จุลสารนวัตกรรม ฉบับที่ 82 – นวัตกรรมจากสถาบัน : เรื่อง เทคนิคการศัลยกรรมประสาทแบบสเตอริโอแทคติกที่ปรับปรุงแล้วสำหรับการผ่าตัดสัตว์ฟันแทะ เพื่อเพิ่มอัตรารอดชีพและลดระยะเวลาการผ่าตัดในแบบจำลองการบาดเจ็บที่สมองรุนแรง

        การกระแทกคอร์เทกซ์แบบควบคุม (Controlled Cortical Impact: CCI) เป็นแบบจำลองทางกลที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดสำหรับการเหนี่ยวนำให้เกิดการบาดเจ็บที่สมองจากการกระแทก (Traumatic Brain Injury: TBI) ในสมองของสัตว์ฟันแทะ ขั้นตอนการศัลยกรรมประสาทนี้โดยทั่วไปเรียกว่า ศัลยกรรมประสาทแบบสเตอริโอแทคติก ซึ่งต้องกระแทกให้เข้าไปถึงบริเวณสมองที่เจาะจงด้วยตำแหน่งที่แม่นยำที่สุด
        ในการศึกษานี้มีการพัฒนาระบบสเตอริโอแทกติกเวอร์ชันปรับปรุงสำหรับการสร้างการบาดเจ็บที่สมองจากการกระแทก เพื่อประเมินความเป็นไปได้ของงานวิจัยในระดับปรีคลินิกในสัตว์ฟันแทะ โดยประเมินการกระตุ้นประสาทด้วยอิเล็กโทรดแบบฝังในสมอง เพื่อช่วยฟื้นฟูการทำงานของสมองภายหลังการบาดเจ็บที่สมองขั้นรุนแรงจากการกระแทก
        แบบจำลองที่นำเสนอมีวัตถุประสงค์เพื่อลดอัตราการเสียชีวิตของสัตว์ทดลองในระหว่างการผ่าตัด เพิ่มอัตราการรอดชีพของสัตว์ทดลองดังกล่าว และบรรเทาผลข้างเคียงที่อาจเกิดจากการใช้ยาสลบเป็นเวลานาน ก่อนการผ่าตัดแบบสเตอริโอแทคติก จะใช้ Isoflurane เป็นยาสลบ ซึ่งสามารถทำให้สัตว์เกิดภาวะตัวเย็น (Hypothermia) ในระหว่างผ่าตัด และเป็นเหตุของการตายได้
        การศึกษานี้พัฒนา 2 ส่วน ได้แก่ (1) การสร้าง 3D-printed header ที่มี pneumatic duct สำหรับการสอดใส่ขั้วไฟฟ้า (electrode) ที่ติดอยู่กับเครื่องกระแทกคอร์เทกซ์แบบควบคุม (electromagnetic CCI device header) ที่ทำให้ศัลยแพทย์ใช้ระยะเวลาการผ่าตัดลดลง ซึ่งจะลดความเสี่ยงของการใช้ isoflurane ระหว่างกระบวนการผ่าตัดและลดระยะเวลาการฟื้นตัวหลังการผ่าตัดโดยเฉพาะปัญหาการควบคุมอุณหภูมิ (thermoregulation disruption) (ภาพที่ 1), และ (2) สร้าง active warming pad system เพื่อใช้ควบคุมอุณหภูมิของเตียงผ่าตัดและเพื่อคงอุณหภูมิของสัตว์ทดลองให้คงที่ระหว่างการผ่าตัด (ภาพที่ 2)
        ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่า การใช้แผ่นอุ่น (Active Warming Pad System) ช่วยป้องกันภาวะตัวเย็น ทำให้อัตราการรอดชีพของสัตว์ฟันแทะสูงขึ้นอย่างชัดเจน เมื่อเปรียบเทียบกับระบบสตเอริโอแทคติกแบบตั้งดิม อุปกรณ์เวอร์ชันปรับปรุงที่ติดตั้งฐานวางหัวสัตว์ที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์สามมิติ (3D-printed Header) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผ่าตัด ลดเวลาการผ่าตัดลง 21.7 % โดยเฉพาะในขั้นตอนการวัดระยะระหว่าง Bregma-Lambda ที่หัวของสัตว์ทดลอง

ภาพที่ 1 ระบบสเตอริโอแทคติกที่ปรับปรุงแล้ว a) ภาพรวมของการออกแบบ, b) 3D CAD model ของ 3D-printed header, c) 3D CAD model ของ CCI device ที่ติดตั้ง 3D-printed header ลงไป, d) CCI device ที่ติดตั้ง 3D-printed header ในสภาพแวดล้อมจริง

ภาพที่ 2 Active warming pad system สำหรับการผ่าตัด a) ภาพรวมของการออกแบบ, b) ก่อนการให้ความร้อน, c) หลังการให้ความร้อน

        ผลการศึกษาชี้ให้เห็นว่า ระบบสตเอริโอแทคติกที่ปรับปรุงแล้วมีประสิทธิภาพ ทำให้กระบวนการผ่าตัดทำได้รวดเร็วขึ้นและลดความเสี่ยงของการตายระหว่างการผ่าตัดในสัตว์ทดลองลง

          ผลงานวิจัยนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ด้านการศึกษาได้อย่างชัดเจน โดยเฉพาะในฐานะสื่อการเรียนรู้เชิงนวัตกรรมสำหรับการพัฒนาการเรียนการสอนและการวิจัยในระดับอุดมศึกษาและมัธยมศึกษา การสร้างต้นแบบระบบสเตอริโอแทคติกเวอร์ชันปรับปรุงและการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ สามารถใช้เป็นกรณีศึกษาในการเรียนการสอนด้านประสาทวิทยาศาสตร์ วิศวกรรมชีวการแพทย์ และ STEM Education ตลอดจนสามารถต่อยอดเป็นสื่อการสอนเชิงสาธิตและการเรียนรู้ผ่านการจำลอง (simulation-based learning) เพื่อสร้างประสบการณ์ใกล้เคียงของจริงโดยไม่จำเป็นต้องใช้สัตว์ทดลอง ผลงานนี้จึงมีศักยภาพทั้งในเชิงการบูรณาการความรู้สหวิทยาการ การสร้างแรงบันดาลใจแก่ผู้เรียน และการเผยแพร่เป็นแหล่งความรู้แบบเปิด (Open Education Resources: OER) ซึ่งสอดคล้องกับพันธกิจหลักของสถาบันนวัตกรรมการเรียนรู้ในการพัฒนาการศึกษาและสร้างสังคมแห่งการเรียนรู้อย่างยั่งยืน
        ผลจากงานวิจัยนี้สอดคล้องกับ SDG 3, SDG 9 และ SDG 12 โดยเทคนิคและอุปกรณ์สเตอริโอแทคติกเวอร์ชันปรับปรุงช่วยให้สามารถศึกษาการฟื้นฟูสมองหลังการบาดเจ็บรุนแรงในสัตว์ทดลองได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งสนับสนุน SDG 3: การส่งเสริมสุขภาพและคุณภาพชีวิตของมนุษย์ โดยเฉพาะเป้าประสงค์ย่อย 3.4 และ 3.8 ที่เกี่ยวข้องกับการลดการเสียชีวิตและการเข้าถึงบริการสุขภาพที่มีคุณภาพ นอกจากนี้ การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี 3D-printing สำหรับหัวต่ออุปกรณ์และระบบแผ่นอุ่น (active warming pad system) ช่วยเพิ่มความแม่นยำในการผ่าตัด ลดระยะเวลาการดำเนินการ และลดความเสี่ยงต่อสัตว์ทดลอง สอดคล้องกับ SDG 9: นวัตกรรมและงานวิจัยทางเทคโนโลยี (เป้าประสงค์ย่อย 9.5) ขณะเดียวกัน การปรับปรุงเทคนิคนี้ยังช่วยลดจำนวนสัตว์ทดลองที่เสียชีวิตและลดของเสียจากการทดลองทางการแพทย์ ทั้งวัสดุสิ้นเปลือง ยาชา และเวชภัณฑ์อื่น ๆ ซึ่งสอดคล้องกับ SDG 12: การบริโภคและการผลิตอย่างมีความรับผิดชอบ (เป้าประสงค์ย่อย 12.2 และ 12.5) ทำให้การใช้ทรัพยากรมีประสิทธิภาพและยั่งยืน

ที่มา/ Source:
Wechakarn, P., Lkomchitcharoen, S., Jatupornpoonsub, T., Jirakittayakorn., N., Puttanawarut, C., Likitsuntonwong, W., Chaimongkolnukul, K., and Wongsawat, Y., (2025). Modified Stereotactic Neurosurgery Techniques for Rodent Surgery Enhance Survival and Reduce Surgery Time in a Severe Traumatic Brain Injury Model. Scientific Reports, doi:https://doi.org/10.1038/s41598-025-05328-y