งานวิจัยพัฒนายาเคมีโมเลกุลเล็กและนวัตกรรมโพลิเมอร์ เพื่อความมั่นคงทางยาและการประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ของประเทศ

ตอนที่ 3 : งานวิจัยด้านการพัฒนากระบวนการใหม่ด้านอินทรีย์เคมีสังเคราะห์และการนำไปใช้ในการสังเคราะห์สาร

                       ที่มีคุณสมบัติทางยา (Part 1)

ศาสตราจารย์ ดร.สมเด็จพระเจ้าน้องนางเธอ เจ้าฟ้าจุฬาภรณวลัยลักษณ์ อัครราชกุมารี
กรมพระศรีสวางควัฒน วรขัตติยราชนารี
ศาสตราจารย์เกียรติคุณ ดร.สมศักดิ์ รุจิรวัฒน์
รองศาสตราจารย์ ดร.สุพรรณา เตชะสกุล
ห้องปฏิบัติการวิจัยด้านเคมี

ยาเคมีโมเลกุลเล็ก (small molecule drug) เป็นสารอินทรีย์ที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพและผ่านกระบวนการประเมินคุณสมบัติทางยาทั้งในระดับพรีคลินิกและคลินิกเพื่อนำไปพัฒนาเป็นสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (active pharmaceutical ingredient ; API) ซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของยารักษาโรคต่าง ๆ ในมนุษย์ อย่างไรก็ตามการขับเคลื่อนการค้นคว้าและพัฒนายาเคมีโมเลกุลเล็กให้มีประสิทธิภาพนั้นยังเป็นความท้าทายทั้งในทางด้านวิชาการและอุตสาหกรรมเชิงพาณิชย์ เนื่องจากเป็นกระบวนการที่ใช้เวลาในการพัฒนายาวนานไม่น้อยกว่า 5-10 ปี มีการลงทุนสูง รวมทั้งยังอาจมีความเสี่ยงที่สารอินทรีย์ซึ่งผ่านขั้นตอนต่าง ๆ ในเบื้องต้นมาแล้วอาจจะไม่สามารถพัฒนาต่อจนกระทั่งเป็นยาได้ในที่สุดเนื่องจากมีคุณสมบัติบางอย่างไม่เหมาะสมหลังจากการศึกษาและเก็บข้อมูลเพิ่มเติมในระดับคลินิกเมื่อมีการทดลองนำไปใช้ในมนุษย์ ปัจจัยดังกล่าวล้วนแต่ส่งผลกระทบเชิงลบต่อความมั่นคงทางยาเคมีโมเลกุลเล็กของประเทศไทย เนื่องจาก ณ ปัจจุบันยังไม่มีองค์กรหรือหน่วยงานใด ๆ ทั้งภาครัฐและเอกชนที่ผลิตสารออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรมขึ้นเองเพื่อใช้ภายในประเทศ จึงยังจำเป็นต้องนำเข้าสารเหล่านี้จากต่างประเทศซึ่งทำให้ยาเคมีโมเลกุลเล็กหลายชนิดภายในประเทศมีราคาสูง นอกจากนี้สถานการณ์ฉุกเฉิน เช่นอุบัติการณ์การระบาดของโรค
โควิด-19 ยิ่งสะท้อนปัญหาความเปราะบางด้านความมั่นคงทางยาของประเทศได้ชัดเจนมากขึ้นอีกด้วย

อย่างไรก็ตาม การจะเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการค้นคว้าและพัฒนายาเคมีโมเลกุลเล็กนั้นจำเป็นต้องพึ่งพาองค์ความรู้พื้นฐานใหม่ ๆ และทันสมัยด้านอินทรีย์เคมีสังเคราะห์เพื่อมาขับเคลื่อนการพัฒนากระบวนการที่มีประสิทธิภาพในการผลิตสารอินทรีย์ที่มีโครงสร้างเหมือนหรือเลียนแบบสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติรวมทั้งอนุพันธ์ตั้งแต่ในระดับห้องปฏิบัติการจนกระทั่งระดับกึ่งอุตสาหกรรม และยังจำเป็นต้องบูรณาการองค์ความรู้ด้านเภสัชเคมีที่เป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนาสารอินทรีย์เหล่านี้เพื่อนำไปใช้ประโยชน์เป็นยาเคมีโมเลกุลเล็กได้ต่อไป โดยในปัจจุบันงานวิจัยด้านการค้นคว้าและพัฒนายายังได้มีการนำเคมีคำนวณ
หลากหลายรูปแบบมาใช้ในการศึกษาและจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารอินทรีย์เหล่านี้กับสารชีวโมเลกุลเป้าหมาย เพื่ออธิบายกลไกการออกฤทธิ์ทางชีวภาพ รวมทั้งพยากรณ์คุณสมบัติทางยาของสารอินทรีย์เหล่านี้ก่อนทำการศึกษาจริง ซึ่งประเด็นดังกล่าวมีความสำคัญในการพัฒนาต่อยอดและออกแบบยาเคมีโมเลกุลเล็กตัวใหม่ให้มีคุณสมบัติทางยาที่ดี มีความปลอดภัยมากยิ่งขึ้น รวมทั้งยังสามารถลดต้นทุนได้อีกด้วย

งานวิจัยต้นน้ำด้านการพัฒนายาเคมีโมเลกุลเล็กของห้องปฏิบัติการวิจัยด้านเคมีสามารถแยกตามลักษณะของงานได้ 3 ด้าน

       1.การพัฒนากระบวนการสังเคราะห์ใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูง

กระบวนการอินทรีย์เคมีสังเคราะห์ที่ทางห้องปฏิบัติการด้านเคมีให้ความสนใจนั้นมุ่งเน้นปฏิกิริยาที่มีความเฉพาะเจาะจงสูงเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ โดยมีผลิตภัณฑ์ปนเปื้อนน้อยที่สุดหรือไม่มีเลย การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทต่าง ๆ รวมทั้งยังให้ความสำคัญกับการใช้พลังงานทางเลือกอื่น ๆ ที่สะอาด ประหยัด หรือสามารถนำมาใช้ใหม่ได้ เช่น พลังงานไมโครเวฟ พลังงานไฟฟ้า และพลังงานแสงจากแหล่งกำเนิดประเภทต่าง ๆ

นอกจากนี้ทางห้องปฏิบัติการฯ ยังเลือกที่จะศึกษาและพัฒนากระบวนการสังเคราะห์ใหม่ ๆ สำหรับโครงสร้างหลักของสารอินทรีย์ที่มีอย่างแพร่หลายในสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ โดยให้ความสำคัญกับการพัฒนากระบวนการปิดวงขนาดต่าง ๆ
(3-9 เหลี่ยม) รวมทั้งโครงสร้างบางประเภทที่ยังอาจได้รับความสนใจค่อนข้างน้อยแต่มีศักยภาพสูงในการนำไปใช้ต่อยอดในการพัฒนากระบวนการสังเคราะห์อื่น ๆ ต่อไปได้

      2. การพัฒนาและประยุกต์ใช้กระบวนการสังเคราะห์เพื่อสร้างสารที่มีโครงสร้างเหมือนหรือเลียนแบบสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติโดยไม่พึ่งพาสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเป็นสารตั้งต้น

งานวิจัยด้านนี้มีความสำคัญด้านวิชาการเป็นหลักและสามารถนำไปสู่การสร้างองค์ความรู้ที่สะท้อนการนำปฏิกิริยา/กระบวนการที่ได้พัฒนาขึ้นเองหรือที่มีอยู่แล้วไปใช้ประโยชน์ในการสังเคราะห์สารได้จริง โดยมีโครงสร้างของสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเป็นต้นแบบ ทั้งนี้ความรู้และประสบการณ์ที่ได้จากงานวิจัยดังกล่าวยังเป็นกุญแจสำคัญในการพัฒนากระบวนการคิด วางแผน ออกแบบ เลือกสรร รวมทั้งจัดลำดับขั้นตอนที่จำเป็นเพื่อนำไปใช้ในการสร้างโมเลกุลต่าง ๆ ที่ธรรมชาติได้สร้างขึ้นจริง นอกจากนี้งานวิจัยในด้านนี้ยังอาจเป็นโจทย์ที่สำคัญเพื่อพัฒนาปฏิกิริยา/กระบวนการที่จำเป็นแต่ยังไม่ค่อยได้รับความสนใจอีกด้วย

ทั้งนี้ การพัฒนากระบวนการสังเคราะห์สารที่มีโครงสร้างเหมือนหรือเลียนแบบสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติโดยไม่พึ่งพาสารผลิตภัณฑ์ธรรมชาติเป็นสารตั้งต้นนั้นยังเป็นแนวทางที่สำคัญในการศึกษาฤทธิ์ทางชีวภาพของสารเหล่านี้ที่มีปริมาณน้อยหรือน้อยมากในแหล่งธรรมชาติ เนื่องจากเป็นสารที่ธรรมชาติมักจะสร้างขึ้นอย่างมีวัตถุประสงค์เฉพาะ นับว่าเป็นแนวทางที่ลด
ผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับระบบนิเวศน์ได้อีกทางหนึ่ง

         3. การศึกษาด้านเภสัชเคมีของสารที่สังเคราะห์ขึ้นกับสารชีวโมเลกุลเป้าหมายหรือจุลชีพก่อโรคที่มีความสำคัญต่อโรคต่างๆ ในมนุษย์

ห้องปฏิบัติการวิจัยด้านเคมีได้ให้ความสำคัญกับโรคมะเร็งและโรคสมองเสื่อม ซึ่งเป็นปัญหาสาธารณสุขของประเทศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อประเทศก้าวเข้าสู่สังคมผู้สูงวัยอย่างเต็มตัว ยาเคมีโมเลกุลเล็กยังคงมีบทบาทสำคัญในการบำบัดรักษาโรคทั้งสองกลุ่มที่เป็นภัยคุกคามทั้งต่อชีวิตและคุณภาพชีวิตของผู้ป่วย

การออกแบบโครงสร้างสารที่จะนำไปพัฒนาเป็นยาเคมีโมเลกุลเล็กนั้นจำเป็นต้องมีข้อมูลด้านการออกฤทธิ์ทางชีวภาพ กลไกการออกฤทธิ์ รวมทั้งคุณสมบัติทางยาต่าง ๆ ทั้งที่พึงประสงค์และไม่พึงประสงค์ ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้เมื่อสารดังกล่าวเข้าสู่ระบบสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตาม การศึกษาในระบบสิ่งมีชีวิตจริงตั้งแต่ระดับเซลล์ไปจนถึงสัตว์ทดลองก่อนเข้าสู่มนุษย์นั้น นอกจากจะใช้เวลานานแล้วยังมีค่าใช้จ่ายที่สูงมาก ทำให้ทางห้องปฏิบัติการเคมีได้นำเคมีคำนวณมาประยุกต์ใช้ในการสร้างแบบจำลอง ศึกษา และเก็บข้อมูล เพื่อนำไปใช้ในการพยากรณ์คุณสมบัติต่าง ๆที่เกี่ยวข้อง

ทั้งนี้ เนื้อหากรณีศึกษางานวิจัยต้นน้ำทั้ง 3 ด้านในการพัฒนายาเคมีโมเลกุลเล็กจะนำเสนอเป็น 5 ตอนย่อยต่อไป