รางวัลโนเบลสาขาสรีรวิทยาหรือการแพทย์ประจำปี ค.ศ. 2026 มอบให้แก่ Karl Deisseroth, Peter Hegemann และ Georg Nagel จากการค้นพบช่องไอออนที่เปิดปิดด้วยแสง (light-gated ion channels) และการพัฒนาเทคโนโลยี "ออปโตเจเนติกส์ (Optogenetics)" ซึ่งช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถใช้แสงเปิด-ปิดและควบคุมการทำงานของเซลล์ประสาทที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ งานวิจัยนี้เปลี่ยนโฉมหน้าประสาทวิทยาศาสตร์ ทำให้เราเข้าใจบทบาทของเซลล์ประสาทแต่ละกลุ่มในการสร้างความทรงจำ อารมณ์ และพฤติกรรม โดยจุดเริ่มต้นกลับมาจากคำถามพื้นฐานอย่างการสังเกตว่า “สาหร่ายเซลล์เดียวรู้ได้อย่างไรว่าต้องว่ายน้ำไปทางไหนตามทิศทางของแสง”
ปัญหาของสมอง และทางออกด้วย "ออปโตเจเนติกส์"
สมองมนุษย์และสัตว์ประกอบด้วยเครือข่ายเซลล์ประสาทมหาศาล การสังเกตพบว่าเซลล์ประสาทกลุ่มหนึ่งทำงานขณะสัตว์เกิดความกลัวหรือกำลังจดจำ ไม่ได้แปลว่าเซลล์นั้นเป็น "ต้นเหตุ" ของพฤติกรรมโดยตรง เพราะเซลล์ดังกล่าวอาจเพียงแค่รับสัญญาณต่อมาจากจุดอื่น นักวิทยาศาสตร์จึงต้องการเครื่องมือที่สามารถเลือกกระตุ้นหรือยับยั้งเซลล์เป้าหมายได้เจาะจง เพื่อดูผลลัพธ์ของพฤติกรรมที่เปลี่ยนแปลงไป
ออปโตเจเนติกส์ เกิดจากการผสานพันธุวิศวกรรมเข้ากับเทคโนโลยีแสง โดยการดัดแปลงให้เซลล์ประสาทเป้าหมายสร้างโปรตีนไวต่อแสง เปรียบเสมือนการติดตั้ง "สวิตช์ไฟ" ให้กับเซลล์ และใช้แสงเป็นตัวสั่งการเปิด-ปิดการทำงานได้อย่างแม่นยำในระดับมิลลิวินาที
เส้นทางแห่งการค้นพบ: จากสาหร่ายเซลล์เดียวสู่ไข่กบ
การค้นพบในสาหร่ายสีเขียว (Chlamydomonas reinhardtii)
Peter Hegemann และทีมวิจัยได้ศึกษาว่าสาหร่ายเซลล์เดียวแปลงสัญญาณแสงเป็นกระแสไฟฟ้าเพื่อควบคุมทิศทางการว่ายน้ำได้อย่างไร นำไปสู่การค้นพบกลุ่มโปรตีน "แชนเนลโรดอปซิน (Channelrhodopsin)" ซึ่งมีความพิเศษคือ เป็นทั้งตัวรับแสงและช่องส่งผ่านไอออนข้ามเยื่อหุ้มเซลล์อยู่ในโมเลกุลเดียวกัน เมื่อส่วนรับแสงที่เรียกว่า เรตินัล (retinal) ดูดกลืนแสง โปรตีนจะเปลี่ยนรูปร่างและเปิดช่องให้ไอออนไหลผ่านทันทีโดยไม่ต้องผ่านกระบวนการส่งสัญญาณหลายทอด
การทดลองผ่านไข่กบ (Xenopus laevis)
ในปี ค.ศ. 2003 Georg Nagel และคณะ นำรหัสพันธุกรรมโปรตีนจากสาหร่ายไปใส่ในเซลล์ไข่กบ ซึ่งมีขนาดใหญ่และเหมาะต่อการวัดกระแสไฟฟ้า ผลการทดลองชี้ว่าโปรตีน Channelrhodopsin-2 (ChR2) เป็นช่องไอออนประจุบวกที่เปิดได้โดยตรงด้วยแสง และเปลี่ยนศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ได้จริง การทดลองนี้พิสูจน์ว่า "สวิตช์แสงจากสาหร่าย" สามารถย้ายมาทำงานในเซลล์ของสัตว์ได้
การประยุกต์ใช้ในเซลล์ประสาทสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
ในปี ค.ศ. 2005 Edward Boyden, Feng Zhang, Ernst Bamberg, Georg Nagel และ Karl Deisseroth นำ ChR2 ไปใส่ในเซลล์ประสาทของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่เพาะเลี้ยง เมื่อฉายแสงสีน้ำเงิน ช่องไอออนจะเปิดออกเกิดภาวะดีโพลาไรเซชัน (Depolarization) กระตุ้นให้เซลล์สร้างสัญญาณไฟฟ้าหรือแอกชันโพเทนเชียล (Action potential) ตามจังหวะการเปิด-ปิดแสงทันที (ความก้าวหน้านี้ต่อยอดจากรากฐานงานของ Boris Zemelman และ Gero Miesenböck ที่เคยพัฒนารายงานวิธีกระตุ้นเซลล์ประสาทด้วยแสงร่วมกับพันธุกรรมไว้ในปี 2002)
การทำงานจริงและการไขปริศนาความทรงจำ
การส่องแสงลงบนสมองทั่วไปไม่สามารถควบคุมเซลล์ประสาทได้ทันที ต้องมีการติดตั้ง "ตัวรับคำสั่งจากแสง" เสียก่อน ในการทดลองกับสัตว์ นักวิจัยจะใช้ ไวรัสพาหะ ในการส่งยีนโปรตีนไวต่อแสงไปยังเซลล์เฉพาะจุด แล้วใช้ ใยแก้วนำแสง (Optical fiber) ส่งแสงไปยังสมองบริเวณที่ต้องการศึกษา
ตัวอย่างการทดลองร่องรอยความทรงจำ (ค.ศ. 2012)
Xu Liu และทีมงานของ Susumu Tonegawa ดัดแปลงเซลล์ประสาทหนูที่ทำงานระหว่างเรียนรู้ความกลัวให้สร้าง ChR2 เมื่อฉายแสงกระตุ้นเซลล์กลุ่มนี้ในสถานที่แห่งใหม่ หนูเกิดพฤติกรรม "หยุดนิ่ง" (ตอบสนองต่อความกลัว) ทันที พิสูจน์อย่างชัดเจนว่าการยิงแสงกระตุ้นเซลล์ที่บันทึกประสบการณ์เดิม สามารถดึงความทรงจำและพฤติกรรมนั้นให้กลับมาแสดงผลได้
การต่อยอดทางการแพทย์ อุตสาหกรรม และร่างกายส่วนอื่น
เทคโนโลยีออปโตเจเนติกส์ถูกนำไปประยุกต์ใช้นอกเหนือจากการศึกษาเรื่องสมองอย่างกว้างขวาง
- การฟื้นฟูการมองเห็นในมนุษย์ (ค.ศ. 2021)
José-Alain Sahel และ Botond Roska ฉีดยีนสร้างโปรตีนไวต่อแสงเข้าสู่เซลล์ปมประสาทจอตาที่ยังเหลืออยู่ของผู้ป่วยโรคจอตาเสื่อม (Retinitis pigmentosa) เมื่อใช้ร่วมกับแว่นตาพิเศษที่เปลี่ยนภาพเป็นสัญญาณแสง ผู้ป่วยสามารถรับรู้ตำแหน่งและจำนวนของวัตถุได้บางส่วน แม้ไม่ใช่การรักษาให้หายขาดหรือมองเห็นได้ปกติเท่าเดิม แต่เป็นหลักฐานสำคัญในการฟื้นฟูการรับรู้ด้วยแสงในมนุษย์
- การควบคุมหัวใจและระบบเมแทบอลิซึม
มีการนำแสงมาใช้กระตุ้นการเต้นและจังหวะสัญญาณไฟฟ้าของกล้ามเนื้อหัวใจ (ค.ศ. 2010) รวมถึงงานของ Haifeng Ye และคณะ (ค.ศ. 2011) ที่ใช้ระบบแสงควบคุมการแสดงออกของยีนเพื่อผลิตฮอร์โมน GLP-1 กระตุ้นการหลั่งอินซูลินในการควบคุมระดับน้ำตาลของหนู
- การประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมชีวภาพและการหมัก (ค.ศ. 2018)
José Avalos และคณะ พัฒนาวงจรพันธุกรรมในยีสต์โดยใช้โปรตีนไวต่อแสง (ที่ไม่จำเป็นต้องใช้ช่องไอออน) เพื่อแยก "ระยะการเจริญเติบโตของเซลล์" ออกจาก "ระยะการผลิตสารเคมี" ทำให้สั่งการให้เซลล์เจริญเติบโตจนพร้อมก่อน แล้วจึงใช้แสงเปิดสวิตช์เดินเครื่องผลิตสารชีวเคมีหรือเมตาโบไลต์ที่ต้องการได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ
รางวัลโนเบลปี 2026 จึงไม่ได้มอบให้เพียงเพราะความพิสดารของเครื่องมือ แต่มอบให้แก่ คุณค่าในการเปลี่ยนวิธีตั้งโจทย์วิจัยทางวิทยาศาสตร์ จากเดิมที่เป็นเพียงการ "เฝ้ามอง" มาเป็นการ "ควบคุมและทดสอบ" ได้อย่างแม่นยำ แม้เทคโนโลยีนี้ยังต้องพัฒนาต่อยอดทั้งในเรื่องการส่งผ่านยีนและการนำแสงเข้าสู่เนื้อเยื่อลึก แต่จุดเริ่มต้นจากการสังเกตสาหร่ายจิ๋วในวันนั้น ได้กลายเป็นรากฐานอันยิ่งใหญ่ที่เปิดประตูสู่ความเข้าใจสมองและการพัฒนาการแพทย์แห่งอนาคตอย่างแท้จริง
ที่มา : AFP, ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.ป๋วย อุ่นใจ สมาคมวิทยาศาสตร์แห่งประเทศไทยในพระบรมราชูปถัมภ์
“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech
