สเต็มเซลล์ (Stem Cell) หรือเรียก เซลล์ต้นกำเนิด หรือ เซลล์บำบัด หรือ เซลล์ต้นตอ คือ เซลล์อ่อนที่พร้อมแบ่งตัวเองขึ้นมาใหม่ ซึ่งมีศักยภาพที่จะพัฒนาไปเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ของร่างกาย เพื่อทำหน้าที่อย่างใดอย่างหนึ่งในร่างกายของมนุษย์
โดยเซลล์ต้นกำเนิดแต่ละเซลล์จะพัฒนาเป็นเซลล์ที่ทำหน้าที่จำเพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง ตัวอย่างเช่น เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ เซลล์กล้ามเนื้อไต เซลล์กล้ามเนื้อตับ และเซลล์สมอง เป็นต้น เมื่อเซลล์เหล่านี้ตายหรือเสื่อมลงไปจะไม่มีเซลล์ใหม่มาทดแทนหรือไม่สามารถซ่อมแซมให้กลับมาเหมือนเดิมได้ แต่ในร่างกายของมนุษย์ยังมีเซลล์อีกชนิดที่สามารถเติบโต และพัฒนาทอแทนเซลล์เหล่านี้ได้ หรือเรียกว่า สเต็มเซลล์
ประวัติการค้นพบสเต็มเซลล์
• สเต็มเซลล์ที่ได้รับการพัฒนาประมาณปี 2503 โดยโจเซฟ อัลท์แมน (Josape Altman) และโกปาล ดาส (Gopal Das) ได้นำเสนอการสร้างเซลล์ประสาท (Neurogenesis) จากสเต็มเซลล์ในสมอง ซึ่งเป็นการรายงานที่ขัดแย้งกับแนวคิดที่ว่าไม่มีการสร้างเซลล์ประสาทขึ้นมาใหม่
• ปี 2506 แมคคูลลอก ( McCulloch) และ ทิล (Till) อ้างถึงการเกิดเซลล์ใหม่ในไขกระดูก
• ปี 2511 มีการเปลี่ยนถ่ายไขกระดูกระหว่างพี่น้องร่วมสายเลือด
• ปี 2521 มีการค้นพบสเต็มเซลล์ในระบบการสร้างเม็ดเลือดในหลอดเลือดจากสะดือในทารก
• ปี 2524 มีการค้นพบสเต็มเซลล์ในตัวอ่อนของหนูถีบจักรที่มาจากก้อนเซลล์ภายในตัวอ่อน
• ปี 2535 มีการค้นพบสเต็มเซลล์ของเซลล์ประสาทที่เลี้ยงในหลอดทดลอง
• ปี 2540 มีการค้นพบว่า มะเร็งเม็ดเลือดขาว (Leukemia) เกิดมาจากสเต็มเซลล์ต้นกำเนิด และพบหลักฐานครั้งแรกที่เกี่ยวข้องโดยตรงต่อสเต็มเซลล์มะเร็ง (Cancer Stem Cell)
• ปี 2541 เจม ทอมสัน (James Thomson) และคณะ ได้เพาะเลี้ยงสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนในมนุษย์เป็นครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-เมดิสัน (The University of Wisconsin-Madison)
• ปี 2543 มีการตีพิมพ์รายงานการค้นพบสเต็มเซลล์ที่มาจากเซลล์ในผู้ใหญ่
• ปี 2544 นักวิทยาศาตร์ที่สถาบันเทคโนโลยีเซลล์ขั้นสูงได้เลี้ยงเซลล์ของตัวอ่อนที่แบ่งตัวในช่วงแรก 4 – 6 เซลล์ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างสเต็มเซลล์ของตัวอ่อน
• ปี 2546 ดร.สงเต้าฉี (Dr. Songtao Shi) ที่สถาบันสุขภาพแห่งชาติ (National Institute of Health) ได้ค้นพบแหล่งใหม่ของสเต็มเซลล์ในฟันน้ำนมของเด็ก
• ปี 2547-2548 นักวิจัยชาวเกาหลีหวางวูซุก (Hwang Woo-Suk) อ้างว่า สามารถสร้างสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนในมนุษย์จากไข่ของมนุษย์ที่ยังไม่ได้รับการผสม
• ปี 2548 นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยคิงสตัน (Kingston University) ในประเทศอังกฤษได้ค้นพบสเต็มเซลล์ที่มาจากเลือดในสายสะดือ (Cord Blood Stem Cells) ซึ่งสเต็มเซลล์กลุ่มนี้สามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นเนื้อเยื่อได้หลากหลายชนิดมากกว่าสเต็มเซลล์ที่มีมาจากเซลล์ในผู้ใหญ่
• ในเดือนสิงหาคม 2549 วารสารเซลล์ ได้ตีพิมพ์งานวิจัยของชาวญี่ปุ่นชื่อ คัสซูโตชิ ทากาฮาชิ (Kazutoshi Takahashi) และชินย่า ยามานากะ (Shinya Yamanaka) ที่สามารถสร้างสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนในหนูถีบจักร ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นเนื้อเยื่อต่าง ๆ ได้ และสร้างสเต็มเซลล์จากเนื้อเยื่อประเภทไฟโบรบลาสต์ (Fibroblast) ในผู้ใหญ่
• ในเดือนมกราคม 2550 นักวิทยาศาตร์ที่เวคฟอเรสท์ (Wake Forest University) โดย ดร. แอนโทนี อาตาลา (Dr. Anthony Atala) และจากรายงานการค้นพบมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดว่า ได้มีการค้นพบสเต็มเซลล์ที่มาจากน้ำคร่ำ (Amniotic Fluid) วิธีนี้อาจใช้เป็นทางเลือกแทนสเต็มเซลล์ที่มาจากตัวอ่อนทั้งในการวิจัยและการรักษา
• เดือนมิถุนายน 2550 ได้มีรายงานจาก 3 กลุ่มการศึกษาที่แตกต่างกันซึ่งแสดงว่า เนื้อเยื่อผิวหนังสามารถเปลี่ยนแปลงมาจากเซลล์ของตัวอ่อนในหนูถีบจักร ในช่วงเดียวกันนี้นักวิทยาศาสตร์ชูกรัท มิตาลิโพฟ (Shoukhrat Mitalipov) ได้รายงานว่า สามารถสร้างสเต็มเซลล์ของสิ่งมีชีวิตไพรเมต (Primate) ที่เป็นต้นตระกูลของมนุษย์ได้สำเร็จเป็นมนุษย์แรก
การใช้สเต็มเซลล์ในประเทศไทย
พ.ศ. 2545 คณะแพทยศาสตร์ โรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์ ร่วมกับศูนย์บริการโลหิตแห่งชาติ ได้นำเลือดจากรกทารกที่มีผู้บริจาคให้ และเป็นรกของทารกที่ไม่ใช่ญาติกันมาปลูกถ่ายรักษาผู้ป่วยเด็ก 2 ราย รายหนึ่งป็นโรคโลหิตจางธาลัสซีเมีย อีกรายหนึ่งเป็นโรคภูมิคุ้มกันบกพร่องที่เป็นแต่กำเนิดชนิด Wiskott-Aldrich Syndrome ผลคือผู้ป่วยทั้งสองรายหายขาดจากโรคได้
พ.ศ. 2549 คณะแพทยศาสตร์ โรงพยาบาลศิริราช ใช้สเต็มเซลล์จากเลือดในการรักษาผู้ป่วยโรคลิวคีเมีย (มะเร็งเม็ดเลือดขาว) ชนิดเฉียบพลัน ซึ่งใช้รักษาผู้ป่วยจำนวน 400 ราย พบว่า ผู้ป่วยสามารถหายขาดได้ประมาณ 70% ของผู้ป่วยทั้งหมด และหายเป็นปกติภายใน 6 เดือน
ในปัจจุบัน ทางการแพทย์ของประเทศไทยมีการศึกษาสเต็มเซลล์จากร่างกายเพิ่มมากขึ้น โดยเฉพาะสเต็มเซลล์ที่มาจากไขกระดูก และสายสะดือหลังคลอด เพื่อใช้ประโยชน์ในการรักษาโรคต่างๆ แต่การใช้ประโยชน์มักมีข้อจำกัดในเรื่องของหมู่เลือดจากเซลล์ต้นกำเนิดกับผู้รับ รวมถึงชนิดเม็ดเลือดขาว และเนื้อเยื่อที่ต้องให้ตรง และสามารถรับกันได้
ชนิดสเต็มเซลล์
1. Totipotent Stem Cell
เป็นสเต็มเซลล์ที่มีศักยภาพในการสร้าง และเปลี่ยนเป็นเซลล์ชนิดต่างๆ ของร่างกายได้สูง และมากที่สุดเมื่อเทียบกับเซลล์ชนิดอื่นๆ พบได้มากในระยะไซโก (Zygote) เซลล์ ประเภทนี้ สามารถเจริญ และพัฒนาเป็นตัวอ่อนได้
2. Pluripotent Stem Cell
เป็นสเต็มเซลล์ที่มีศักยภาพในการสร้าง และเปลี่ยนเป็นเซลล์ชนิดต่างๆได้สูง อาทิ เซลล์ไขกระดูก เซลล์เนื้อเยื่อไขมัน ยกเว้น รก (Placenta) แต่จะน้อยกว่า Totipotent Stem Cell
สเต็มเซลล์ประเภทนี้พบได้ในระยะบลาสโตซีสต์ โดยทั่วไปเรียกว่า สเต็มเซลล์จากตัวอ่อน (Embryonic Stem Cell) เซลล์ประเภทนี้ สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ทำหน้าที่เฉพาะได้หลายชนิด เซลล์ชนิดนี้มี 3 ชั้น คือ เอ็นโดเดริม มีโซเดริม และเอ็คโตเดริม แต่ไม่สามารถเจริญไปเป็นตัวอ่อนทั้งตัวได้
3. Multipotent Stem Cell
เป็นสเต็มเซลล์ที่มีศักยภาพในการสร้าง และเปลี่ยนเป็นเซลล์แบบเฉพาะเจาะจงได้สูง ไม่สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ต้นกำเนิดชนิดอื่นได้
สเต็มเซลล์ประเภทนี้พบได้ในเซลล์ชนิดต่างๆ เช่น เซลล์สมอง เซลล์ตับ เซลล์ผิวหนัง เซลล์เลือด โดยทั่วไปเรียกสเต็มเซลล์เต็มวัยหรือสเต็มเซลล์ผู้ใหญ่ (Adlt Stem Cell) มีคุณสมบัติเด่น คือ เป็นเซลล์ที่สามารถแบ่งเซลล์ขึ้นมาใหม่ได้ และที่สำคัญ เป็นเซลล์ที่ไม่มีการทำหน้าที่เฉพาะอย่างใดอย่างหนึ่ง แต่สามารถพัฒนาเซลล์ตัวเองให้ทำหน้าที่อย่างเฉพาะเจาะจงได้
คุณสมบัติเฉพาะของสเต็มเซลล์
1. เซลล์ไม่ได้ถูกกำหนดให้เป็นเซลล์เฉพาะเจาะจง (Unspecialized) แต่สามารถเปลี่ยนแปลง และพัฒนาให้ทำหน้าที่แบบเฉพาะเจาะจงได้
2. สามารถบ่งตัวเองเพิ่มจำนวนขึ้นใหม่อย่างต่อเนื่องได้เป็นเวลานาน โดยยังคงรักษาคุณสมบัติเดิมไว้ได้
3. ภายใต้สภาวะทางกายภาพบางประการที่เหมาะสม สเต็มเซลล์สามารถถูกเปลี่ยนให้เป็นเนื้อเยื่อหรืออวัยวะที่ทำหน้าที่แบบเฉพาะตามหน้าที่ของอวัยวะนั้นได้ (Specialized)
แหล่ง และการผลิตสเต็มเซลล์
1. สเต็มเซลล์จากตัวอ่อน (Embryonic Stem Cells)
สเต็มเซลล์จากตัวอ่อน สกัดได้ครั้งแรกประมาณปี พ.ศ. 2524 จากตัวอ่อนของหนู ต่อมาในปี พ.ศ. 2541 จึงแยกสกัดสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนมนุษย์ได้สำเร็จ โดยนำสเปิร์มมาผสมกับไข่ จากนั้นไข่จะพัฒนาไปเป็นตัวอ่อนด้วยการแบ่งเซลล์แบบทวีคูณ จนได้กลุ่มเซลล์ในระยะที่เรียกว่า ตัวอ่อน แล้วแยกสกัดนำมาเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ
ตัวอ่อนในระยะ 3-5 วัน จะมีลักษณะทรงกลม ด้านในกลวง บริเวณนี้ เรียกว่า บาลสโตซิสต์ (vlastocyst) โดยบริเวณขอบของบลาสโตซิสต์ ประกอบด้วยกลุ่มเซลล์ ประมาณ 30 เซลล์ ที่เรียกว่า มวลเซลล์ชั้นใน ( inner cell mass) ซึ่งกลุ่มเซลล์เหล่านี้ก็คือ สเต็มเซลล์ แล้วแยกสกัดนำมาเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการ
ขั้นตอนการเลี้ยงสเต็มเซลล์เพื่อให้จำนวนเพิ่มมากขึ้นอาจไม่สำเร็จทุกครั้ง แต่สามารถทำสำเร็จได้ภายใน 6 เดือน โดยใช้เซลล์ตั้งต้นประมาณ 30 เซลล์ ก่อนจะได้สเต็มเซลล์เพิ่มเป็นหลายล้านเซลล์ และหากต้องการเคลื่อนย้ายจะต้องนำสเต็มเซลล์มาแช่แข็งก่อน
สเต็มเซลล์จากตัวอ่อนสามารถสามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ต่างๆ ในร่างกายได้เกือบทุกชนิด เช่น เซลล์ในระบบเลือด ระบบประสาท ระบบทางเดินอาหาร เซลล์กล้ามเนื้อ กระดูก เนื้อเยื่อเกี่ยวพัน เซลล์ผิวหนัง ฯลฯ เราเรียกพัฒนาการของสเต็มเซลล์นี้ว่า pluripotent stem cells
สเต็มเซลล์จากตัวอ่อนมนุษย์จะได้มาจาก 2 ทาง คือ ตัวอ่อนมนุษย์ที่เหลือใช้จากคลินิกผู้มีบุตรยาก และตัวอ่อนมนุษย์ที่ได้มาจากการโคลนนิ่ง (Cloning) ทำให้เกิดการถกเถียงกันขึ้นว่าเป็นการฆ่าตัดตอนตัวอ่อนที่จะเจริญเติบโตไปเป็นมนุษย์ หรือเป็นเพียงตัวอ่อนที่เหลือใช้เท่านั้น และตัวอ่อนเหล่านี้ ไม่มีแม้กระทั่งเซลล์ประสาทกำหนดความรู้สึก
2. สเต็มเซลล์จากร่างกาย (adult stem cells หรือ somatic stem cells)
สเต็มเซลล์จากร่างกาย เป็นสเต็มเซลล์ที่พัฒนาไปเป็นเซลล์อื่นได้จำกัด เพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น เราเรียกสเต็มเซลล์พวกนี้ว่า multipotent stem cells โดยพบว่า สเต็มเซลล์จากร่างกายที่ได้มาจากระบบหรือเนื้อเยื่อส่วนใด ก็จะสามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์ของระบบหรือเนื้อเยื่อนั้นๆ เท่านั้น ตัวอ่างเช่น สเต็มเซลล์ที่ได้มาจากระบบกล้ามเนื้อหัวใจ เมื่อนำมาเพาะเลี้ยง เซลล์ก็จะพัฒนาไปเป็นเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเท่านั้น แต่ก็มีสเต็มเซลล์จากร่างกายบางชนิดที่สามารถพัฒนาเซลล์กลายเป็นเซลล์อื่นที่ไม่ใช่เซลล์เดิมได้ หรือเรียกความสามารถนี้ว่า plasticity หรือ trandsdifferentiation ตัวอย่างเช่น สเต็มเซลล์จากสมองสามารถที่จะพัฒนาไปเป็นเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจได้ อย่างไรก็ดี พัฒนาเซลล์กลายเป็นเซลล์อื่นที่ไม่ใช่เซลล์เดิมได้ พบว่า จะเกิดในสัตว์ที่มีกระดูกสันหลังเพียงบางสปีชีส์เท่านั้น และปริมาณสเต็มเซลล์ที่จะทำให้สำเร็จได้จะมีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
สเต็มเซลล์จากร่างกายจะพบในบางที่ เช่น สมอง ไขกระดูกสันหลัง หลอดเลือด ลำไส้เล็ก หัวใจ และตับ เป็นต้น โดยสเต็มเซลล์จากร่างกายที่ถูกนำมาใช้ในทางการแพทย์มาเนิ่นนาน คือ สเต็มเซลล์จากไขกระดูก ที่ใช้ในการปลูกถ่ายไขกระดูก (bone marrow transplantation) ปัจจุบันแพทย์นิยมนำสเต็มเซลล์จากไขกระดูกมาใช้ในการรักษาโรคลิวคีเมีย (มะเร็งเม็ดเลือดขาว) ควบคู่ไปกับการฉายรังสีและเคมีบำบัด
สเต็มเซลล์จากร่างกาย มีข้อเสียตรงที่เพิ่มจำนวนได้ยาก ทำให้การที่จะผลิตเซลล์นี้ให้ได้ปริมาณมาก ๆ ในห้องปฏิบัติการจึงไม่ใช่เรื่องที่ง่ายเลย
3. สเต็มเซลล์จากรก (placenta) และสายสะดือ (umbilical cord)
เลือดอยู่ในรก และสายสะดือ จะมีสเต็มเซลล์ชนิดเดียวกันกับที่พบในไขกระดูกที่สามารถพัฒนาไปเป็นเซลล์อื่นได้ในบางเซลล์ โดยวงการแพทย์ก็เริ่มใช้สเต็มเซลล์ที่ได้จากเลือดในรก และสายสะดือ มาตั้งแต่ปี พ.ศ. 2521 ด้วยการปลูกถ่ายให้คนไข้เช่นเดียวกับที่ใช้ไขกระดูก ส่วนประเทศไทยได้มีการจัดตั้งธนาคารเลือดจากสายสะดือทารกแรกเกิดแห่งชาติ (National Umbilical Cord blood Blank) ขึ้นในปี พ.ศ. 2544 เพื่อ เป็นแหล่งของสเต็มเซลล์ต่อไป
ประโยชน์สเต็มเซลล์
สเต็มเซลล์จะถูกใช้ในการรักษาโรค โดยใช้เป็นเซลล์ต้นกำเนิดเพื่อพัฒนาให้ได้เซลล์หรืออวัยวะสำหรับทดแทนเซลล์ เนื้อเยื่อ หรืออวัยวะในร่างกายที่เสื่อมหรือตายจากโรคหรือสาเหตุต่างๆ อาทิ กล้ามเนื้อหัวใจ เม็ดเลือดแดง เม็ดเลือดขาว ไขกระดูกสันหลัง เป็นต้น
สเต็มเซลล์จากตัวอ่อนสามารถพัฒนา และเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์เฉพาะเจาะจงชนิดอื่นๆ ได้หลายชนิด ดังนั้น ถ้าปล่อยให้สเต็มเซลล์เกิดการเปลี่ยนแปลง (differentiate) ได้ตามปกติ (sponta neous) ในที่สุดก็จะได้เซลล์หลายชนิดเกิดขึ้นรวม ๆ กันอยู่ในจานเลี้ยง เช่น ได้ทั้งเซลล์ประสาท เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ และเซลล์เม็ดเลือด ซึ่งวิธีนี้ไม่ใช่วิธีที่มีประสิทธิภาพในการผลิตเซลล์ชนิดใดชนิดหนึ่งที่ต้องการนำไปใช้กับผู้ป่วย หรือนำไปใช้ในการศึกษาวิจัย
นักวิทยาศาสตร์จึงหาวิธีควบคุมการเปลี่ยนแปลงขณะที่สเต็มเซลล์พัฒนาด้วยวิธีการต่างๆ เช่น การเลือกใช้ส่วนประกอบของอาหารสำหรับการเลี้ยงเซลล์ และการดัดแปลงยีนของสเต็มเซลล์ใหม่ด้วยการใส่ยีนที่ต้องการลงไป ทำให้สเต็มเซลล์ในจานเลี้ยงสามารถพัฒนา และเปลี่ยนไปเป็นเซลล์เฉพาะที่ต้องการได้
ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์จึงหันมาใช้สเต็มเซลล์จากร่างกายในการเป็นเซลล์ต้นกำเนิด โดยเฉพาะเซลล์ที่สมบูรณ์จากคนไข้ เพราะสามารถทำให้พัฒนา และเปลี่ยนเป็นเซลล์หรือเนื้อเยื่อที่เข้ากับผู้ป่วยได้ง่าย
สเต็มเซลล์เหนี่ยวนำ (induced pluripotent stem cells หรือ iPSCs)
ในปีพ.ศ. 2549 นักวิทยาศาสตร์ได้ประสบความสำเร็จขึ้นไปอีกขั้นหนึ่ง โดยสามารถนำเซลล์ร่างกาย มาจัดโปรแกรมทางพันธุกรรมเสียใหม่ แล้วทำให้เซลล์นั้นเกิดมีสภาวะที่เหมือนสเต็มเซลล์จากตัวอ่อน คือ สามารถเพิ่มจำนวน และพัฒนาไปเป็นเซลล์หรือเนื้อเยื่อเฉพาะชนิดอื่นๆ ได้ โดยครั้งแรกนั้นทำ iPSCs ขึ้นมาได้จากหนูทดลอง ต่อมาในปลายปี พ.ศ. 2550 จึงสามารถทำ iPSCs จากมนุษย์ได้ อย่างไรก็ดี แม้ว่า iPSCs จะมีคุณสมบัติทางกายภาพเหมือนสเต็มเซลล์จากตัวอ่อน แต่ก็ยังไม่สามารถพิสูจน์ได้ว่า สเต็มเซลล์ทั้ง 2 ประเภทนี้ จะให้ผลทางการแพทย์เหมือนกันทุกประการหรือไม่ ซึ่งถ้า iPSCs สามารถใช้แทนสเต็มเซลล์จากตัวอ่อนได้ ก็จะเป็นประโยชน์อย่างมากในการรักษาผู้ป่วยเพราะในบางกรณี แพทย์ไม่สามารถนำเอาสเต็มเซลล์ของตัวผู้ป่วยเองมาใช้ได้ ดังนั้นถ้าเอาเซลล์ร่างกายของผู้ป่วยมาเหนี่ยวนำให้เป็นสเต็มเซลล์พวก iPSCs แล้วเอามาใช้แทนได้ ก็จะเป็นผลดีกับตัวผู้ป่วยเป็นอย่างมากในเรื่องของการยอมรับเนื้อเยื่ออวัยวะใหม่ โดยไม่น่าที่ภูมิคุ้มกันจะเกิดการต่อต้านขึ้นมา