“AI-Immunizer” หุ่นยนต์ทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะ กุญแจสู่การพัฒนาวัคซีนแห่งโลกอนาคต

เมื่อพูดถึงโลกแห่งอนาคต เราคงจะเห็นภาพของเทคโนโลยีล้ำยุค หุ่นยนต์ และ AI (Artificial Intelligence) และจากภาพยนตร์ฮอลลีวูด โลกแห่งอนาคตจะต้องมีการแพทย์ล้ำหน้าที่มีหุ่นยนต์ทำหน้าที่ในการวินิจฉัยและรักษาแทนมนุษย์

ดูเหมือนว่าพวกเราจะเขยิบเข้าใกล้คำว่าโลกแห่งอนาคตกันมากขึ้นทุกที เมื่อการระบาดของ COVID-19 เร่งรัดให้มนุษยชาติต้องหาทางพัฒนาวัคซีน โดยทุ่มทรัพยากรและพัฒนาเทคโนโลยีทั้งหมดที่มี เรียกได้ว่าความหวังของมวลมนุษย์ตกอยู่ที่วัคซีนซึ่งจะช่วยรักษาให้หายจากโรคระบาด บรรเทาความกลัวที่เกาะกุมหัวใจ และเยียวยาเศรษฐกิจโลกให้ฟื้นตัวขึ้นมาได้

ส่วนความหวังของการคิดค้นวัคซีนในไทยคงจะตกไปอยู่ที่ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และสถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล ซึ่งได้ร่วมกันคิดค้นนวัตกรรม “หุ่นยนต์เอไอ-อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer)” หุ่นยนต์ทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะในการพัฒนาวัคซีน เพื่อสนับสนุนและยกระดับการพัฒนาวัคซีนของไทย โดยผสานเทคโนโลยีเอไอทั้งระบบ ตั้งแต่ขั้นตอนจัดเตรียมการเพาะเชื้อไวรัส การทดสอบ การประมวลผล ระบบภาพ บันทึกผล และวิเคราะห์ผลหรือแนวโน้มได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ

นับตั้งแต่การคิดค้นวัคซีนรักษาโรคฝีดาษเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ เมื่อปี ค.ศ. 1796 เป็นต้นมา การคิดค้นวัคซีนรักษาโรคต่าง ๆ จะใช้เวลาโดยเฉลี่ยประมาณ 10-15 ปี การคิดค้นวัคซีนที่เร็วที่สุดคือวัคซีนโรคคางทูม ในปี ค.ศ. 1967 ซึ่งใช้เวลาเพียง 4 ปี ในการคิดค้นและวิจัย สำหรับไวรัสโคโรน่าสายพันธุ์ใหม่ 2019 นั้น ผู้เชี่ยวชาญในนานาประเทศคาดการณ์กันว่า มนุษย์เราจะสามารถพัฒนาวัคซีน COVID-19 ตัวแรกขึ้นมาได้สำเร็จภายในระยะเวลา 12-18 เดือน ซึ่งหากเกิดขึ้นจริงจะถือว่าเป็นการพัฒนาวัคซีนเร็วที่สุดที่เคยมีมา

เช่นที่ ผศ.ดร.จำรัส พร้อมมาศ ที่ปรึกษาคณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ได้กล่าวว่า

นวัตกรรมเทคโนโลยี เช่น หุ่นยนต์เอไอ-อิมมูไนเซอร์นี้จะมาช่วยทำงานทดแทนมนุษย์และจะทำให้การพัฒนาวัคซีนป้องกันโรคต่าง ๆ สู่เป้าหมายเป็นจริงได้เร็วยิ่งขึ้น

แล้วจะมาช่วยได้ยังไง ?

ตามเป้าหมายของโครงการนี้ หุ่นยนต์เอไอ-อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer) ถูกออกแบบและวิเคราะห์พัฒนาระบบหุ่นยนต์อัจฉริยะทดสอบระดับภูมิคุ้มกันในการลบล้างฤทธิ์ของเชื้อไวรัส (Neutralization Test) ซึ่งจะช่วยยกระดับขั้นตอนการทดสอบภูมิคุ้มกันวัคซีนของไทยด้วยเทคโนโลยีหุ่นยนต์และเอไอ โดยนำกระบวนงานเข้าสู่ Digital Platform สามารถเชื่อมต่อกับระบบสาธารณสุขของประเทศไทย ช่วยทดแทนภาระงานทำซ้ำและเสี่ยงอันตรายของบุคลากรผู้ปฏิบัติงานกว่า 30% ใช้ทดแทนแรงงานบุคลากรที่ขาดแคลนในการดำเนินการกระบวนการทดสอบในห้องวิจัยได้มากกว่า 50% โดยหุ่นยนต์สามารถทำงานอย่างอัตโนมัติได้ทั้งในกลางวันและกลางคืน และตามตารางเวลาที่กำหนด

ในอนาคตยังช่วยกระตุ้นให้เกิดสตาร์ตอัปและการจ้างงานของกลุ่มนักประดิษฐ์ ด้าน healthcare และอุตสาหกรรมเครื่องมือแพทย์ รวมทั้งลดการนำเข้าวัคซีนและเทคโนโลยี-ซอฟต์แวร์จากต่างประเทศได้ปีละมหาศาล

ศ.ดร.นพ.นรัตถพล เจริญพันธุ์ (Narattaphol Charoenphandhu) ผู้อำนวยการสถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล และรักษาการแทนผู้ช่วยอธิการบดีฝ่ายวิจัยและวิชาการ มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่า ศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีนถือเป็นห้องปฏิบัติการที่สำคัญยิ่งสำหรับชีวิตประชาชนและมวลมนุษย์ทั่วโลก โดยเฉพาะในสถานการณ์แพร่ระบาดของโรคร้ายแรง ดังเช่นวิกฤตการณ์ไวรัส SARS-CoV-2 ที่ก่อให้เกิดโรคติดเชื้อไวรัสโคโรนาสายพันธุ์ใหม่ 2019 (COVID-19) ซึ่งขณะนี้นักวิจัยนานาประเทศกำลังเร่งคิดค้นพัฒนาวัคซีน รวมถึงประเทศไทยด้วย

โดยนักวิจัยด้านวัคซีนจะต้องทำงานตอบสนองให้ทันต่อความต้องการใช้งาน และยังต้องคำนึงถึงพันธุกรรมของไวรัสชนิดนี้ที่มีความหลากหลาย ทั้งนี้ต้องใช้บุคลากรที่ผ่านการประเมินความสามารถ ผ่านการฝึกฝนและประสบการณ์ที่ยาวนาน ซึ่งการทำงานแข่งกับเวลาเช่นนี้ อาจก่อให้เกิดความเครียด เหนื่อยล้าและคลาดเคลื่อนได้ การใช้นวัตกรรมเทคโนโลยี “หุ่นยนต์เอไอ-อิมมูไนเซอร์” เป็นอีกก้าวสำคัญในการเร่งขับเคลื่อนงานวิจัยพัฒนาวัคซีนของประเทศไทยในวิถีใหม่ สำหรับป้องกันโรคติดเชื้อไวรัสที่สำคัญหลายชนิด รวมทั้ง COVID-19 ให้ประสบความสำเร็จสู่เป้าหมายได้เร็วยิ่งขึ้นและปลอดภัยต่อทุกคน

หุ่นยนต์ทำงานยังไงกัน

นวัตกรรม “หุ่นยนต์เอไอ-อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer) เป็นหุ่นยนต์ทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะที่มีประสิทธิภาพสูง ชนิด 6 แกนและมี 2 แขน สามารถปฏิบัติการทดสอบระดับภูมิคุ้มกันในการลบล้างฤทธิ์ของไวรัส ที่เรียกว่า Neutralization Test ทดแทนมนุษย์ได้ตั้งแต่ต้นจนจบ ตั้งแต่การนำเพลตเลี้ยงเซลล์ที่บรรจุเซลล์เพาะเลี้ยงเข้าระบบ ช่วยระบบติดฉลากบนเพลต ปฏิบัติการเจือจาง (Dilute) ซีรั่มตัวอย่างที่มีแอนติบอดี (Antibody) ในหลอดทดลองด้วยตัวทำละลายในปริมาณตามต้องการ หลังจากนั้นจึงนำซีรั่มที่เจือจางแล้วตามกำหนดผสมกับตัวอย่างไวรัส ดูดน้ำเลี้ยงเซลล์ นำตัวอย่างที่ผสมเข้าสู่เซลล์เพาะเลี้ยงแล้ววางบนเครื่องเขย่า เติมอาหารเลี้ยงเซลล์ลักษณะกึ่งแข็งและบ่มในอุณหภูมิและระยะเวลาที่กำหนด เทอาหารเลี้ยงเซลล์ทิ้งและฆ่าเชื้อ ถ่ายภาพและประมวลผลโดยการอ่านจำนวนไวรัสพลาค (plaque) ที่ปรากฏขึ้น และวิเคราะห์ผลทั้งระบบด้วย AI

ทั้งนี้การทำงานของหุ่นยนต์ทำให้สามารถทดแทนการทำงานของมนุษย์ได้ ดร.เอกชัย วารินศิริรักษ์ หัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และหัวหน้าโครงการวิจัย กล่าวว่า หุ่นยนต์นี้จะช่วยลดความเสี่ยงสูงต่อการติดเชื้อของบุคลากรที่ต้องปฏิบัติหน้าที่ ลดข้อผิดพลาด และความซ้ำซ้อน โดยทีมวิจัยได้ออกแบบให้เป็นระบบปิดในการปฏิบัติการด้วยเทคนิคปลอดเชื้อ (Aseptic Condition) ซึ่งปลอดภัยต่อการใช้งาน และทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ผศ.ดร.นริศ หนูหอม รองหัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และผู้เชี่ยวชาญด้านปัญญาประดิษฐ์ กล่าวถึงการพัฒนาเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อช่วยอ่านผลการทดสอบระดับภูมิคุ้มกัน ในกระบวนการวิจัยวัคซีนจำเป็นต้องมีการทดสอบประสิทธิภาพในการกระตุ้นภูมิคุ้มกัน โดยการนำตัวอย่างซีรั่มของสัตว์ทดลองหรืออาสาสมัครที่ได้รับวัคซีนที่ทดสอบมาตรวจหาปริมาณแอนติบอดี (Antibody) จำเพาะ ซึ่งภูมิคุ้มกันที่กระตุ้นขึ้นจะสามารถลบล้างฤทธิ์ของไวรัสได้ โดยวิเคราะห์ผลจากปริมาณไวรัสพลาค (Plaque) ที่ลดลง

โดยปัญญาประดิษฐ์ที่ทีมวิจัยได้พัฒนาขึ้นมีความสามารถในการตรวจนับจำนวนและขนาดพลาคของไวรัสบนเพลตเพาะเชื้อ มีคุณสมบัติพิเศษ คือ

1) สามารถวิเคราะห์ภาพถ่ายเพลตเพาะเชิ้อตรวจนับจำนวนและขนาดพลาคที่ปรากฏขึ้นบนเพลต ได้คราวละมาก ๆ ในเวลาอันสั้น ลดการใช้บุคลากรในการอ่านผล

2) รายงานผลการทดสอบระดับภูมิคุ้มกันได้รวดเร็ว ตอบรับกับสถานการณ์การระบาดของโรค

3) สามารถทำการประมวลผลข้อมูลโดยไม่จำเป็นต้องต่ออินเทอร์เน็ต เพื่อรักษาความปลอดภัยของข้อมูล

ซึ่งปัญญาประดิษฐ์ที่พัฒนาขึ้นเป็นจุดเริ่มต้นในการสร้างฐานข้อมูลด้านไวรัสและภูมิคุ้มกันของศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุลร่วมกับคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ที่สามารถเป็นกำลังสำคัญให้เกิดการพัฒนาต่อยอด และช่วยเพิ่มศักยภาพด้านการพัฒนาวัคซีนให้บุคลากรของมหาวิทยาลัยมหิดลและประเทศไทยได้

เทคโนโลยีคือกุญแจสู่การแพทย์แห่งอนาคต

ดร.พร้อมสิน มาศรีนวล (Promsin Masrinoul) หัวหน้าศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่า “นวัตกรรมหุ่นยนต์ เอไอ-อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer)” สำหรับทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะในการพัฒนาวัคซีนนี้ ส่งผลดีต่อการเสริมศักยภาพการพัฒนาวัคซีนไทยอย่างยิ่ง ซึ่งจะนำเทคโนโลยีไปใช้ประโยชน์และขยายผล ได้แก่ นำระบบทดสอบมาใช้งานจริงในการตรวจวัดระดับภูมิคุ้มกัน ภายใต้มาตรฐานการทดสอบคุณภาพ (Quality control) โดยการใช้หุ่นยนต์ระบบอัตโนมัตินี้มีระบบทวนสอบย้อนกลับ (Traceability) ด้วยข้อมูลดิจิทัลและระบบภาพ Machine Vision

นอกจากนั้น นวัตกรรมนี้ยังช่วยลดความเสี่ยงต่อการติดเชื้อ และลดขั้นตอนในการทำงานของบุคลากร ส่วนซอฟต์แวร์ AI สำหรับการประมวลภาพผลการทดสอบระดับภูมิคุ้มกัน สามารถนำมาใช้งานและเกิดการต่อยอดพัฒนาวัคซีนของไทยให้รวดเร็วยิ่งขึ้น ช่วยลดภาระของการอ่านผลทดสอบโดยคน รวมถึงแก้ปัญหาการขาดแคลนผู้เชี่ยวชาญด้านการทดสอบวัคซีนที่ต้องใช้เวลาฝึกฝนและประสบการณ์ในระยะยาว โดยหุ่นยนต์ทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะในงานพัฒนาวัคซีนนี้ จะเป็นนวัตกรรมสำคัญที่รองรับการวิจัยและพัฒนาวัคซีนทั้งในและต่างประเทศ และช่วยยกระดับเทคโนโลยีด้านการแพทย์ของประเทศไทยไปสู่โลกแห่งอนาคต