ในสถานการณ์การแพร่ระบาดของ COVID-19 ทั่วโลก และประเทศไทยยังคงฝากความหวังไว้กับการเร่งพัฒนาวัคซีน คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ร่วมกับ สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล คิดค้นนวัตกรรม “หุ่นยนต์เอไอ- อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer)” ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะในการพัฒนาวัคซีน ครั้งแรกของไทย เพื่อเร่งสนับสนุนและยกระดับการพัฒนาวัคซีนของไทยสู่ระดับโลก
ผสานเทคโนโลยี เอไอ ทั้งระบบจนจบครบวงจร ตั้งแต่ขั้นตอนจัดเตรียมการเพาะเชื้อไวรัส การทดสอบ การประมวลผล ระบบภาพ บันทึกผล วิเคราะห์ผลหรือแนวโน้มได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ ลดเสี่ยงการติดเชื้อและลดภาระขั้นตอนการทำงานของบุคลากรทางการแพทย์ นับเป็นอีกก้าวสำคัญที่ผลักดันการพัฒนาวัคซีนของศูนย์วิจัยวัคซีนที่มีกว่า 50 แห่งในประเทศไทย สู่เป้าหมายความสำเร็จได้เร็วขึ้นและปลอดภัย
ผศ.ดร.จำรัส พร้อมมาศ ที่ปรึกษาคณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่า วัคซีนในยุคนิวนอร์มอลต้องใช้เวลาให้สั้น ยิ่งคิดค้นได้เร็ว ก็จะยิ่งปลอดภัยในชีวิตและลดความเสียหายทางเศรษฐกิจ หากย้อนไปในประวัติศาสตร์การพัฒนาวัคซีนกว่า 224 ปี หลังจากการค้นพบวัคซีนแรกที่ป้องกันโรคฝีดาษ ใน ปีค.ศ.1796 กรอบเวลาที่เร็วที่สุดที่เคยมีมาอยู่ที่ 4 ปี ซึ่งเป็นวัคซีนรักษาโรคคางทูมที่ทำสำเร็จในปี ค.ศ. 1967 แต่ส่วนใหญ่แล้วการวิจัยพัฒนาวัคซีนใช้เวลาเฉลี่ยประมาณ 10 -15 ปี
สำหรับไวรัสโคโรนานั้นผู้เชี่ยวชาญในนานาประเทศคาดการณ์กันว่า มนุษย์เราจะสามารถพัฒนาวัคซีน COVID-19 ตัวแรกได้สำเร็จภายใน 12-18 เดือน นับจากที่ทางการจีนเผยข้อมูลรหัสพันธุกรรมของไวรัสออกมา ซึ่งถือเป็นการร่นเวลาพัฒนาวัคซีนขึ้นมาเร็วที่สุดเท่าที่เคยทำกันมา ดังนั้นหากมีนวัตกรรมเทคโนโลยี เช่น หุ่นยนต์เอไอ-อิมมูไนเซอร์ มาทำงานทดแทนมนุษย์ก็ทำให้การพัฒนาวัคซีนป้องกันโรคต่าง ๆ สู่เป้าหมายเป็นจริงได้เร็วขึ้น
ความสำเร็จของความร่วมมือสร้างนวัตกรรม หุ่นยนต์เอไอ- อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer) ครั้งนี้ จากการผนึกกำลังของคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล ทีมนักวิจัยได้ร่วมกันศึกษาวิจัย ออกแบบและวิเคราะห์พัฒนาระบบหุ่นยนต์อัจฉริยะทดสอบระดับภูมิคุ้มกันในการลบล้างฤทธิ์ของเชื้อไวรัส (Neutralization Test)
เป้าหมายของโครงการที่ตั้งไว้ คือ ยกระดับขั้นตอนการทดสอบภูมิคุ้มกันวัคซีนของไทยด้วยเทคโนโลยีหุ่นยนต์และเอไอ โดยนำกระบวนงานเข้าสู่ Digital Platform ซึ่งสามารถเชื่อมต่อกับระบบสาธารณสุขของประเทศไทย ทดแทนภาระงานทำซ้ำและเสี่ยงอันตรายของบุคลากรผู้ปฏิบัติงาน ใช้ทดแทนแรงงานบุคลากรที่ขาดแคลนในการดำเนินการกระบวนการทดสอบในห้องวิจัยได้มากกว่า 50% โดยหุ่นยนต์สามารถทำงานอย่างอัตโนมัติได้ในทั้งกลางวันและกลางคืน ตามตารางเวลาที่กำหนด ในอนาคตยังช่วยกระตุ้นให้เกิดสตาร์ทอัพและการจ้างงานของกลุ่มนักประดิษฐ์ ด้านเฮลท์แคร์และอุตสาหกรรมเครื่องมือแพทย์ รวมทั้งลดการนำเข้าวัคซีนและเทคโนโลยี-ซอฟต์แวร์จากต่างประเทศได้ปีละมหาศาล
ศ. ดร. นพ.นรัตถพล เจริญพันธุ์ ผู้อำนวยการสถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล และรักษาการแทนผู้ช่วยอธิการบดีฝ่ายวิจัยและวิชาการ มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่า ศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีนถือเป็นห้องปฏิบัติการที่สำคัญยิ่งต่อชีวิตประชาชนและมวลมนุษย์ทั่วโลก โดยเฉพาะในสถานการณ์แพร่ระบาดโรคร้ายแรง ดังเช่น วิกฤติการณ์ไวรัส SARS-CoV-2 ที่ก่อให้เกิดโรค COVID-19 ซึ่งขณะนี้นักวิจัยนานาประเทศกำลังเร่งคิดค้นพัฒนาวัคซีน รวมถึงประเทศไทยด้วย
โดยนักวิจัยด้านวัคซีนจะต้องทำงานตอบสนองให้ทันต่อความต้องการใช้งาน และยังต้องคำนึงถึงพันธุกรรมของไวรัสชนิดนี้ที่มีความหลากหลาย ทั้งนี้ต้องใช้บุคลากรที่ผ่านการประเมินความสามารถ ผ่านการฝึกฝนและประสบการณ์ที่ยาวนาน ซึ่งการทำงานแข่งกับเวลาเช่นนี้ อาจก่อให้เกิดความเครียด เหนื่อยล้าและคลาดเคลื่อนได้ การใช้นวัตกรรมเทคโนโลยี “หุ่นยนต์เอไอ- อิมมูไนเซอร์” เป็นอีกก้าวสำคัญในการเร่งขับเคลื่อนงานวิจัยพัฒนาวัคซีนของประเทศไทยในวิถีใหม่
ดร.เอกชัย วารินศิริรักษ์ หัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และหัวหน้าโครงการวิจัย กล่าวว่า นวัตกรรม “หุ่นยนต์เอไอ – อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer) เป็นหุ่นยนต์ทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะที่มีประสิทธิภาพสูง ชนิด 6 แกนและมี 2 แขน สามารถปฏิบัติการทดสอบระดับภูมิคุ้มกันในการลบล้างฤทธิ์ของไวรัสทดแทนมนุษย์ได้อย่างครบวงจร
ตั้งแต่การนำเพลทเลี้ยงเซลล์ที่บรรจุเซลล์เพาะเลี้ยงเข้าระบบ ช่วยระบบติดฉลากบนเพลท ปฏิบัติการเจือจาง (Dilute) ซีรั่มตัวอย่างที่มีแอนติบอดี (Antibody) ในหลอดทดลองด้วยตัวทำละลายในปริมาณตามต้องการ นำซีรั่มที่เจือจางแล้วตามกำหนดผสมกับตัวอย่างไวรัส ดูดน้ำเลี้ยงเซลล์ นำตัวอย่างที่ผสมเข้าสู่เซลล์เพาะเลี้ยงแล้ววางบนเครื่องเขย่า เติมอาหารเลี้ยงเซลล์ลักษณะกึ่งแข็ง บ่มในอุณหภูมิและระยะเวลาที่กำหนด เทอาหารเลี้ยงเซลล์ทิ้งและฆ่าเชื้อ ถ่ายภาพและประมวลผลโดยการอ่านจำนวนไวรัสพลาค (plaque) ที่ปรากฏขึ้น และวิเคราะห์ผลทั้งระบบด้วย AI
ทั้งนี้ทำให้สามารถทดแทนการทำงานของมนุษย์ ลดความเสี่ยงต่อการติดเชื้อ 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
โดยปัญญาประดิษฐ์ที่ทีมวิจัยได้พัฒนาขึ้นมีความสามารถในการตรวจนับจำนวนและขนาดพลาคของไวรัสบนเพลทเพาะเชื้อ
คุณสมบัติพิเศษของปัญญาประดิษฐ์ตัวนี้ ได้แก่
- สามารถวิเคราะห์ภาพถ่ายเพลทเพาะเชื้อ ตรวจนับจำนวนและขนาดพลาคที่ปรากฏขึ้นบนเพลทได้คราวละมาก ๆ ในเวลาอันสั้น ลดการใช้บุคลากรในการอ่านผล
- รายงานผลการทดสอบระดับภูมิคุ้มกันได้รวดเร็ว ตอบรับกับสถานการณ์การระบาดของโรค
- สามารถทำการประมวลผลข้อมูลโดยไม่จำเป็นต้องต่ออินเทอร์เน็ต เพื่อรักษาความปลอดภัยของข้อมูล ซึ่งปัญญาประดิษฐ์ที่พัฒนาขึ้นเป็นจุดเริ่มต้นในการสร้างฐานข้อมูลด้านไวรัสและภูมิคุ้มกันของศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุลร่วมกับคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ที่สามารถเป็นกำลังสำคัญให้เกิดการพัฒนาต่อยอด และช่วยเพิ่มศักยภาพด้านการพัฒนาวัคซีนให้บุคลากรของมหาวิทยาลัยมหิดลและประเทศไทยได้
ดร.พร้อมสิน มาศรีนวล หัวหน้าศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่า “นวัตกรรมหุ่นยนต์ เอไอ- อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer)” สำหรับทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะในการพัฒนาวัคซีนนี้ ส่งผลดีต่อการเสริมศักยภาพการพัฒนาวัคซีนไทยอย่างยิ่ง ได้แก่ นำระบบทดสอบมาใช้งานจริง ในการตรวจวัดระดับภูมิคุ้มกัน ภายใต้มาตรฐานการทดสอบคุณภาพ (Quality control) โดยการใช้หุ่นยนต์ ระบบอัตโนมัตินี้มีระบบทวนสอบย้อนกลับ (Traceability) ด้วยข้อมูลดิจิทัล และระบบภาพ Machine Vision
นอกจากนั้น นวัตกรรมนี้ยังช่วยลดความเสี่ยงต่อการติดเชื้อ และลดขั้นตอนในการทำงานของบุคลากร ส่วนซอฟต์แวร์ AI สำหรับการประมวลภาพผลการทดสอบระดับภูมิคุ้มกัน สามารถนำมาใช้งานและเกิดการต่อยอดพัฒนาวัคซีนของไทยให้รวดเร็วยิ่งขึ้น ช่วยลดภาระของการอ่านผลทดสอบโดยคน รวมถึงแก้ปัญหาการขาดแคลนผู้เชี่ยวชาญด้านการทดสอบวัคซีนที่ต้องใช้เวลาฝึกฝนและประสบการณ์ในระยะยาว นวัตกรรมนี้ยังรองรับการวิจัยพัฒนาวัคซีนทั้งในและต่างประเทศ นอกจากนี้ยังช่วยยกระดับเทคโนโลยีด้านวัคซีนของประเทศไทยอีกด้วย
รายชื่อทีมนักวิจัย
- ดร.เอกชัย วารินศิริรักษ์ หัวหน้าโครงการ และหัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
- ผศ.ดร.นริศ หนูหอม รองหัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
- ดร.พร้อมสิน มาศรีนวล หัวหน้าศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล มหาวิทยาลัยมหิดล
- ภก.ดร.จักรพันธ์ โคมัยกุล นักวิจัย ศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล มหาวิทยาลัยมหิดล
- นายวัชรพงศ์ หมีสมุทร สำนักวิจัย นวัตกรรมและบริการวิชาการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล
