วิทยาศาสตร์ ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา

การหลอมเซลล์ด้วยไฟฟ้า

วรพันธ์ บุญชัย คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
มหาวิทยาลัยราชภัฏ บ้านสมเด็จเจ้าพระยา

        เครื่องหลอมเซลล์ด้วยไฟฟ้าได้ถูกนำมาใช้ในงานวิจัยทางด้านเทคโนโลยีชีวภาพ เพื่อการปรับปรุงพันธุ์ของสิ่งมีชีวิต โดยเหนี่ยวนำให้เซลล์สองเซลล์มารวมตัวกัน (cell fusion) Zimmermann และ Vienken (1982) ได้ประดิษฐ์เครื่องมือที่เรียกว่า cell fusion system (ภาพที่ 1) เพื่อใช้ในการหลอมเซลล์โดยการเหนี่ยวนำด้วยกระแสไฟฟ้าที่เรียกว่าอิเล็กโทรฟิวชัน (electrofusion) ซึ่งอาศัยหลักการที่ว่าสนามไฟฟ้าเพิ่มความสามารถในการนำไฟฟ้า และสภาพให้ซึมผ่านได้ของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งควบคุมและทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนสารและข้อมูลระหว่างเซลล์กับสิ่งแวดล้อม ถ้าเยื่อหุ้มเซลล์สัมผัสกับสนามไฟฟ้าที่เป็นจังหวะ (field pulse) ความเข้มข้นสูงเวลาสั้นๆ จะเกิดการแตกสลาย โดยกระแสไฟฟ้ามีผลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสภาพให้ซึมผ่านได้ของเยื่อหุ้มเซลล์อย่างมาก ทำให้อนุภาคที่มีขนาดใหญ่เท่าๆ กับขนาดของยีนต่างๆ ที่ปกติไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เข้าไปในเซลล์ได้ และเยื่อหุ้มเซลล์นั้นจะกลับไปเป็นอย่างเดิมภายในเวลาหนึ่งในล้านของวินาทีหรือนาทีขึ้นอยู่กับสภาวะและสมบัติของเยื่อหุ้มเซลล์ ถ้าเยื่อหุ้มเซลล์ที่บริเวณที่สัมผัสระหว่างเซลล์เกิดแตกสลายด้วยไฟฟ้า เยื่อหุ้มเซลล์จะเกาะติดกันโดยสนามไฟฟ้าอ่อนๆ ที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดการหลอมรวมเซลล์เหล่านั้นสร้างเป็นเซลล์เดี่ยว (ภาพที่ 2)

การหลอมรวมกันของเซลล์ด้วยไฟฟ้านี้ไม่ รุนแรงและทำให้เซลล์มีการหลอมรวมกันได้มาก ซึ่งอาศัยหลักการของไดอิเล็กโทรโฟรีซิส (dielectrophoresis)โดยใช้สนามไฟฟ้ากระแสสลับ ที่ไม่สม่ำเสมอ (non-homogeneous AC electric field) ทำให้เซลล์มี 2 ขั้ว และเป็นสายคล้ายสายไข่มุก (pearl chaining) (ภาพที่ 3) สนามไฟฟ้ากระแสสลับทำให้เกิดการแพร่ไปด้านข้างของโปรตีนที่เยื่อหุ้มเซลล์ สร้างบริเวณที่ไม่มีโปรตีนบนผิวของเซลล์ที่อยู่ติดกัน เมื่อเยื่อหุ้มเซลล์แตะกันแล้วจึงใช้กระแสตรง (DC voltage) ที่เหมาะ สมผ่านเข้าไปเป็นจังหวะๆ (ภาพที่ 4) ซึ่งมีผลทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เปลี่ยนแปลง โดยไอออนที่อยู่ทั้งสองด้านของเยื่อหุ้มเซลล์ช่วยทำให้เกิดช่องที่เยื่อหุ้มเซลล์ โดยเฉพาะบริเวณที่เยื่อหุ้มเซลล์ใกล้กันสัมผัสกันทำให้ไซโทพลาสซึมรวมกันกลายเป็นโครงสร้างรูปร่างกลมเดี่ยว ซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสและไซโทพลาสซึมของเซลล์ที่หลอมรวมกัน (ภาพที่ 5 และ 6)

 

การหลอมเซลล์สามารถใช้กับเซลล์ได้ทุกชนิดแต่ถ้าเซลล์มีผนังเซลล์ (cell wall) จะต้องย่อยผนังเซลล์ออกก่อนจึงจะทำการหลอมเซลล์ด้วยกระแสไฟฟ้า ประโยชน์ของการหลอมเซลล์ด้วยไฟฟ้าที่เห็นได้ชัดเจนคือ ในกระบวนการโคลนนิง (cloning) แกะดอลลี่ในขั้นตอนการนำนิวเคลียสมารวมกับเซลล์ไข่ถูกเหนี่ยวนำโดยกระแสไฟฟ้า (ภาพที่ 7)

กระแสไฟฟ้าและเวลาที่เหมาะสมต่อการหลอมเซลล์ เข้าด้วยกันของเซลล์แต่ละชนิดจะแตกต่างกัน

อย่างไรก็ตามกระแสไฟฟ้าและเวลาที่ใช้เพื่อการหลอมเซลล์แต่ละชนิดต้องมีการทดลองเพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมสำหรับเซลล์แต่ละชนิด เพราะเซลล์พืช เซลล์สัตว์ และเซลล์ยีสต์ ต่างก็มีหลากหลายสายพันธุ์ สภาวะข้างต้นเป็นเพียงแนวทางเพื่อให้การทดลองทำได้ง่ายและรวดเร็วขึ้นสำหรับนักวิจัยที่เพิ่งเริ่มทำการวิจัย

เอกสารอ้างอิง

• สาวิตรี ลิ่มทอง. (2549). ยีสต์ : ความหลากหลาย และเทคโนโลยีชีวภาพ. กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์.

• Zimmermann, U. (1983). Trend in Biotechnology 1(5): 149-155. www.eppendorf