สิงคโปร์เปิดศูนย์วิจัยสเต็มเซลล์ศึกษาโรคหัวใจในชาวเอเชีย มุ่งพัฒนาการรักษาที่เหมาะกับแต่ละคน

ตัวอย่างเลือด 5 มล. เปิดมุมมองใหม่ต่อโรคหัวใจ

สิงคโปร์เปิดศูนย์แห่งแรกที่มุ่งวิจัยสเต็มเซลล์เพื่อศึกษาโรคหัวใจในชาวเอเชีย โดยต่อยอดจากคลังแบบจำลองโรคกว่า 40 แบบของศูนย์หัวใจแห่งชาติสิงคโปร์ (NHCS) ซึ่งสร้างจากเซลล์ของผู้ป่วย เป้าหมายคือทำความเข้าใจว่าเหตุใดโรคหัวใจจึงส่งผลต่อผู้ป่วยชาวเอเชียแตกต่างออกไป และค้นหาวิธีรักษาที่เหมาะกับชีววิทยาของพวกเขามากขึ้น

ศูนย์วิจัยและแปลผลการศึกษาจากเซลล์มนุษย์แบบบูรณาการ (CIPHER) เปิดตัวเมื่อวันที่ 16 ตุลาคม โดย Tan Kiat How รัฐมนตรีอาวุโสแห่งรัฐด้านสาธารณสุข ในงานกาลา NHCS Heart to Heart ครั้งที่ 6 ณ The Ritz-Carlton Millenia Singapore นักวิจัยสามารถเริ่มต้นจากเลือดเพียง 5 มล. นำเซลล์จากตัวอย่างเลือดนั้นกลับไปโปรแกรมใหม่ให้เป็นสเต็มเซลล์ แล้วเพาะเลี้ยงให้เป็นเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจที่เต้นได้เพื่อศึกษาทางห้องปฏิบัติการ

Chrishan Ramachandra รองผู้อำนวยการ CIPHER ซึ่งเป็นหัวหน้าวิจัยที่สถาบันวิจัยหัวใจแห่งชาติสิงคโปร์ (NHRIS) และ NHCS ด้วย กล่าวว่า ผู้ป่วยชาวเอเชียเป็นโรคหัวใจตั้งแต่อายุน้อยกว่า มีรูปแบบการเจ็บป่วยแตกต่างกัน และมักมีผลลัพธ์การรักษาแย่กว่าผู้ป่วยชาวตะวันตก อย่างไรก็ตาม งานวิจัยที่ใช้พัฒนาการรักษาส่วนใหญ่ยังอาศัยสัตว์ทดลองและข้อมูลชีววิทยาของชาวตะวันตก

ศูนย์รวบรวมงานวิจัยหลายด้านไว้ด้วยกัน ได้แก่ แบบจำลองที่สะท้อนลักษณะโรคของผู้ป่วยแต่ละคน การทดสอบยากับเซลล์มนุษย์ และห้องหัวใจจำลองขนาดเล็กที่ออกแบบมาเพื่อจำลองลักษณะบางประการของภาวะหัวใจล้มเหลว นอกจากนี้ ในช่วงเปิดตัว ยังมีเงินบริจาคอีก 2.5 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์เพื่อจัดตั้งตำแหน่งศาสตราจารย์ สนับสนุนงานวิจัยด้านศัลยกรรมหัวใจและทรวงอก ตลอดจนพัฒนาผู้นำศัลยแพทย์รุ่นใหม่

เหตุใดจึงศึกษาชีววิทยาของผู้ป่วยชาวเอเชีย

ชุมชนชาวจีน มาเลย์ และอินเดียในสิงคโปร์เปิดโอกาสให้นักวิจัยศึกษาความแตกต่างของโรคหัวใจและหลอดเลือดในประชากรเอเชียกลุ่มต่าง ๆ Derek Hausenloy ผู้อำนวยการ CIPHER กล่าวว่า ความหลากหลายนี้ทำให้ศูนย์ศึกษาการปรากฏของโรคในกลุ่มชาติพันธุ์เฉพาะได้ แทนที่จะมองผู้ป่วยชาวเอเชียเป็นกลุ่มเดียวกันทางชีววิทยา

นักวิจัยต้องการระบุกระบวนการที่ทำให้เกิดความแตกต่างเหล่านั้น แบบจำลองโรคช่วยให้ตรวจสอบได้ว่าเซลล์หัวใจทำงานอย่างไร ใช้พลังงานอย่างไร และตอบสนองต่อยาอย่างไร ข้อมูลเหล่านี้อาจชี้เป้าหมายการรักษา ซึ่งหมายถึงกระบวนการทางชีววิทยาที่ตัวยาอาจเข้าไปเปลี่ยนแปลงได้

ความจำเป็นในการวิจัยมีสูง ข้อมูลที่อ้างถึงในงานเปิดตัวระบุว่า โรคหัวใจและโรคหลอดเลือดสมองคร่าชีวิตคนในสิงคโปร์ประมาณวันละ 23 คน และโรคหัวใจและหลอดเลือดคิดเป็นหนึ่งในสามของการเสียชีวิตในปี 2025 ภารกิจของ CIPHER คือเปลี่ยนความเข้าใจชีววิทยาของผู้ป่วยที่ละเอียดขึ้น ให้เป็นทางเลือกที่เป็นประโยชน์ต่อการดูแลรักษา

เปลี่ยนเซลล์เลือดให้เป็นเซลล์หัวใจที่เต้นได้

นักวิจัยใช้กระบวนการที่เรียกว่าการรีโปรแกรม เพื่อเปลี่ยนเซลล์ที่มีหน้าที่เฉพาะให้เป็นเซลล์ต้นกำเนิดเหนี่ยวนำชนิดพหุศักยภาพ จากนั้นจึงชักนำให้เซลล์ต้นกำเนิดเหล่านี้พัฒนาเป็นเซลล์ชนิดอื่น รวมถึงเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ กล่าวอย่างง่ายคือ นักวิทยาศาสตร์ปรับอัตลักษณ์ของเซลล์ใหม่ก่อนชี้นำให้เซลล์ทำหน้าที่อย่างอื่น

ดังนั้น ตัวอย่างเลือดจึงเป็นช่องทางศึกษาภาวะโรคหัวใจของผู้ป่วยได้โดยไม่ต้องเก็บชิ้นเนื้อจากหัวใจ เซลล์ที่ได้ยังคงมีภูมิหลังทางพันธุกรรมของผู้ป่วย และสามารถจำลองลักษณะอาการของโรคในห้องปฏิบัติการ

Ramachandra อธิบายถึงประโยชน์ของแนวทางนี้ว่า:

"เมื่อเราเพาะเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจจากเลือดของผู้ป่วยเอง แล้วเฝ้าดูมันเต้นในจานเพาะเลี้ยง โดยเซลล์นั้นมีโรคของผู้ป่วยอยู่ด้วย เราก็กำลังดูสิ่งที่แบบจำลองสัตว์ทดลองใด ๆ จำลองไม่ได้" Chrishan กล่าว

การหันมาใช้ตัวอย่างเลือดยังช่วยให้ผู้ป่วยเก็บตัวอย่างได้สะดวกขึ้น ในเดือนธันวาคม 2023 Ramachandra อธิบายว่า ทีมงานเลิกเก็บตัวอย่างผิวหนัง เพราะเป็นหัตถการที่รุกล้ำร่างกายและอาจทิ้งแผลเป็นเล็ก ๆ ไว้ ส่วนเลือดสามารถเก็บได้ในระหว่างที่ผู้ป่วยมาตรวจตามนัด

คลังตั้งต้นที่มีแบบจำลองกว่า 40 แบบ

NHCS พัฒนาแบบจำลองที่ได้จากผู้ป่วยมากกว่า 40 แบบ ซึ่งเป็นรากฐานของโครงการวิจัย CIPHER ครอบคลุมโรคต่าง ๆ ได้แก่ ภาวะหัวใจล้มเหลว โรคหัวใจเต้นผิดจังหวะจากความผิดปกติของกล้ามเนื้อหัวใจ และโรคกล้ามเนื้อหัวใจ

ภาวะหัวใจล้มเหลวหมายถึงหัวใจสูบฉีดเลือดได้ไม่เต็มที่ตามที่ร่างกายต้องการ ส่วนโรคกล้ามเนื้อหัวใจคือความผิดปกติของกล้ามเนื้อหัวใจ ซึ่งอาจยืดขยาย หนาตัว หรือแข็งเกร็ง การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำให้หัวใจสูบฉีดเลือดได้ยากขึ้น

ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมตามที่นักวิจัยกล่าวถึง เกิดจากเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจยึดเกาะกันได้ไม่ดี และค่อย ๆ ถูกแทนที่ด้วยเนื้อเยื่อแผลเป็นและไขมัน การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจรบกวนสัญญาณไฟฟ้าที่ทำให้การเต้นของหัวใจเป็นจังหวะสอดคล้องกัน

คลังแบบจำลองที่ครอบคลุมโรคหลายชนิดช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มีแนวทางศึกษาหลายแบบ พวกเขาสามารถตรวจสอบความผิดปกติในเซลล์ เปรียบเทียบการตอบสนองต่อการรักษาที่อาจเป็นไปได้ และค้นหาลักษณะทางชีววิทยาที่สัมพันธ์กับการตอบสนองต่อการรักษาที่ดีขึ้น

ทดสอบยาก่อนให้ผู้ป่วยใช้

Hausenloy กล่าวว่า แพลตฟอร์มเซลล์ของ CIPHER ใช้ทดสอบยาและศึกษาผลต่อการทำงานของหัวใจและเมแทบอลิซึม ซึ่งเป็นกระบวนการทางเคมีที่เซลล์ใช้รับและใช้พลังงาน เป้าหมายคือระบุการรักษาได้แม่นยำขึ้น รวมถึงค้นหาว่าผู้ป่วยกลุ่มใดน่าจะได้รับประโยชน์

ยาชนิดหนึ่งอาจช่วยผู้ป่วยคนหนึ่งได้ แต่ให้ผลไม่ดีในอีกคน การทดสอบยากับเซลล์ที่เพาะจากตัวอย่างของผู้ป่วยอาจช่วยให้นักวิจัยตรวจสอบความแตกต่างนี้ได้ ก่อนให้ผู้ป่วยเสี่ยงกับยาที่ไม่ได้ผลหรือผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์

ในบริบทนี้ การรักษาเฉพาะบุคคลหมายถึงการปรับการดูแลให้สอดคล้องกับชีววิทยาของแต่ละคนมากขึ้น งานวิจัยเดียวกันยังอาจเป็นประโยชน์ในวงกว้าง หากค้นพบกลไกของโรคที่ผู้ป่วยจำนวนมากมีร่วมกัน ก็อาจนำไปสู่การรักษาที่ใช้ได้กับคนกลุ่มใหญ่ขึ้น

ประกาศเปิดตัวไม่ได้ระบุกรอบเวลาว่าเมื่อใดแบบจำลองของ CIPHER จะนำไปใช้กำหนดการสั่งยาตามปกติ หรือพัฒนาเป็นการรักษาใหม่ที่ได้รับอนุมัติ งานเร่งด่วนในขณะนี้มุ่งทำความเข้าใจโรคและทดสอบแนวทางการรักษาที่อาจเป็นไปได้

ประโยชน์ของหัวใจมนุษย์จำลองในขวด

CIPHER ยังร่วมมือกับ Medera Inc. บริษัทชีวเภสัชภัณฑ์ระยะคลินิก พัฒนา Human Heart-in-a-Jar หรือห้องหัวใจห้องล่างมนุษย์ที่สร้างขึ้นด้วยวิศวกรรมชีวภาพ มีขนาดประมาณปลายนิ้ว ห้องล่างเป็นหนึ่งในห้องสูบฉีดหลักของหัวใจ แบบจำลองขนาดจิ๋วนี้ออกแบบมาเพื่อจำลองลักษณะบางประการของโรคหัวใจ

งานก่อนหน้านี้ที่อธิบายในเดือนธันวาคม 2023 เป็นความร่วมมือระหว่าง NHCS กับ Novoheart บริษัทเทคโนโลยีชีวภาพด้านสเต็มเซลล์ โครงการดังกล่าวมุ่งสร้างแบบจำลองขนาดจิ๋วจากผู้ป่วยชาวเอเชียที่มีภาวะหัวใจล้มเหลว โดยใช้เซลล์ที่เพาะจากเลือดของพวกเขา

กระบวนการสร้างแบบจำลองเพิ่มโครงสร้างทางกายภาพล้อมรอบเซลล์ นักวิจัยนำเซลล์ใส่ในเจลที่มีคอลลาเจนและวัสดุช่วยพยุง จากนั้นขึ้นรูปส่วนผสมรอบแม่พิมพ์ เมื่อเซลล์ก่อตัวเป็นเนื้อเยื่อและนำแม่พิมพ์ออก ก็จะเหลือห้องกลวงที่เต้นและสูบฉีดได้

ห้องจำลองนี้ช่วยให้นักวิจัยวัดผลได้มากกว่าการสังเกตการเต้นของเซลล์แต่ละเซลล์ในจานเพาะเลี้ยง พวกเขาสามารถตรวจสอบการหดตัว การคลายตัว และแรงดัน ซึ่งเป็นลักษณะที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับหน้าที่ของหัวใจในการสูบฉีดเลือดไปทั่วร่างกาย ในงานเปิดตัว CIPHER มีการระบุว่าแบบจำลองขนาดจิ๋วนี้เป็นแห่งแรกในเอเชีย

มุ่งศึกษาโรคหัวใจที่คลายตัวและรับเลือดได้ยาก

โครงการที่อธิบายในเดือนธันวาคม 2023 มุ่งศึกษาโรคหัวใจล้มเหลวชนิดที่มีสัดส่วนเลือดที่หัวใจบีบออกจากห้องล่างแต่ละครั้งยังคงปกติ โดยระบุว่าภาวะนี้คิดเป็นครึ่งหนึ่งของผู้ป่วยหัวใจล้มเหลวทั้งหมด สัดส่วนเลือดที่บีบออกจากหัวใจใช้วัดปริมาณเลือดที่ถูกสูบออกจากห้องล่างหัวใจในแต่ละครั้งที่หัวใจเต้น

ในภาวะหัวใจล้มเหลวรูปแบบนี้ สัดส่วนดังกล่าวอาจยังอยู่ในเกณฑ์ปกติ ขณะที่กล้ามเนื้อหัวใจแข็งเกินกว่าจะคลายตัวและรับเลือดได้เต็มที่ หัวใจจึงอาจบีบตัวได้ค่อนข้างดี แต่ยังส่งเลือดไปเลี้ยงร่างกายได้ไม่เพียงพอต่อความต้องการ

ห้องหัวใจจำลองขนาดเล็กที่หดตัวและคลายตัวได้เปิดทางให้ศึกษาปัญหานี้ นักวิจัยหวังว่าการวัดแรงดันและการสังเกตลักษณะอื่น ๆ จะช่วยจำลองโรคได้ใกล้เคียงยิ่งขึ้น และค้นหายาที่มีแนวโน้มได้ผล

NHCS ได้รับทุน Industry Alignment Fund – Industry Collaboration Project จำนวน 5 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์จากสำนักงานวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และการวิจัย เพื่อค้นคว้ายาสำหรับผู้ป่วยชาวเอเชียที่มีภาวะหัวใจล้มเหลว รายงานเมื่อเดือนธันวาคม 2023 ยังระบุว่า ภาวะหัวใจล้มเหลวคิดเป็นร้อยละ 17 ของการรับผู้ป่วยโรคหัวใจไว้รักษาในโรงพยาบาลรัฐ สะท้อนให้เห็นถึงความต้องการทางคลินิกที่มีขนาดใหญ่

รากฐานงานวิจัยย้อนกลับไปถึงปี 2009

CIPHER ต่อยอดจากงานที่เริ่มต้นขึ้นก่อนเปิดศูนย์แห่งใหม่นี้นานแล้ว ใน ประกาศผลงานวิจัยปี 2011 ซึ่งเผยแพร่เมื่อวันที่ 15 กันยายน NHCS บันทึกความสำเร็จในการสร้างเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจที่เต้นได้จากผิวหนังของผู้ป่วย ด้วยวิธีที่ไม่ใช้ไวรัสเพื่อสร้างเซลล์ต้นกำเนิดเหนี่ยวนำชนิดพหุศักยภาพ

โครงการเริ่มดำเนินการมาตั้งแต่ปี 2009 ทีมงานมีสมาชิก 15 คน ซึ่งรวมถึงแพทย์นักวิจัย 3 คนและนักวิทยาศาสตร์วิจัย 5 คน โดยได้รับการสนับสนุนจากทุนมูลค่าเกือบ 9 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์จากมูลนิธิวิจัยแห่งชาติ ตลอดระยะเวลา 5 ปี NHCS ระบุว่าการสร้างแบบจำลองโรคและการทดสอบยาเฉพาะบุคคลเป็นการนำผลงานไปใช้ที่อาจเกิดขึ้นได้

• 2009: ทีม NHCS เริ่มโครงการสเต็มเซลล์ ซึ่งต่อมามีการกล่าวถึงในประกาศอย่างเป็นทางการ
• 15 กันยายน 2011: NHCS ประกาศการสร้างเซลล์หัวใจที่เต้นได้จากผิวหนังของผู้ป่วย
• 4 ธันวาคม 2023: มีการอธิบายโครงการหัวใจจำลองขนาดจิ๋ว โดยมุ่งศึกษาผู้ป่วยชาวเอเชียและภาวะหัวใจล้มเหลวชนิดที่มีสัดส่วนเลือดที่หัวใจบีบออกจากห้องล่างแต่ละครั้งยังคงปกติ
• 16 ตุลาคม: CIPHER เปิดตัว พร้อมฐานงานวิจัยที่มีแบบจำลองจากผู้ป่วยมากกว่า 40 แบบ

ประกาศปี 2011 ประเมินว่าในสิงคโปร์มีผู้ป่วยหัวใจล้มเหลวเข้ารักษาในโรงพยาบาลราว 5,000 ครั้งต่อปี โดย NHCS ดูแลประมาณ 1,000 ราย ตัวเลขในอดีตเหล่านี้ช่วยอธิบายว่าเหตุใดนักวิจัยจึงมุ่งหาวิธีศึกษากล้ามเนื้อหัวใจที่เสียหายและการตอบสนองต่อยาของแต่ละคน

เงินบริจาค 2.5 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์สนับสนุนงานวิจัยศัลยกรรม

ศูนย์แพทยศาสตร์วิชาการ SingHealth Duke-NUS ยังประกาศจัดตั้งตำแหน่งศาสตราจารย์ Tong Ming Chuan ด้านศัลยศาสตร์หัวใจและทรวงอก ในงานเปิดตัว โดยได้รับเงินทุน 2.5 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์จาก Tong และจะมอบตำแหน่งโดย Duke-NUS Medical School ภายใต้โครงการวิชาการและคลินิกด้านวิทยาศาสตร์หัวใจและหลอดเลือด

Tong เป็นศัลยแพทย์หัวใจ ทรวงอก และหลอดเลือดในภาคเอกชนที่ Mount Elizabeth Medical Centre และเป็นที่ปรึกษารับเชิญที่ NHCS เขามีส่วนบุกเบิกการผ่าตัดหัวใจระหว่างทำงานที่โรงพยาบาล Singapore General Hospital ตั้งแต่ปี 1981 ถึง 1992 เขามีส่วนร่วมในการปลูกถ่ายหัวใจครั้งแรกของสิงคโปร์ในปี 1990 และเป็นส่วนหนึ่งของทีมที่ทำการปลูกถ่ายปอดครั้งแรกของประเทศในปี 2000

ตำแหน่งศาสตราจารย์นี้มุ่งสนับสนุนงานวิจัยด้านศัลยกรรม ความเป็นเลิศทางคลินิก และการพัฒนาผู้นำศัลยแพทย์รุ่นใหม่ Yeo Khung Keong ประธานเจ้าหน้าที่บริหาร NHCS อธิบายว่า ตำแหน่งดังกล่าวกับ CIPHER เป็นความมุ่งมั่นที่ส่งเสริมกัน โดยงานหนึ่งทำให้งานวิจัยทางวิทยาศาสตร์ตั้งอยู่บนพื้นฐานชีววิทยาของผู้ป่วย ขณะที่อีกงานพัฒนาศัลยแพทย์ที่สามารถนำความก้าวหน้าไปใช้ในการดูแลรักษา

Tan Kiat How รัฐมนตรีอาวุโสแห่งรัฐด้านสาธารณสุข ผู้เปิดตัว CIPHER กล่าวถึงงานนี้ในบริบทของการให้ความสำคัญมากขึ้นของสิงคโปร์ต่อการป้องกัน การเข้าแทรกแซงตั้งแต่เนิ่น ๆ และการช่วยให้ประชาชนมีสุขภาพดีและพึ่งพาตนเองได้ เขากล่าวถึงเกณฑ์ในการประเมินนวัตกรรมว่า:

นวัตกรรมช่วยสนับสนุนการเปลี่ยนแปลงนี้ได้ แต่คุณค่าของมันไม่ได้วัดจากความล้ำสมัยของเทคโนโลยี หากวัดจากสิ่งที่เปลี่ยนแปลงไปสำหรับผู้ป่วย

ประเด็นสำคัญ

• CIPHER เปิดเมื่อวันที่ 16 ตุลาคม เพื่อศึกษาโรคหัวใจและหลอดเลือดในชาวเอเชียด้วยแบบจำลองสเต็มเซลล์มนุษย์
• นักวิจัยใช้ตัวอย่างเลือด 5 มล. สร้างสเต็มเซลล์และต่อยอดเป็นเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจที่เต้นได้
• แบบจำลองจากผู้ป่วยกว่า 40 แบบของ NHCS เป็นรากฐานงานวิจัยของศูนย์
• ห้องหัวใจจำลองขนาดจิ๋วช่วยให้นักวิจัยศึกษาแรงสูบฉีด การคลายตัว และแรงดัน พร้อมทดสอบการรักษาที่อาจเป็นไปได้
• NHCS บันทึกผลงานก่อนหน้านี้เรื่องการสร้างเซลล์หัวใจที่เต้นได้จากผิวหนังไว้ในเดือนกันยายน 2011
• เงินบริจาคแยกต่างหากจำนวน 2.5 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์นำไปจัดตั้งตำแหน่งศาสตราจารย์ Tong Ming Chuan ด้านศัลยศาสตร์หัวใจและทรวงอก