เครื่องจำลองสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง
ทำงานอย่างไร ?

แรงโน้มถ่วงคืออะไร

เป็นแรงดึงดูดที่โลกกระทำต่อวัตถุทุกชิ้น โดยมีทิศทางเข้าสู่ศูนย์กลางของโลกเสมอ

แรงโน้มถ่วงกับงานวิจัยระดับเซลล์

แรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่สิ่งมีชีวิตบนโลกสัมผัสอยู่ตลอดเวลา จนเราแทบไม่ทันสังเกตว่ามันมีบทบาทต่อรูปร่าง การวางตัว การเคลื่อนที่ ตลอดจนการแบ่งตัวและการเปลี่ยนแปลงหน้าที่ของเซลล์เพียงใด เมื่อนักวิจัยต้องการตอบคำถามว่าเซลล์หรือเนื้อเยื่อจะมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อแรงโน้มถ่วงลดลง เพิ่มขึ้น หรือเปลี่ยนไปจากระดับปกติ จึงเกิดความพยายามสร้างสภาวะทดลองที่ควบคุมแรงโน้มถ่วงได้โดยไม่จำเป็นต้องส่งตัวอย่างขึ้นสู่อวกาศ

การทดลองช่วงสั้นสู่เครื่อง Clinostat

ปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 นักวิจัยได้มีการศึกษาผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่อพืช จึงมีการพัฒนา “คลิโนสแตต” ขึ้น เครื่องรุ่นแรกหมุนตัวอย่างรอบแกนแนวนอนเพียงแกนเดียว การหมุนทำให้ตัวอย่างไม่รับแรงโน้มถ่วงจากทิศเดิมอย่างต่อเนื่องจึงช่วยลดการตอบสนองที่เกิดจากทิศทางของแรง อย่างไรก็ตามคลิโนสแตตหนึ่งแกนยังไม่สามารถสร้างสภาวะไมโครกราวิตี หรือ สภาวะไร้แรงโน้มถ่วงได้

เครื่อง Gravite คืออะไร?

Gravite คือ เครื่องจำลองสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง ซึ่งมีการพัฒนามาจากเครื่อง คลิโนสแตตแบบสามมิติที่ใช้แกนหมุนสองแกนซ้อนกัน "Gravite®" สามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำมาก (Microgravity) ที่ 1/1000G เท่ากับสถานีอวกาศนานาชาติ และยังสามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงสูงมาก (Hypergravity) ที่ 2G, 3G และอื่นๆ ได้ด้วยการหมุนตัวอย่าง 360° รอบแกนตั้งฉากสองแกน และรวมเวกเตอร์แรงโน้มถ่วงในช่วงเวลาหนึ่ง

Gravite ทำอะไรได้บ้าง

หัวใจของเครื่องคือชุดหมุนสองแกนและเซนเซอร์วัดความเร่ง ตัวควบคุมสั่งความเร็วและความสัมพันธ์ของการหมุนแต่ละแกนตามโหมดที่เลือก ขณะเดียวกันหน้าจอแสดงค่าความเร่งตามแกน X Y และ Z รวมถึงค่าเฉลี่ย ผู้ใช้งานจึงไม่ได้เห็นเพียงว่าเครื่องกำลังหมุน แต่ยังตรวจสอบสภาพแรงที่ตัวอย่างได้รับระหว่างการทดลองได้ และเครื่องมีฟังก์ชั่นให้เลือก ดังนี้

Micro G สร้างสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง
Hyper G สร้างสภาวะแรงโน้มถ่วงสูงด้วยแรงหนีศูนย์กลางจากการหมุนหนึ่งแกน โดยเลือกได้ที่ 2.0G, 2.5G และ 3.0G เหมาะกับการเปรียบเทียบการตอบสนองของตัวอย่างเมื่อแรงมากกว่าระดับปกติบนโลก
Planet G จำลองระดับแรงโน้มถ่วงบางส่วนของดวงจันทร์ประมาณ 1/6G และดาวอังคารประมาณ 1/3G

นอกจากนี้เครื่อง Gravite ในตู้ CO2 Incubator ที่อุณหภูมิ 37°C และความชื้น 95% ได้อีกด้วย

เครื่อง Gavite และประโยชน์ต่องานวิจัย

Gravite สามารถสร้างทั้งแรงต่ำกว่าโลกและแรงสูงกว่าโลก จึงช่วยออกแบบการทดลองแบบเปรียบเทียบได้เป็นระบบ เช่น เปรียบเทียบเซลล์ควบคุมที่ 1G กับ Micro G หรือศึกษาการตอบสนองตามระดับ 1/6G, 1/3G, 2G และ 3G เป็นต้น ดังนั้น Gravite จึงเป็นเครื่องมือที่เหมาะกับงานวิจัยและพัฒนาสิ่งใหม่ๆ ทั้งงานวิจัยทางชีววิทยาและเคมีเกือบทุกสาขา เช่น Cell Culture, Cancer Research, Cell Therapy, Stem Cell Research, Drug Discovery Tissue engineering, Astrobiology, Protein Structural Analysis, Embryology เป็นต้น

ตัวอย่างงานวิจัย

Example 1: Effect of Simulated Microgravity on Embryonic Stem Cell Culture (ผลกระทบของสภาวะจำลองสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงต่อการเพาะเลี้ยงเซลล์ต้นกำเนิดจากตัวอ่อน)

ภาพที่ 1 การเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของเซลล์ต้นกำเนิดตัวอ่อนของหนูที่เพาะเลี้ยงในวันที่ 3 และ 7 เซลล์ทั้งหมดมีรูปร่างเป็นวงรีและแบนราบ ซึ่งเป็นลักษณะของเซลล์ต้นกำเนิดตัวอ่อนที่แตกต่างแล้วในกลุ่ม 1G (a, b) เซลล์ในกลุ่ม CL แสดงให้เห็นการก่อตัวของเซลล์ทรงกลม (c, d)

ภาพที่ 2 ผลการย้อมเอนไซม์อัลคาไลน์ฟอสฟาเทส (ALP) ของกลุ่ม 1G (a) และกลุ่ม CL (b) ในวันที่ 7 โดยกลุ่มก้อนเซลล์ทรงกลมของกลุ่ม CL ให้ผลบวกต่อ ALP และเซลล์ในกลุ่ม CL มีการแสดงออกของตัวบ่งชี้ภาวะเซลล์ที่ยังไม่เปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์จำเพาะ (undifferentiated cell markers) (c)

Example 2: Myoblast differentiation was inhibited under 10-3g with Gravite (การแยกตัวของเซลล์ไมโอบลาสต์ถูกยับยั้งภายใต้แรง 10-3g ด้วยเครื่อง Gravite)

ภาพที่ 3 การแยกตัวของเซลล์ไมโอบลาสต์ถูกยับยั้งภายใต้แรงโน้มถ่วง 10-3g ด้วยเครื่อง Gravite

จากตัวอย่างงานวิจัยดังกล่าวสะท้อนให้เห็นว่า Gravite ช่วยเปิดมุมมองใหม่ในการศึกษาว่าแรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลต่อการเจริญ การคงสภาพ และการเปลี่ยนแปลงหน้าที่ของเซลล์อย่างไร ด้วยความสามารถในการควบคุมสภาวะ ทดลองต่อเนื่อง ทำซ้ำ และติดตามค่าความเร่งได้ Gravite จึงช่วยให้งานวิจัยเช่น ด้านชีววิทยาเซลล์, เวชศาสตร์ฟื้นฟู และเวชศาสตร์อวกาศดำเนินการได้อย่างเป็นระบบมากขึ้น ที่สำคัญยังมีการนำเครื่อง Gravite ไปใช้ที่ศูนย์อวกาศเคนเนดีของนาซาอีกด้วย Gravite จึงไม่ใช่เพียงเครื่องจำลองสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงเท่านั้นแต่ยังเป็นสะพานสำคัญที่เชื่อมการทดลองภายในห้องปฏิบัติการไปสู่การค้นพบและการประยุกต์ใช้ทางวิทยาศาสตร์ในอนาคต

สามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่: Link

บทความโดย: ปาลียา ศรีปัญญา

ตำแหน่ง: Assistant Product Marketing Manager

เครื่องจำลองสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง ทำงานอย่างไร ?

เครื่องจำลองสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง
ทำงานอย่างไร ?