ผู้จัดทำ : ดร. ณัฐนี ตั้งกิจอนันต์สิน และ ผศ.ดร. ชฎิล กุลสิงห์
โรคโควิด-19 เป็นโรคติดต่อซึ่งเกิดจากไวรัสโคโรนา ค้นพบครั้งแรกที่เมืองอู่ฮั่น ประเทศจีนในเดือนธันวาคมปี คริสต์ศักราช (ค.ศ.) 2019 ปัจจุบันนี้โรคโควิด-19 มีการระบาดและส่งผลกระทบไปทั่วโลก ดังนั้นจึงได้มีการพัฒนางานวิจัยขึ้นมามากมายเพื่อที่จะหาแนวทางการป้องกันและรับมือกับการระบาดของโรคโควิด-19 ซึ่งวิธีการต่างๆที่ได้มีการพัฒนาขึ้นมานั้นมุ่งเน้นการตรวจคัดกรองที่มีประสิทธิภาพและสามารถตรวจวิเคราะห์ได้อย่างรวดเร็ว เพื่อป้องกันการแพร่กระจายและช่วยยับยั้งการระบาดของโรคโควิด-19
การเก็บตัวอย่างจากป่วยเพื่อนำมาใช้ในการตรวจเพื่อคัดกรองหาผู้ติดเชื้อโควิด-19 นั้นสามารถใช้ตัวอย่างสาร คัดหลังจากร่างกาย เช่น น้ำมูก หรือ น้ำลาย มาใช้ในการตรวจได้เนื่องจากสารคัดหลั่งเหล่านี้มีองค์ประกอบของสารเคมีบางชนิดที่สามารถบ่งชี้ถึงการรับเชื้อโควิด-19 ได้ และก่อนที่จะนำตัวอย่างไปวิเคราะห์นั้นจะต้องมีกระบวนการเตรียมตัวอย่างเพื่อสกัดสารบ่งชี้นั้นออกจากตัวอย่าง และลดสิ่งรบกวนจากตัวอย่างก่อนนำไปวิเคราะห์ ดังนั้นขั้นตอนนี้จึงเป็นกระบวนการที่สำคัญที่จะส่งผลทำให้การวิเคราะห์มีความแม่นยำและมีความไวสูง แต่ด้วยข้อจำกัดของการตรวจคัดกรองที่ต้องการความรวดเร็วในการตรวจวิเคราะห์ ปัจจุบันชุดตรวจสำเร็จรูปต่างๆ จึงลดขั้นตอนการสกัดสารบ่งชี้ลงส่งผลให้ประสิทธิภาพในการตรวจคัดกรองลดลงตามไปด้วย
เหงื่อและนำมันจากผิวหนังเป็นสารคัดหลั่งจากร่างกายอีกชนิดที่สามารถนำมาใช้ในการตรวจคัดกรองการติดเชื้อโควิด-19 ได้ เนื่องจากในเหงื่อมีองค์ประกอบของสารอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile Organic compounds, VOCs) ที่เกิดจากกระบวนการเมตาบอลิซึมของร่างกาย ซึ่งมีได้หลากหลายชนิดขึ้นอยู่กับสภาวะของร่างกายตลอดจนการเจ็บป่วยต่างๆ จึงสามารถนำเหงื่อมาใช้ในการตรวจคัดกรองการติดเชื่อโควิด-19 ได้ อีกทั้งการเก็บตัวอย่างเหงื่อและน้ำมันจากผิวหนังเพื่อนำมาใช้ในการตรวจคัดกรองการติดเชื้อโควิด-19 นั้นสามารถทำได้ง่าย ไม่สร้างความเจ็บปวดให้กับผู้เข้ารับการตรวจคัดกรอง และยังเป็นตัวอย่างปลอดเชื้อเนื่องจากเหงื่อหรือน้ำมันจากผิวหนังมีการปนเปื้อนไวรัสที่ปริมาณต่ำ ทำให้ผู้ทำการทดสอบสามารถปฏิบัติงานได้อย่างปลอดภัยมากขึ้นเมื่อเทียบกับการใช้ตัวอย่างจากน้ำมูก หรือ น้ำลาย และการกำจัดของเสียที่เกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการก็ทำได้ง่ายขึ้นอีกด้วย
GC-IMS เป็นเทคนิคสำหรับการวิเคราะห์สารตัวอย่าง ที่อยู่ในสถานะแก๊ส โดยตัวอย่างที่จะวิเคราะห์จะถูกทำให้เป็นไอระเหย หรืออยู่ในสถานะของสารระเหย โดยหลังจากการนำตัวอย่างเข้าสู่ระบบ GC ที่ส่วนฉีดสาร (Injector) ไอระเหยของสารตัวอย่างจะถูกแก๊สพา (Carrier gas) พาเข้าสู่คอลัมน์ (Column)เพื่อแยกสารผสมออกจากกัน โดยสารแต่ละชนิดจะเดินทางผ่านคอลัมน์ด้วยเวลาที่แตกต่างกัน ขึ้นกับคุณสมบัติของสารและคอลัมน์ที่ใช้ในการแยก หลังจากที่สารแต่ละชนิดเคลื่อนที่ออกจากคอลัมน์แล้วก็จะเคลื่อนที่เข้าสู่ตัวตรวจวัด (Detector) เพื่อตรวจวัดและบันทึกสัญญาณ โดยตัวตรวจวัดชนิด Ion Mobility Spectrometry (IMS) เป็นตัวตรวจวัดที่สามารถแยกไอออนของสารผสมโดยอาศัยความเร็วในการเคลื่อนที่ของไอออนชนิดต่างๆในการแยก ดังนั้นการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค GC-IMS จึงเกิดการแยก 2 รอบ (2 มิติ) จาก GC และ IMS ดังแสดงในรูปที่ 1 ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพในการแยกสารที่มีความซับซ้อนได้มากขึ้น
รูปที่ 1 แสดงการทำงานของเครื่อง GC-IMS
สำหรับการนำตัวอย่างเหงื่อและน้ำมันจากผิวหนังมาใช้ในการตรวจวิเคราะห์นั้นจำเป็นจะต้องสกัดสาร VOCs ออกจากตัวอย่างก่อนนำมาวิเคราะห์ด้วย GC-IMS โดยหนึ่งในเทคนิคที่สามารถนำมาใช้สกัดได้คือเทคนิคเฮดสเปซ (Headspace: HS) ซึ่งเป็นเทคนิคที่ง่ายและไม่ใช้ตัวทำละลายในการสกัด ขั้นตอนการสกัดจะเริ่มจากการให้ความร้อนกับตัวอย่างที่บรรจุไว้ในขวดที่ปิดสนิท เพื่อให้สาร VOCs ที่อยู่ในตัวอย่างระเหยขึ้นมาบนพื้นที่ว่างด้านบนภาชนะจากนั้นจะรอให้ระบบอยู่ในสภาวะสมดุลจึงดูดส่วนไอระเหยไปวิเคราะห์ในเครื่อง GC-IMS ดังแสดงขั้นตอนการทำงานในรูปที่ 2 โดยปัจจุบันมีการพัฒนาเครื่อง Auto sampler สำหรับการสกัดตัวอย่างแบบอัตโนมัติ ทำให้ลดขั้นตอนในการทำงาน ทำให้ทำงานได้รวดเร็วและไม่ยุ่งยาก
รูปที่ 2 แสดงขั้นตอนการสกัดด้วยเทคนิคเฮดสเปซ
สำหรับการเก็บตัวอย่างเหงื่อในบทความนี้นี้ผู้วิจัยได้ใช้สำลีแท่งเป็นวัสดุในการเก็บเหงื่อจากใต้วงแขนของผู้ป่วย โดยจะนำสำลีแท่งหนีบไว้ใต้วงแขนเป็นเวลา 15 นาที ข้างละ 1 แท่งสำลี หลังจากครบ 15 นาที จะทำการเก็บแท่งสำลีที่ได้ดูดซับเหงื่อแล้ว ลงในขวดแก้วขนาด 20 mL ดังแสดงในรูปที่ 4 ขวดตัวอย่างจะถูกทำให้ปลอดเชื้อไวรัสที่พื้นผิวได้โดยการฉายรังสี UV ก่อนทำการตรวจวัด VOCs ต่อไป
ผลการวิเคราะห์
สำหรับการวิเคราะห์และแยกแยะตัวอย่างเหงื่อของผู้ป่วยโควิด-19 (Positive sample) และคนปกติ (Negative sample) จากเทคนิค HS-GC-IMS เพื่อหาสารบ่งชี้ (Marker compounds) พบว่ามี 2 พีก ที่สามารถใช้แยกแยะตัวอย่างทั้งสองได้ แสดงโดย Marker compounds M1 และ M2 ซึ่งส่วนมากจะพบที่ตัวอย่างเหงื่อของผู้ป่วยโควิด-19 ดังรูป
รูปแสดงโครมาโตแกรมแสดงพีกที่ตรวจพบในตัวอย่างเหงื่อของผู้ป่วยโควิด-19 (Positive sample) และคนปกติที่ไม่เป็นโควิด-19 (Negative sample) แสดงโดย Marker compounds M1 และ M2
นอกจากการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ เพื่อแยกผู้ป่วยโควิด-19 แล้ว ยังสามารถนำผลการทดลองมาวิเคราะห์ต่อ เพื่อเปรียบเทียบเชิงปริมาณของพีก M1 และ M2 ได้จากค่าความสูงเฉลี่ยของพีกในหน่วย mV ในแต่ละตัวอย่างดังแสดงในรูปที่รูปที่ 8 อีกทั้งเรายังนำค่าเหล่านี้มาหาค่า mV ที่น้อยที่สุดที่จะใช้ในการตัดสินใจว่าเหงื่อตัวอย่างเป็นของผู้ป่วยโควิด-19 ผ่านการสร้างกราฟ Receiver operating characteristic curve แสดงถึงความไว (sensitivity) และความจำเพาะ (specificity) รวมถึงค่าความแม่นยำของการคัดกรองผู้ป่วยโควิด-19 จากเหงื่อ โดยอ้างอิงจากสารบ่งชี้ทั้ง 2 พีกนี้ได้อีกด้วย จากรูปจะเห็นว่าพีก M2 ให้พื้นที่ใต้กราฟที่สูงกว่า ทำให้พีกนี้มีคุณสมบัตรในการบ่งชี้โรคโควิด-19 ได้ดีกว่าพีก M1
สรุปผลการทดลอง
การใช้เทคนิค HS-GC-IMS สามารถนำมาใช้การวิเคราะห์สาร VOCs ในตัวอย่างเหงื่อเพื่อนำไปใช้ในการตรวจคัดกรองการติดเชื้อโควิด-19 ซึ่งสามารถแยกผู้ป่วยที่ติดเชื้อโควิด-19 และคนปกติออกจากกันได้ วิธีการเก็บตัวอย่างทำได้ง่ายและปลอดภัยไม่สร้างความเจ็บปวดให้กับผู้เข้ารับการตรวจ อีกทั้งวิธีการวิเคราะห์สามารถทำได้อย่างอัตโนมัติ สะดวก รวดเร็วและปลอดภัยต่อผู้ปฏิบัติงานอีกด้วย
ต้องการข้อมูลเพิ่มเติม : https://www.scispec.co.th/contact.html
ขอบคุณค่ะ