ข่าว

      ไหมเย็บแผลแบบละลายได้ (Absorble Suture) เป็นวัสดุทางการแพทย์ที่สามารถสลายตัวได้ในร่างกาย และไม่ส่งผลกระทบต่อผู้ป่วย เทคโนโลยีดังกล่าวช่วยให้แพทย์ไม่ต้องผ่าตัดซ้ำเพื่อตัดไหม ผู้ป่วยมีทางเลือกในการรักษาในราคาที่ถูกลง ไม่ต้องเจ็บตัวบ่อย ทว่าปัจจุบันประเทศไทยพึ่งพาการนำเข้าผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ราคาแพงจากต่างประเทศ

จะดีหรือไม่? ถ้าเราสามารถพัฒนาเทคโนโลยีผลิตวัสดุทางการแพทย์ได้เองในประเทศ ทำให้คุณภาพชีวิตของคนในประเทศดีขึ้น และเพิ่มความสามารถในการแข่งขันกับต่างประเทศ

ห้องปฏิบัติการผลิตพลาสติกชีวภาพสำหรับใช้ทางการแพทย์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ นำโดย รศ.ดร.วินิตา บุณโยดม ได้บ่มเพาะองค์ความรู้ทางด้านพอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ผลิตจากวัตถุดิบทางการเกษตรมามากกว่าสองทศวรรษ ปัจจุบันมีกำลังในการผลิตเม็ดพลาสติกที่ย่อยสลายได้ในเกรดการแพทย์จากวัตถุดิบทางการเกษตร และนำไปสู่การผลิตไหมเย็บแผลละลายได้ชนิดเส้นเดี่ยว ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการผลิตในประเทศ

ถึงแม้ว่าฟังแบบผิวเผินจะรู้สึกว่าผลิตภัณฑ์ปลายทางสามารถทำได้ง่ายไม่ซับซ้อน แต่แท้จริงแล้ว ผลิตภัณฑ์ที่ออกมาเป็นรูปธรรมเปรียบเสมือนยอดของภูเขาน้ำแข็งที่มาจากงานวิจัยวิทยาศาสตร์รากฐานที่เข้มข้น ผ่านการทดลองด้วยกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ และการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญโดยการตีพิมพ์ผลงานวิชาการในวารสารวิชาการที่ได้รับการยอมรับในระดับนานาชาติ และการประกันคุณภาพในระดับต่าง ๆ ที่เข้มข้น เพื่อยืนยันว่าผลิตภัณฑ์ที่ออกมาสามารถใช้งานได้จริง และมีความปลอดภัยต่อผู้ใช้งาน

Polymer 101: เส้นทางจากวัตถุดิบทางการเกษตร สู่พอลิเมอร์

             เมื่อพูดถึงพอลิเมอร์ สิ่งที่ผู้คนทั่วไปมองเห็นภาพได้ง่ายที่สุดคือ พลาสติกที่ใช้กันอยู่ในชีวิตประจำวัน เราอาจเปรียบกระบวนการผลิตพอลิเมอร์ได้กับการร้อยลูกปัดเป็นสายสร้อย มอนอเมอร์ (monomers) ซึ่งเป็นหน่วยย่อยที่สุดในการผลิตพอลิเมอร์ เปรียบได้กับลูกปัด ปกติแล้วมอนอเมอร์เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปิโตรเลียม เช่น เอพซิลอน-คาร์โพรแลคโทน (epsilon-carprolactone) ซึ่งเป็นมิตรกับสิ่งเเวดล้อมและสามารถย่อยสลายได้

นอกจากนี้ ยังมีมอนอเมอร์จากทรัพยากรหมุนเวียน (renewable resources) กำลังได้รับความสนใจมากขึ้น ซึ่งผลิตจากคาร์โบไฮเดรตที่เป็นองค์ประกอบในวัสดุทางการเกษตร เช่น ข้าวโพด อ้อย มันสำปะหลัง ผ่านกระบวนการหมักเป็น กรดแลกติก (lactic acid) เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ที่เหมาะสม มอนอเมอร์ดังกล่าวจะเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโคเวเลนต์เกิดเป็นโมเลกุลสายโซ่ยาว หรือที่เรียกว่า พอลิเมอร์ (polymers) ซึ่งเปรียบได้กับสายสร้อย ข้อดีของพอลิเมอร์ชนิดนี้คือสามารถสลายตัวได้เมื่อมีสภาวะที่เหมาะสม จึงเรียกพอลิเมอร์ชนิดนี้ว่าพอลิเมอร์ที่สลายตัวได้ทางชีวภาพ (biodegradable polymer)

กระบวนการเกิดพอลิเมอร์ที่สลายตัวได้ทางชีวภาพ

จุดกำเนิดเกิดจากงานวิจัยรากฐาน

                จากกระบวนการที่ได้กล่าวมาข้างต้น จะเห็นว่าการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่จะเชื่อมมอนอเมอร์เข้าด้วยกันเป็นพอลิเมอร์ต้องอาศัยองค์ความรู้ทางด้านเคมีจากหลากหลายสาขา ไม่ว่าจะเป็นเคมีพอลิเมอร์ เคมีเชิงฟิสิกส์ เคมีอินทรีย์ และเคมีเชิงคำนวณ กลุ่มวิจัยเริ่มต้นจากการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่และการสังเคราะห์พอลิเมอร์ในระดับห้องปฏิบัติการ ด้วยการวิจัยจากองค์ความรู้ด้านวิทยาศาสตร์รากฐาน ทำให้กลุ่มวิจัย สามารถพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่และมีประสิทธิภาพสูง ในการสังเคราะห์มอนอเมอร์และพอลิเมอร์

ตัวริเริ่มหรือตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ ที่สังเคราะห์ขึ้นได้เองในห้องปฏิบัติการนั้น สามารถนำมาใช้ในการสังเคราะห์มอนอเมอร์และพอลิเมอร์ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถสังเคราะห์มอนอเมอร์ที่มีเปอร์เซ็นต์ผลผลิตสูง ความบริสุทธิ์สูง ระยะเวลาในการสังเคราะห์สั้น ทำให้ลดค่าใช้จ่าย นอกจากนี้ยังสามารถควบคุมน้ำหนักโมเลกุลของพอลิเมอร์ได้ตามต้องการ โดยมีการตีพิมพ์ผลงานวิจัยมากกว่า 50 เรื่อง ในวารสารวิชาการที่ได้รับการยอมรับในระดับนานาชาติ และมีผลกระทบสูง (impact factor) ซึ่งเกี่ยวกับการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ กระบวนการผลิตมอนอเมอร์และพอลิเมอร์ ตลอดจนการเตรียมพลาสติกที่สลายตัวได้ทางชีวภาพเพื่อการประยุกต์ใช้ในด้านต่าง ๆ เช่น การแพทย์และบรรจุภัณฑ์ รวมถึงงานวิจัยที่เป็นการประยุกต์องค์ความรู้เกี่ยวกับตัวเร่งปฏิกิริยาไปใช้ในการพัฒนาวัสดุทางการแพทย์ เช่น Development of an Antimicrobial-Coated Absorbable Monofilament Suture from a Medical-Grade Poly(L-lactide-co-epsilon-caprolactone) Copolymer ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการ ACS Omega (SCOPUS Q1, IF 3.512) เป็นต้น

กลุ่มวิจัยสามารถนำตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงไปขยายสเกลการผลิตเม็ดพลาสติกเกรดทางการแพทย์ในระดับกึ่งอุตสาหกรรม ตัวเร่งปฏิกิริยาดังกล่าวสามารถสังเคราะห์มอนอเมอร์และพอลิเมอร์ได้ในระยะเวลาสั้นและมีความบริสุทธิ์สูงภายในห้องปฏิบัติการมาตรฐาน ช่วยลดต้นทุนการผลิต ซึ่งได้จดสิทธิบัตรทั้งในประเทศและต่างประเทศ อาทิ จีน สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น สิงคโปร์ และในยุโรป

สิทธิบัตรรับรองเทคโนโลยีการผลิตพลาสติกชีวภาพจากประเทศสหรัฐอเมริกา และประเทศญี่ปุ่น

ปัจจุบัน ทางห้องปฏิบัติการมีเทคโนโลยีการผลิตพลาสติกชีวภาพโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ ตามสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกา เพื่อใช้ผลิตมอนอเมอร์และพอลิเมอร์ที่มีคุณภาพ รวมถึงพอลิเมอร์เกรดทางการแพทย์ตามมาตรฐานระดับนานาชาติ (ISO13485) โดยงานวิจัยในขั้นห้องปฏิบัติการจนถึงระดับเม็ดพลาสติกเกรดการแพทย์ได้รับการสนับสนุนจากมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ สำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ (NIA) สำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช.) และ บริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน)

เส้นทางการพัฒนาโพลิเมอร์จากการทดลองในห้องปฏิบัติการ สู่การขยายสเกลสู่การผลิตในระดับที่สูงขึ้น

การต่อยอดงานวิจัยสู่การนำไปใช้จริง

              ผลจากการผลิตเม็ดพลาสติกเกรดการแพทย์นำไปสู่การขึ้นรูปไหมเย็บแผลละลายได้ชนิดเส้นเดี่ยวที่มีคุณภาพ ผ่านมาตรฐานการวิเคราะห์และทำวิจัยตามมาตรฐานที่สำคัญ เช่น ASTM F1635-11 และ ISO 10993-1 เป็นต้น ซึ่งการพัฒนาเพื่อนำไปใช้จริงนั้นจำเป็นที่จะต้องหาสภาวะที่เหมาะสมในการขึ้นรูป การทดสอบสมบัติเบื้องต้น การทดสอบการเข้ากันได้ทางชีวภาพ (biocompatibility) การศึกษาในโมเดลสัตว์ทดลอง และการทดสอบในคนซึ่งเป็นการทดสอบเชิงคลินิก

ปัจจุบัน งานวิจัยนี้มีระดับ TRL 5 [1] โดยเริ่มจากการทดลองในระดับห้องปฏิบัติการ ต่อยอดสู่ TRL ในระดับที่สูงขึ้นตามมาตรฐานเครื่องมือแพทย์ จนสามารถผลิตได้ในระดับอุตสาหกรรม ทั้งนี้ ในขั้นตอนของการพัฒนาสู่ภาคอุตสาหกรรมนั้น ได้รับการสนับสนุนจากหน่วยงานภายนอก อาทิ บริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน) บริษัท IRPC จำกัด (มหาชน) บริษัท โนวาเมดิค จำกัด และหน่วยบริหารและจัดการทุนด้านการเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของประเทศ (บพข.)

ต้นแบบผลิตภัณฑ์ “CMUsorb” ซึ่งเป็นไหมพลาสติกจากวัสดุประเภท PLC

            พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่พัฒนาขึ้นนี้ถือเป็นครั้งแรกของประเทศไทยที่ผลิตและจำหน่ายจากห้องปฏิบัติการในประเทศไทยที่ผ่านการรับรองมาตรฐาน ISO 13485 ซึ่งเป็นมาตรฐานสำหรับเครื่องมือแพทย์ วัตถุดิบตั้งต้นมีราคาถูกกว่าที่นำเข้าจากต่างประเทศครึ่งต่อครึ่ง (จาก 200,000 บาท/กิโลกรัม เหลือเพียง 79,000 บาท/กิโลกรัม)

โครงการนี้ช่วยลดการนำเข้าเม็ดพลาสติกจากต่างประเทศ และสามารถพัฒนาต่อยอดไปสู่ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ที่ย่อยสลายได้ในร่างกาย ซึ่งจะสามารถลดการนำเข้าเครื่องมือแพทย์และวัสดุทางการแพทย์ซึ่งมีมูลค่าทางการค้าสูงจากต่างประเทศ เป็นช่องทางหนึ่งที่จะทำให้ค่ารักษาพยาบาลถูกลง

กว่าจะเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาจนเป็นผลิตภัณฑ์ที่สามารถใช้ได้ในทางการแพทย์นั้น จำเป็นต้องอาศัยความรู้วิทยาศาสตร์รากฐานมาเป็นเครื่องมือสำคัญ ทั้งต้นน้ำ ในด้านการพัฒนาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีประสิทธิภาพสูง กลางน้ำ คือการพัฒนาผลิตภัณฑ์ต้นแบบ ภายใต้การวิจัยและตรวจสอบเพื่อให้มีความปลอดภัย และสามารถขยายระดับไปสู่การผลิตในขั้นอุตสาหกรรม จนกระทั่งปลายน้ำที่องค์ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ สามารถทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่ใช้ได้จริง จึงไม่อาจกล่าวเกินจริงว่าได้ วิทยาศาสตร์คือรากฐานของนวัตกรรมเพื่ออนาคต

แนวทางการพัฒนาไหมเย็บแผลเส้นเดี่ยวชนิดละลายได้ จาก TRL 1 สู่ TRL ระดับสูง

เชิงอรรถ
[1] TRL : Technology Readiness Level) คือ การบ่งชี้ระดับความพร้อมและเสถียรภาพของเทคโนโลยีตามบริบทการใช้งาน ตั้งแต่เป็นวัตถุดิบองค์ประกอบสำคัญ อุปกรณ์ และ กระบวนการทำงานทั้งระบบ ก่อนที่จะมีการบูรณาการเทคโนโลยีเป็นระบบ
(ข้อมูลจาก สวทช. https://waa.inter.nstda.or.th/stks/pub/2020/20200420-TRL.pdf)

ตัวอย่างงานวิจัยอ้างอิง
1. Sriyai, M., Tasati, J., Molloy, R., Meepowpan, P., Somsunan, R., Worajittiphon, P., Daranarong, D., Meerak, J. & Winita Punyodom (2021). Development of an Antimicrobial-Coated Absorbable Monofilament Suture from a Medical-Grade Poly (l-lactide-co-epsilon-caprolactone) Copolymer. ACS Omega 6 (43), 28788-28803
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsomega.1c03569

2. Sriyai, M., Chaiwon, T., Molloy, R., Meepowpan, P., & Punyodom, W. (2020). Efficiency of liquid tin (II) n-alkoxide initiators in the ring-opening polymerization of l-lactide: kinetic studies by non-isothermal differential scanning calorimetry. RSC Advances, 10(71), 43566-43578.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/ra/d0ra07635j