สารานุกรมไทยสำหรับเยาวชนฯ / เล่มที่ ๓๐ / เรื่องที่ ๙ วัสดุการแพทย์ / ความเป็นมาของการนำวัสดุการแพทย์มาใช้งาน

ความเป็น มาของการนำวัสดุการแพทย์มาใช้งาน มนุษย์ได้นำวัสดุชนิดต่างๆ มาใช้งานในการรักษาทางการแพทย์ตั้งแต่อดีตแล้ว จากหลักฐานทางโบราณคดีพบว่าเมื่อ ๒,๐๐๐ กว่าปีมาแล้ว ชาวโรมัน ชาวอียิปต์ ชาวอินคา และชาวจีน ได้ใช้ทองคำ แก้ว และไม้ มาประดิษฐ์เป็นอุปกรณ์หรือชิ้นส่วนอวัยวะเทียมเพื่อประโยชน์ในการรักษาทางการแพทย์ ไม่ว่าจะเป็นฟันปลอม ลูกนัยน์ตาเทียม และขาเทียม อย่างไรก็ตาม การนำวัสดุต่างๆมาใช้งานทางการแพทย์นั้นไม่ได้ทำอย่างจริงจัง จนกระทั่งใน พ.ศ. ๒๔๐๓ ได้มีการคิดค้นเทคนิคการผ่าตัดแบบปลอดเชื้อ โดย โจเซฟ ลิสเตอร์ (JosephLister) แพทย์ชาวอังกฤษ ซึ่งก่อนหน้านี้การผ่าตัดทางการแพทย์มักจะประสบปัญหาการติดเชื้อใน ระหว่างการผ่าตัดทำให้ไม่ค่อยประสบความสำเร็จ ยิ่งต้องมีการนำเอาวัสดุแปลกปลอมจากนอกร่างกาย เข้าไปใช้งานร่วม ในร่างกายด้วยแล้วโอกาส และความรุนแรงของการติดเชื้อในการผ่าตัดยิ่งเพิ่มมากขึ้น ดังนั้น การทดลองใช้งานวัสดุการแพทย์ในช่วงก่อนหน้านี้ จึงมักไม่ค่อยประสบความสำเร็จมากนัก แต่หลังจากการค้นพบเทคนิคการผ่าตัดแบบปลอดเชื้อได้แล้วโอกาส และอัตราความสำเร็จ ของการนำวัสดุประเภทต่างๆ มาใช้งานทางการแพทย์จึงเพิ่มมากขึ้น ในอดีต การนำวัสดุมาใช้งานทางการแพทย์นั้นส่วนใหญ่เลือกจากวัสดุที่มีการใช้งาน ทั่วไปอยู่แล้ว และมีสมบัติ ที่ใกล้เคียงกับความต้องการที่จะนำมาประยุกต์ใช้งานในทางการแพทย์เช่น พลาสติกไนลอน ซึ่งนำมาใช้เป็นหลอดเลือดเทียมนั้น เริ่มจากการนำผืนผ้าไนลอนจากร้านขายผ้าทั่วไปมาทดลองใช้ ผลิตเป็นหลอดเลือดเทียมได้เป็นผลสำเร็จ แต่บางครั้งการลองผิดลองถูกดังกล่าวก็อาจพบกับความล้มเหลวได้หรืออาจ เลือกวัสดุที่ไม่มีสมบัติที่เหมาะสมในการใช้งานอย่างแท้จริงก็ได้ เช่น แผ่นเหล็กดามกระดูก เริ่มนำมาใช้งานในช่วง พ.ศ. ๒๔๔๓โดยผ่าตัดฝังเข้าไปยึดตรึงกระดูกที่หัก เพื่อจำกัดการเคลื่อนที่ของกระดูก ในบริเวณดังกล่าวและเพื่อให้เนื้อเยื่อกระดูกสามารถรักษา และประสานแผลเองได้ แต่แผ่นเหล็กดามกระดูก ในยุคแรกนี้ได้เกิดการแตกหักในระหว่างการใช้งานจำนวนมากซึ่งเป็นผลมาจากความไม่เข้า ใจในการใช้งาน อย่างแท้จริง ทำให้มีการออกแบบรูปร่างที่ผิดพลาด เช่น มีขนาดบางเกินไป และมีมุมต่างๆที่เป็นจุดด้อย ซึ่งง่ายต่อการแตกหัก นอกจากนี้ยังพบว่า วัสดุที่ถูกเลือกมาใช้งานก็ไม่มีความเหมาะสมเช่นกัน เช่น เหล็กวาเนเดียม(vanadium steel) ที่นำมาใช้ผลิตเป็นแผ่นดามกระดูกนั้น ถึงแม้ว่าจะมีความแข็งแรง แต่เกิดการกัดกร่อนหรือเป็นสนิมได้ง่ายมากเมื่อถูกใช้งานในร่างกาย ทำให้ประสิทธิภาพในการใช้งานลดลง บางครั้งก็มีการค้นพบวัสดุการแพทย์ โดยอุบัติเหตุ หรือความบังเอิญ อย่างเช่น ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ ๒แพทย์พบว่า เมื่อนักบินเครื่องบินขับไล่ได้รับบาดเจ็บจากการสู้รบ เศษของกระจกฝาครอบเครื่องบิน ซึ่งผลิตขึ้นจากพลาสติกใสประเภทพอลิเมทิลเมทาคริเลต หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า อะคริลิก ได้แตกและกระเด็น เข้าไปฝังอยู่ในนัยน์ตา และตามส่วนต่างๆ ของร่างกายแต่ก็ไม่เกิดปฏิกิริยาต่อต้าน หรือเกิดความเป็นพิษแต่อย่างใด จากนั้นเป็นต้นมาจึงเริ่มมีการนำพลาสติกอะคริลิกดังกล่าวมาใช้งานทางการ แพทย์เพิ่มมากขึ้น เช่น ใช้ทดแทนแก้วตา หรือใช้เป็นแผ่นวัสดุสำหรับการปิดคลุมส่วนของกะโหลกศีรษะที่เสียหาย

แผ่นเหล็กดามกระดูกขนาดเล็ก สำหรับการใช้งานบริเวณใบหน้า โลหะประเภทเหล็กกล้า ไม่เป็นสนิม เป็นวัสดุการแพทย์ที่นำมาใช้งานอย่างหลากหลาย ถือได้ว่าเป็นวัสดุการแพทย์ยุคแรก ที่มีความเฉื่อยต่อสภาพแวดล้อมในร่างกาย

จะ เห็นได้ว่า มีการนำวัสดุการแพทย์มาใช้งานเป็นระยะเวลานานแล้ว แต่ถ้ากล่าวถึง จุดเริ่มต้นของวัสดุการแพทย์ยุคใหม่ อาจจะ ถือได้ว่า ถือกำเนิดขึ้นเมื่อ พ.ศ. ๒๕๐๓ โดยได้มีการจัดการประชุมวิชาการที่เกี่ยวข้องกับศาสตร์ด้านนี้ ซึ่งได้รวบรวมผู้ที่มีความสนใจ และทำงาน ในด้านการนำวัสดุไปใช้งานรักษาในทางการแพทย์ขึ้นเป็นครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยเคลมสัน (Clemson University) ประเทศสหรัฐอเมริกา ผลจากการประชุมในครั้งนั้นได้นำไปสู่การจัดตั้งสมาคมวัสดุการแพทย์ (Biomaterials Society) ขึ้นใน พ.ศ. ๒๕๑๘ ตั้งแต่นั้นมา วิทยาการทางด้านวัสดุการแพทย์จึงได้เริ่มต้นขึ้นอย่างจริงจังทั่วโลก โดยมีนักวิทยาศาสตร์ แพทย์ วิศวกร นักชีวเคมี นักวัสดุศาสตร์ และนักชีววิทยา ที่ทำงานจริงจังในด้านการวิจัย และการพัฒนาที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ การเลือกใช้ และการสังเคราะห์วัสดุการแพทย์ชนิดใหม่ๆ เพื่อการใช้งานรักษาทางการแพทย์โดยเฉพาะ เราอาจจะแบ่งพัฒนาการของวัสดุการแพทย์ออกได้เป็น ๓ ยุคด้วยกัน คือ ในช่วง พ.ศ. ๒๕๐๓  -  ๒๕๒๓ เป็นยุคแรกของการแสวงหาวัสดุการแพทย์สำหรับการใช้งานภายในร่างกาย โดยมีจุดประสงค์หลัก เพื่อค้นหาวัสดุ ที่มีสมบัติทางกายภาพที่ใกล้เคียงกับเนื้อเยื่อ หรืออวัยวะภายในร่างกายมนุษย์ ที่ต้องการนำไปซ่อมแซม สร้างเสริม หรือทดแทน โดยไม่ก่อให้เกิดความเป็นพิษ หรือเป็นอันตรายต่อร่างกาย ลักษณะสำคัญของวัสดุการแพทย์ในยุคแรก คือ ความเฉื่อยต่อสภาพแวดล้อมภายในร่างกาย มีปฏิกิริยา หรือก่อให้เกิดปฏิกิริยากับเนื้อเยื่อภายในร่างกายต่ำมาก ใน พ.ศ. ๒๕๒๓ พบว่า มีอุปกรณ์ฝังในมากกว่า ๕๐ ชนิดได้รับการพัฒนาขึ้น และมีการใช้วัสดุการแพทย์กว่า ๔๐ ชนิด สำหรับการผลิตอุปกรณ์ดังกล่าว เรามักเรียกวัสดุรุ่นแรกนี้ว่า วัสดุเฉื่อยทางชีวภาพ (bioinert material) ตัวอย่างวัสดุในกลุ่มนี้ ได้แก่ โลหะชนิดต่างๆ พลาสติกจำพวกพอลิเอทิลีน เทฟลอน ไนลอน อะคริลิก และเซรามิก ประเภทอะลูมินา หลังจาก พ.ศ. ๒๕๒๓ เป็นต้นมา พัฒนาการของวัสดุการแพทย์เริ่มก้าวเข้าสู่ยุคที่ ๒ เมื่อความต้องการสภาพเฉื่อย ในการใช้งานของวัสดุการแพทย์ภายในร่างกาย เริ่มได้รับความสนใจลดน้อยลง แต่เพิ่มความสนใจในการพัฒนา ให้วัสดุการแพทย์มีความสามารถในการก่อให้เกิดปฏิกิริยาที่ ควบคุมได้ และเป็นผลดีต่อการเจริญเติบโต ของเนื้อเยื่อภายในร่างกายบริเวณใกล้เคียง วัสดุที่มีความสำคัญในยุคที่ ๒ นี้ ได้แก่ วัสดุว่องไวทางชีวภาพ  (bioactive material) ซึ่งเป็นวัสดุที่สามารถสร้างพันธะขึ้นกับเนื้อเยื่อ โดยรอบได้ ทำให้เกิดเสถียรภาพ ในการใช้งาน และส่งผลดีต่อการรักษาตัวของบาดแผลด้วย ตัวอย่างวัสดุในกลุ่มนี้ได้แก่ เซรามิก จำพวกไบโอกลาสส์ (Bioglass) ไฮดรอกซีแอปาไทต์ (hydroxyapatite) และคอมโพสิตต่างๆ ที่มีส่วนผสมของสารเหล่านี้ นอกจากนั้น วัสดุอีกกลุ่มที่ประสบความสำเร็จไม่ยิ่งหย่อนกว่ากันสำหรับยุคที่ ๒ ของวัสดุการแพทย์ ได้แก่ วัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งหมายถึง กลุ่มวัสดุที่สามารถจะสลายตัว เมื่อถูกนำไปใช้งานในร่างกาย ภายในกำหนดระยะเวลาหนึ่ง โดยในขณะที่สลายตัว ก็จะมีเนื้อเยื่อตามธรรมชาติที่เจริญเติบโตเข้ามาแทนที่ จนในที่สุดวัสดุดังกล่าวจะหายไปจากร่างกาย เหลือไว้แต่เพียงเนื้อเยื่อตามธรรมชาติที่ถูกสร้างขึ้นทดแทน ตัวอย่างของวัสดุในกลุ่มนี้ ได้แก่ พอลิแลกติก พอลิไกลโคลิก และโคพอลิเมอร์ของวัสดุทั้ง ๒ ชนิด ซึ่งถูกนำไปใช้งาเป็นไหมละลาย แผ่นดามกระดูก และสกรูขนาดเล็กต่างๆ ถึงแม้จะประสบความสำเร็จในการใช้งาน แต่วัสดุการแพทย์ทั้ง ๒ ยุคนี้ยังคงมีอายุการใช้งานที่สั้นเกินไป โดยส่วนใหญ่สามารถทำงานอย่างดีได้เพียง ๑๐ - ๒๕ ปี เท่านั้น หลังจากนั้นแล้ว จะต้องมีการผ่าตัด เพื่อเปลี่ยนทดแทนเป็นครั้งที่ ๒ ซึ่งจะเป็นปัญหาอย่างมากสำหรับผู้ป่วยที่มีอายุยืนยาว หรือผู้ป่วยหนุ่มสาว ถึงแม้จะมีความพยายามในการที่จะปรับปรุงและพัฒนาวัสดุเหล่านี้ให้มีอายุ การใช้งานเพิ่มมากขึ้น แต่ไม่ค่อยประสบผลสำเร็จมากนัก ทั้งนี้เป็นเพราะขีดจำกัดของวัสดุการแพทย์ที่นำมาใช้งาน ซึ่งเป็นวัสดุสังเคราะห์ ไม่สามารถที่จะตอบสนองหรือเปลี่ยนแปลงสภาพหรือสมบัติต่อการกระตุ้น หรือสภาพภายในร่างกาย ที่มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ดังเช่นเนื้อเยื่อหรืออวัยวะตามธรรมชาติ สิ่งเหล่านี้เอง ทำให้หลายฝ่ายมีความคิดว่าน่าจะต้องมีการพัฒนาในยุคที่ ๓ ของวัสดุการแพทย์ ที่ตั้งอยู่บนพื้นฐานของวัสด ุในธรรมชาติในการนำมารักษาผู้ป่วยในอนาคต ปัจจุบันถือได้ว่ากำลังอยู่ในช่วงของการเปลี่ยนถ่ายจากยุคที่ ๒ สู่ยุคที่ ๓ ของวัสดุการแพทย์ วัสดุการแพทย์ในยุคที่ ๓ จะทำหน้าที่หลักในการสร้างเสริม (regeneration) แทนที่จะเป็นการทดแทน (replacement) ดังเช่นวัสดุในยุคก่อน โดยทำหน้าที่ช่วยเหลือร่างกาย ในการซ่อมแซมส่วนที่สึกหรอ และสามารถกระตุ้นการตอบสนองของเซลล์ภายในร่างกาย ในระดับโมเลกุล ในอนาคต แทนที่จะผลิตวัสดุสำเร็จสำหรับการใช้งาน เราอาจเพียงแต่ผลิตวัสดุที่มีองค์ประกอบเฉพาะที่ถูกต้อง และเหมาะสม กับการซ่อมแซมที่ต้องการ จากนั้นองค์ประกอบเหล่านี้ จะไปกระตุ้นให้ระบบยีนภายในร่างกายมนุษย์ ควบคุมการซ่อมแซมเนื้อเยื่อในบริเวณนั้นๆ ทำให้เนื้อเยื่อที่ถูกสร้างเสริมขึ้นมีชีวิต และสามารถตอบสนอง ต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาวะภายในร่างกายได้เช่นเดียวกับเนื้อเยื่อในธรรมชาติ ตัวอย่างของเทคโนโลยียุคที่ ๓ นี้ ได้แก่ วิศวกรรมเนื้อเยื่อ (tissue engineering) ซึ่งเป็นการปลูกฝังเซลล์บางกลุ่ม ลงไปบนโครงสร้างของวัสดุการแพทย์ที่เหมาะสม เพื่อให้เซลล์เกิดการแบ่งตัว และเจริญเติบโต ก่อนที่จะนำไปปลูกถ่ายในร่างกาย เพื่อให้ทำหน้าที่ต่อไป