอนุมูลอิสระกลุ่ม reactive oxygen species (ROS) ทำให้เซลล์สิ่งมีชีวิตไม่ได้รับความเสียหายจากการถูกทำลายโดยอนุมูลอิสระ





อย่างไรก็ตาม ทุกสิ่งทุกอย่างย่อมมีทั้งข้อดีและข้อเสียอยู่ในตัวเองทั้งสิ้น บัคกี้บอลก็หลีกหนีความจริงข้อนี้ไปไม่พ้นเช่นเดียวกัน เพราะเมื่อต้นปี ค.ศ. 2004 ดร. อีวา โอเบอร์ดอสเตอร์ (Eva OberdÖrster) ได้รายงานผลการตรวจสอบความเป็นพิษของบัคกี้บอลไว้ในการประชุมของสมาคมเคมีอเมริกัน (American Chemical Society) ว่าบัคกี้บอลสามารถชักนำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของไขมัน (lipid peroxidation) ซึ่งจะนำไปสู่การทำลายเยื่อหุ้มเซลล์สมองของปลาที่ใช้ในการทดลอง นอกจากนี้เขายังพบว่า บัคกี้บอลมีความเป็นพิษต่อสัตว์น้ำขนาดเล็กๆ เช่น ไรน้ำ อีกด้วย ดร. โอเบอร์ดอสเตอร์ ได้กล่าวทิ้งท้ายไว้ด้วยว่าการที่ บัคกี้บอล เข้าไปสะสมในสัตว์น้ำเล็กๆ เหล่านี้ได้ อาจจะทำให้บัคกี้บอลมีโอกาสเข้าไปสะสมอยู่ในห่วงโซ่อาหารของสิ่งมีชีวิตในน้ำ และมีโอกาสเข้ามาสู่มนุษย์ในท้ายที่สุดได้



ดังนั้น ทางออกที่ดีที่สุดในการนำบัคกี้บอลมาใช้ประโยชน์ในทางการแพทย์และทางเภสัชกรรม คือ ต้องทำความเข้าใจคุณสมบัติต่างๆ ของบัคกี้บอลให้ถ่องแท้เสียก่อน รวมทั้งต้องตรวจสอบความเป็นพิษของบัคกี้บอลอย่างเข้มงวดเพื่อให้แน่ใจเสียก่อนว่าอนุพันธ์ต่างๆ ของบัคกี้บอลมีความปลอดภัยต่อสิ่งมีชีวิต ก่อนที่จะปล่อยให้มีการใช้อย่างแพร่หลาย





เขียนโดย ดร. ณัฐพันธุ์ ศุภกา ปัจจุบัน เป็นนักวิชาการประจำศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ

(บทความนี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารเทคโนโลยีชีวภาพปริทรรศน์ ฉบับที่ 21 เดือน กันยายน 2547 และบางส่วนของบทความได้ถูกตีพิมพ์ในวารสารนาโนเทค อินโฟ ฉบับที่ 2 เดือน กุมภาพันธ์ 2548)



แหล่งอ้างอิงและรูปภาพประกอบจาก



- J. Am. Chem. Soc. 115(1993):6510-6512.

- Bioorg. Med. Chem. Lett. 6(1996):1253-1256.

- http://aac.asm.org/cgi/reprint/40/10/2262

- J. Med. Chem. 41(18 June 1998):2424-2429.

- http://aac.asm.org/cgi/content/full/43/9/2273

- http://aac.asm.org/cgi/content/full/45/6/1788

- J. Antimicrob. Chemother. 49 (April 2002):641-649.

- Fullerene Sci. Technol. 9 (2001):307-320.

- Langmuir 14(1998):1955-1959.