การวิจัย

การตรวจวิเคราะห์กระบวนการทางโมเลกุลบนอินเตอร์เฟสชีวภาพ

หากมองไปรอบๆจะพบว่าร่างกายมนุษย์แตะต้องกับวัตถุสังเคราะห์อยู่ตลอดเวลา ตั้งแต่เครื่องสำอาง เสื้อผ้า ไปจนถึงคอนแทคเลนส์   เมื่อเซลล์หรือเนื้อเยื่อสัมผัสกับวัสดุเหล่านี้ โปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์จะทำปฏิกิริยากับพื้นผิววัสดุ ก่อให้เกิดสัญญาณที่ควบคุมพฤติกรรมต่างๆของเซลล์ เช่น การเกาะ การยืดตัว การเคลื่อนไหว และการตายของเซลล์ สัญญาณเหล่านี้ส่งผลต่อการตอบสนองในภาพรวมของร่างกาย เช่น การแข็งตัวของเลือด ปฏิกิริยาต่อต้าน เป็นต้น

ทีมวิจัยของเราพยายามทำความเข้าใจเกี่ยวกับระบบสัญญาณเหล่านี้ด้วยอุปกรณ์เครื่องมือที่คิดค้นโดยเฉพาะสำหรับพื้นผิวและอินเตอร์เฟสชีวภาพ เพื่อวิเคราะห์ว่า

  1. อะไรคือหลักทางฟิสิกส์และทางเคมีของความเข้ากันทางชีวภาพ (biocompatibility)
  2. กระบวนการทางโมเลกุลอะไรบ้างที่เกิดขึ้นระหว่างวัสดุสังเคราะห์กับเซลล์หรือเนื้อเยื่อ

เป้าหมายงานวิจัย

  • ปฏิกิริยาไลแกนด์-รีเซปเตอร์ (ligand-receptor interaction) ที่เกิดขึ้นในกระบวนการรับรู้ทางโมเลกุล (molecular recognition) โดยเรามุ่งความสนใจไปด้านโครงสร้าง ความผกผัน และพลศาสตร์ทางโมเลกุล
  • การระบุและวิเคราะห์โครงสร้างโมเลกุลโปรตีนที่เกาะบนพื้นผิวของแข็ง
  • โมเลกุลน้ำโดยรอบวัสดุที่เข้ากันทางชีวภาพ (biocompatible materials) และความเชื่อมโยงกับความเข้ากันทางชีวภาพ (biocompatibility)
  • กลไลทางโมเลกุลที่เกิดขึ้นบนอินเตอร์เฟสระหว่างเซลล์กับวัสดุ

 

เราพยายามพัฒนาอุปกรณ์วิเคราะห์ในแบบเฉพาะของแลป เพื่อทำการสังเกตกระบวนการทางโมเลกุลบนอินเตอร์เฟสชีวภาพ   ปัจจุบันเทคนิคที่ถูกพัฒนาในการสำรวจอินเตอร์เฟสชีวภาพมีดังต่อไปนี้

ระบบกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Atomic Force Microscopy / AFM) สำหรับการฉายภาพอินเตอร์เฟสชีวภาพ
AFM เดิมถูกใช้ในการฉายภาพโครงสร้างระดับนาโนของวัสดุในภาวะสุญญากาศ   ทีมวิจัยของเราใช้ AFM เป็นเครื่องมือสำคัญในการส่องดูพฤติกรรมของชีวโมเลกุลบนอินเตอร์เฟสชีวภาพ   นอกเหนือจากระบบขับเคลื่อนพิเอสโซ (piezo-driving) แล้ว ทางทีมได้พัฒนาระบบขับเคลื่อนด้วยเลเซอร์นำความร้อน (photo-thermal excitation) ในการสั่นคานยึดเข็มตรวจ (cantilever) อย่างมีเสถียรภาพในภาวะของเหลว

ระบบเครื่องตรวจรามานแบบขยายกำลังด้วยเข็มตรวจ (Tip-Enhanced Raman Spectroscopy / TERS)
TERS สามารถวัดคุณสมบัติทางเคมีของตัวอย่างด้วยความละเอียดระดับนาโนจากข้อมูลสเปกตรัมรามานที่ได้จากพื้นที่ใต้เข็มตรวจ   เป้าหมายตัวอย่างไม่ได้ถูกจำกัดเพียงพื้นผิววัสดุนาโนอินทรีย์ หรืออนินทรีย์เท่านั้น แต่ทีมวิจัยของเราพยายามวินิจฉัยโปรตีนโมเลกุลเดี่ยวที่ทำหน้าที่เป็นชั้นรองรับการยึดเกาะของเซลล์ (Extracellular Matrix / ECM) อีกด้วย

การวัดแรงโมเลกุลเดี่ยว (Single-Molecule Force Spectroscopy)
AFM สามารถตรวจสอบการยึดเกาะในระดับโมเลกุลเดี่ยวได้   ระบบวัดแรงแบบพิเศษของเราสามารถเผยให้เห็นปฏิกิริยาทางโมเลกุลได้ในระดับแรงพิโคนิวตัน   ทำให้สามารถเห็นภาพกระบวนการรับรู้ทางโมเลกุลของชีวโมเลกุลได้

การวิเคราะห์แรงพื้นผิวด้วยระบบกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Surface Force Analysis using an Atomic Force Microscope)

เราได้ค้นพบพฤติกรรมของน้ำบนอินเตอร์เฟสชีวภาพด้วยการวิเคราะห์แรงพื้นผิว   ในตอนนี้เราสามารถระบุได้ว่าในกรณีของวัสดุไร้เสื่อมสภาพ (non-fouling material) ชั้นทางกายภาพของน้ำในบริเวณโดยรอบพื้นผิวเฉื่อยทางชีวภาพ (bioinert surface) ทำหน้าที่ป้องกันไม่ให้โปรตีนหรือเซลล์มายึดเกาะ

ศัพท์สำคัญ
ระบบกล้องจุลทรรศน์แบบสแกน (Scanning Probe Microscopy)

ระบบกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (Atomic Force Microscopy)

โฟตอนนิกส์นาโน (Nanophotonics)

การตรวจวัดแรงโมเลกุลเดี่ยว เช่น เปปไทด์, โปรตีน, ไลแกนด์-รีเซบเตอร์, โมเลกุลแอนติบอดี-แอนติเจน เป็นต้น (Single-Molecule Force Measurements of Peptides, Proteins, Ligand-Receptor, Antibody-Antigen Molecules, etc.)