การประเมินประสิทธิภาพการต้านการอักเสบ GDF 15 แบบจำลอง Ex-Vivo ด้วยเทคนิค ELISA
อุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์ดูแลผิวที่ขับเคลื่อนด้วยนวัตกรรมและการตอบสนองความต้องการของผู้บริโภคที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น การค้นพบและทำความเข้าใจกลไกทางชีวภาพใหม่ๆ เพื่อนำมาประยุกต์ใช้ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่มีประสิทธิภาพและสร้างความแตกต่าง ถือเป็นหัวใจสำคัญแห่งความสำเร็จ หนึ่งในโมเลกุลที่กำลังได้รับความสนใจอย่างสูงในวงการวิทยาศาสตร์การแพทย์และชีววิทยาผิวหนัง และมีศักยภาพในการปฏิวัติแนวทางการพัฒนาผลิตภัณฑ์ต้านการอักเสบและดูแลสุขภาพผิวองค์รวม คือ Growth Differentiation Factor-15 (GDF-15)
โปรตีน GDF-15 ไม่ได้เป็นเพียงสารชีวโมเลกุลที่ซับซ้อน แต่ยังเป็นกุญแจสำคัญที่อาจไขความลับของกระบวนการอักเสบในผิวหนัง การตอบสนองของเซลล์ต่อปัจจัยคุกคามต่างๆ รวมถึงความเชื่อมโยงกับสภาวะสมดุลและการเสื่อมสภาพของผิวตามวัย ความเข้าใจอย่างถ่องแท้ในบทบาทและพฤติกรรมของ GDF-15 จะช่วยให้ท่านสามารถมองเห็นโอกาสในการ:
- พัฒนากลุ่มผลิตภัณฑ์ใหม่: ที่มุ่งเน้นการจัดการการอักเสบของผิวหนังอย่างตรงจุดและมีประสิทธิภาพ
- คัดเลือกสารออกฤทธิ์ (Active Ingredients): ที่มีกลไกการทำงานสอดรับกับการควบคุม GDF-15 เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด
- ยืนยันประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์ (Claim Substantiation): ด้วยหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่น่าเชื่อถือ ผ่านการใช้ GDF-15 เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ (Biomarker) ในการทดสอบ
Growth Differentiation Factor-15 (GDF-15) เป็นโปรตีนที่ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นอย่างมากในวงการวิทยาศาสตร์การแพทย์และการวิจัยทางชีววิทยา เนื่องจากมีบทบาทที่ซับซ้อนและหลากหลายในสภาวะทางสรีรวิทยาและพยาธิวิทยาต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการอักเสบ การตอบสนองต่อความเครียดของเซลล์ และการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ
ความสำคัญทางชีวภาพ
GDF-15 หรือที่รู้จักกันในชื่ออื่นๆ เช่น Macrophage Inhibitory Cytokine-1 (MIC-1), NSAID-activated gene (NAG-1), PLAB, หรือ PTGFB จัดเป็นสมาชิกในกลุ่มโปรตีน Transforming Growth Factor-β (TGF-β) superfamily โปรตีน GDF-15 ที่เจริญเต็มวัยมีลักษณะเป็นโฮโมไดเมอร์ (homodimer) ที่ถูกหลั่งออกมาจากเซลล์ GDF-15 จะมีส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมการเจริญเติบโตของเซลล์ การเปลี่ยนแปลงของเซลล์ (differentiation) และการควบคุมระบบภูมิคุ้มกัน ลักษณะที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการตอบสนองต่อสภาวะความเครียดของเซลล์ ซึ่งเป็นพื้นฐานสำคัญที่ทำให้ GDF-15 ถูกพิจารณาให้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ (biomarker) ที่มีศักยภาพ
แหล่งที่มาของ GDF-15 ในเซลล์
GDF-15 จะมีการแสดงออกในระดับต่ำในเนื้อเยื่อส่วนใหญ่ แต่จะมีการแสดงออกเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเพื่อตอบสนองต่อสภาวะความเครียดต่างๆ ของเซลล์ ซึ่งรวมถึงการอักเสบ การบาดเจ็บของเนื้อเยื่อ ภาวะขาดออกซิเจน (hypoxia) ความเครียดจากออกซิเดชัน (oxidative stress) และความผิดปกติของไมโทคอนเดรีย การแสดงออกของ GDF-15 สามารถถูกกระตุ้นได้ด้วยไซโตไคน์ที่ส่งเสริมการอักเสบ (pro-inflammatory cytokines) เช่น IL−1β, TNF−α, IL−2 และ Macrophage Colony-Stimulating Factor (M-CSF).
GDF-15 ถูกผลิตขึ้นจากเซลล์หลายชนิด รวมถึงแมคโครฟาจ (macrophages) เซลล์บุผนังหลอดเลือด (endothelial cells) เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ (cardiomyocytes) เซลล์ไขมัน (adipocytes) เซลล์กล้ามเนื้อเรียบของหลอดเลือด (vascular smooth muscle cells) เซลล์ผิวหนังคีราติโนไซต์ (keratinocytes) และเซลล์ไฟโบรบลาสต์ (fibroblasts) นอกจากนี้ รก (placenta) เป็นอวัยวะที่มีการแสดงออกของ GDF-15 ในระดับที่สูงมาก
GDF-15 ในสภาวะแวดล้อมของผิวหนัง: การอักเสบ สภาวะสมดุล และโรค
GDF-15 มีบทบาทที่น่าสนใจและซับซ้อนในผิวหนัง ซึ่งเป็นอวัยวะที่ใหญ่ที่สุดของร่างกายและทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันด่านแรก การทำความเข้าใจปฏิสัมพันธ์ของ GDF-15 ภายในสภาวะแวดล้อมของผิวหนังจึงมีความสำคัญต่อการพัฒนากลยุทธ์ในการรักษาและป้องกันโรคผิวหนังต่างๆ
- การอักเสบของผิวหนัง GDF-15 แสดงบทบาททั้งในการส่งเสริมและต้านการอักเสบ ขึ้นอยู่กับบริบทและสภาวะแวดล้อมเฉพาะ มีหลักฐานว่า GDF-15 สามารถยับยั้งการหลั่ง TNF−α ในระหว่างการกระตุ้นแมคโครฟาจ ซึ่งบ่งชี้ถึงบทบาทในการต้านการอักเสบ นอกจากนี้ GDF-15 ยังมีอิทธิพลต่อการเปลี่ยนแปลง macrophage polarization ซึ่งเกี่ยวข้องกับการต้านการอักเสบและการซ่อมแซมเนื้อเยื่อ การแสดงออกของ GDF-15 เองก็ถูกกระตุ้นโดยสิ่งเร้าที่ส่งเสริมการอักเสบเช่นกัน และในบางสถานการณ์ GDF-15 ก็มีความสัมพันธ์กับการอักเสบที่เพิ่มขึ้น เช่น ระดับ
GDF-15 ที่สูงขึ้นในผู้ป่วยโรคกล้ามเนื้อและผิวหนังอักเสบในเด็ก (Juvenile Dermatomyositis, JDM) ซึ่งสัมพันธ์กับคะแนนความรุนแรงของโรคทางผิวหนัง ในทางตรงกันข้าม GDF-15 ยังมีกลไกต้านการอักเสบที่รวดเร็วโดยการยับยั้งการกระตุ้น neutrophil integrin activation บทบาทที่ซับซ้อนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการตีความผลการทดลองในแบบจำลองผิวหนัง ex-vivo การเพิ่มขึ้นของ GDF-15 อาจบ่งบอกถึงการตอบสนองต่อการอักเสบที่กำลังดำเนินอยู่ หรืออาจเป็นความพยายามของร่างกายในการควบคุมและแก้ไขการอักเสบนั้น ในทางกลับกัน การลดลงของ GDF-15 หลังจากการรักษา อาจหมายถึงการลดลงของความเครียดในเซลล์ หรืออาจเป็นการยับยั้งการตอบสนองที่มีประโยชน์ของร่างกาย ซึ่งจำเป็นต้องมีการตีความอย่างระมัดระวังร่วมกับตัวบ่งชี้ทางชีวภาพอื่นๆ
- GDF-15 ในภาวะและโรคผิวหนังจำเพาะ บทบาทของ GDF-15 ในโรคผิวหนังต่างๆ แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนและการตอบสนองที่จำเพาะต่อโรค:
- โรคกล้ามเนื้อและผิวหนังอักเสบในเด็ก (JDM): ระดับ GDF-15 ในผู้ป่วย JDM สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และมีความสัมพันธ์ความรุนแรงของโรค (Disease Activity Scores, DAS).
- โรคสะเก็ดเงิน (Psoriasis): ในทางตรงกันข้าม ระดับ GDF-15 ในผู้ป่วยโรคสะเก็ดเงินกลับลดลง TNF−α ซึ่งเป็นไซโตไคน์ที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบในโรคสะเก็ดเงิน จะยับยั้งการทำงานของ GDF-15 ทำให้โรคสะเก็ดเงินรุนแรงขึ้น
- ความเสียหายจากรังสียูวีบี (UVB-Induced Damage): ในแบบจำลองเซลล์คีราติโนไซต์ของมนุษย์ (in-vitro) การฉายรังสียูวีบี (UVB) จะกระตุ้นให้ระดับ GDF-15 เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (ภายใน 2 ชั่วโมงหลังการฉายรังสี) สารสกัดจากเมล็ดองุ่น (Vitis vinifera seed extract, GSE) สามารถควบคุม (ลด) ระดับ GDF-15 ที่ถูกกระตุ้นโดย UVB นี้ได้ ซึ่งบ่งชี้ถึงคุณสมบัติในการป้องกันแสงแดดและต้านการอักเสบ
ตัวอย่างเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงพฤติกรรมที่ไม่หยุดนิ่งและจำเพาะต่อสภาวะของ GDF-15 ในพยาธิสภาพของผิวหนัง บทบาทของ GDF-15 ในโรคสะเก็ดเงิน (ระดับที่ลดลงส่งผลเสีย) แตกต่างจากใน JDM (ระดับที่สูงขึ้นสัมพันธ์กับความรุนแรงของโรค) ซึ่งเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการพิจารณาบริบทเมื่อตีความการเปลี่ยนแปลงของ GDF-15 การศึกษาเกี่ยวกับ UVB มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับการทดสอบส่วนผสมเครื่องสำอางที่มีคุณสมบัติป้องกันแสงแดด ข้อมูลเหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าอาจมี “หลักการ Goldilocks” สำหรับ GDF-15 ในสุขภาพผิวหนัง กล่าวคือ ทั้งการมี GDF-15 น้อยเกินไป (เช่นในโรคสะเก็ดเงิน หรือในเซลล์ไฟโบรบลาสต์ที่ขาด GDF-15 ซึ่งนำไปสู่การแก่ชรา) และการมี GDF-15 มากเกินไป (เช่นสัมพันธ์กับความรุนแรงของโรคใน JDM) อาจเป็นอันตรายหรือบ่งชี้ถึงพยาธิสภาพ ซึ่งหมายความว่าสุขภาพผิวที่ดีที่สุดอาจขึ้นอยู่กับระดับ GDF-15 ที่สมดุลและอยู่ในสภาวะโฮมีโอสแตซิส มากกว่าที่การเพิ่มขึ้นหรือลดลงเพียงอย่างเดียวจะเป็น “ดี” หรือ “ไม่ดี” ในทุกกรณี ความซับซ้อนนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตีความ GDF-15 ในฐานะตัวบ่งชี้ทางชีวภาพในการทดสอบผลิตภัณฑ์
ความเชื่อมโยงกับการแก่ชราของเซลล์ผิวหนัง
GDF-15 กำลังเป็นที่รู้จักในฐานะตัวบ่งชี้ความผิดปกติของไมโทคอนเดรีย และถูกพิจารณาว่าเป็น “ไมโทไมโอไคน์” (mitomyokine) หรือ “ไมโทไคน์” (mitokine) ซึ่งเป็นเครื่องหมายของความเครียดในไมโทคอนเดรีย ระดับ GDF-15 ที่สูงขึ้นพบในโรคกล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกติของไมโทคอนเดรีย การลดลงของ GDF-15 ในเซลล์ไฟโบรบลาสต์ของผิวหนังมนุษย์ (human dermal fibroblasts, HDFs) นำไปสู่ความผิดปกติของไมโทคอนเดรีย (เช่น การเพิ่มขึ้นของ Reactive Oxygen Species (ROS), การลดลงของศักย์เยื่อหุ้มไมโทคอนเดรีย, การบกพร่องในการใช้ออกซิเจน, และการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของไมโทคอนเดรีย) และการแก่ชราของเซลล์ก่อนวัยอันควร (premature cellular senescence) การสูญเสีย GDF-15 เฉพาะในไฟโบรบลาสต์ในแบบจำลองผิวหนังมนุษย์ 3 มิติ (3D reconstructed human skin model) ทำให้ชั้นหนังกำพร้าบางลง ซึ่งเป็นลักษณะเด่นของการแก่ชราของผิวหนัง และทำให้เกิดฟีโนไทป์การหลั่งสารที่เกี่ยวข้องกับการแก่ชรา (Senescence-Associated Secretory Phenotype, SASP) ที่แตกต่างออกไป
ความเชื่อมโยงนี้ทำให้ GDF-15 เกี่ยวข้องโดยตรงกับการแก่ชราของผิวหนังและสุขภาพของเซลล์ในระดับพื้นฐาน ผลิตภัณฑ์ที่มุ่งเป้าไปที่ประโยชน์ “ต่อต้านริ้วรอย” หรือ “สุขภาพผิว” โดยการปรับปรุงการทำงานของไมโทคอนเดรียหรือลดการแก่ชราของเซลล์ อาจสามารถประเมินผลได้โดยการติดตามระดับ GDF-15 อย่างไรก็ตาม การที่การลดลงของ GDF-15 ส่งผลเสีย ชี้ให้เห็นว่า การรักษาระดับหรือการทำงานของ GDF-15 ให้อยู่ในระดับที่เหมาะสม อาจเป็นกุญแจสำคัญในการต่อต้านริ้วรอย มากกว่าการพยายามลดระดับ GDF-15 เพียงอย่างเดียว
GDF-15 สุขภาพและโรคผิวหนัง
GDF-15 ถูกเสนอให้เป็นตัวบ่งชี้ทางชีวภาพสำหรับความรุนแรงของโรค JDM เพื่อแยกความแตกต่างของโรคกล้ามเนื้อ และอาจใช้สำหรับโรคสะเก็ดเงิน นอกจากนี้ยังมีข้อสังเกตเกี่ยวกับบทบาทของ GDF-15 ในการสร้างเม็ดสีที่เกี่ยวข้องกับอายุและกระบวนการสร้างเมลานิน (melanogenesis) ความสามารถในการถูกกระตุ้นโดยความเครียดทำให้ GDF-15 เป็นตัวบ่งชี้ทั่วไปของการรบกวนเซลล์
แบบจำลองผิวหนังมนุษย์ Ex-Vivo: สำหรับการประเมินฤทธิ์ต้านการอักเสบ โดยวัด GDF-15 ด้วยเทคนิค ELISA
Ex-Vivo เป็นเครื่องมือที่มีคุณค่าอย่างยิ่งในการวิจัยทางผิวหนัง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการประเมินฤทธิ์ต้านการอักเสบของสารออกฤทธิ์หรือผลิตภัณฑ์ เนื่องจากมีความใกล้เคียงกับสรีรวิทยาของผิวหนังมนุษย์ตามธรรมชาติ โดยยังคงรักษาความซับซ้อนของโครงสร้างผิวหนังไว้ นอกจากนี้ การใช้แบบจำลองผิวหนังมนุษย์ ex-vivo ยังช่วยหลีกเลี่ยงข้อกังวลด้านจริยธรรมที่เกี่ยวข้องกับการทดลองในสัตว์ ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าผิวหนังสัตว์อาจมีความแตกต่างจากผิวหนังมนุษย์อย่างมีนัยสำคัญในด้านจุลกายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยา ความสามารถในการใช้สารทดสอบในแบบจำลอง ex-vivo ช่วยให้สามารถประเมินการแทรกซึมของสารประกอบและการกระตุ้น หรือการยับยั้ง การตอบสนองทางชีวภาพเฉพาะที่ภายในเมทริกซ์เนื้อเยื่อของมนุษย์ได้อย่างแม่นยำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงของระดับ GDF-15 ซึ่งเป็น marker ที่เกี่ยวข้องกับการอักเสบ โดยใช้เทคนิค ELISA ที่มีความจำเพาะและแม่นยำ การวัดค่า GDF-15 ในแบบจำลอง ex-vivo นี้ ซึ่งจำลองสถานการณ์การใช้งานทางคลินิกได้อย่างใกล้ชิด ช่วยให้สามารถประเมินประสิทธิภาพของสารที่มุ่งเน้นการลดการอักเสบได้อย่างน่าเชื่อถือ
การประเมินประสิทธิภาพการต้านการอักเสบ โดยใช้ GDF15 เป็นตัวบ่งชี้ ในแบบจำลอง Ex-Vivo ด้วยเทคนิค ELISA: ตัวอย่างที่เหมาะสม
GDF15 (Growth Differentiation Factor 15) เป็นโปรตีนที่ถูกสร้างและหลั่งออกมาเพิ่มขึ้นในภาวะที่มีความเครียดของเซลล์ การบาดเจ็บ หรือการอักเสบในเนื้อเยื่อต่างๆ รวมถึงผิวหนัง แม้ว่า GDF15 จะมีบทบาทที่ซับซ้อน แต่ระดับที่เพิ่มขึ้นของมันมักเกี่ยวข้องกับการตอบสนองต่อการอักเสบในระดับเซลล์ การวัดระดับ GDF15 ในแบบจำลองผิวหนังมนุษย์ Ex-Vivo ที่ถูกกระตุ้นให้เกิดการอักเสบ (เช่น การฉายรังสียูวี หรือการใช้สารก่อการอักเสบ) สามารถใช้เป็นตัวบ่งชี้ถึงระดับการอักเสบที่เกิดขึ้นได้
การทดสอบประสิทธิภาพการต้านการอักเสบโดยใช้ GDF15 เป็นตัวบ่งชี้ในแบบจำลอง Ex-Vivo จะทำโดยการนำผลิตภัณฑ์หรือสารที่ต้องการทดสอบไปใช้กับชิ้นส่วนผิวหนัง Ex-Vivo จากนั้นทำการกระตุ้นให้เกิดการอักเสบ แล้ววัดปริมาณ GDF15 ที่ผลิตขึ้นโดยเซลล์ผิวหนังในชิ้นส่วนนั้นๆ โดยใช้เทคนิค ELISA ซึ่งเป็นวิธีที่มีความจำเพาะและแม่นยำในการหาปริมาณโปรตีน การที่ผลิตภัณฑ์สามารถลดระดับ GDF15 ที่เพิ่มสูงขึ้นจากภาวะอักเสบได้ แสดงว่าผลิตภัณฑ์นั้นมีแนวโน้มที่จะมีฤทธิ์ต้านการอักเสบ
ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ สารออกฤทธิ์ และยา (สำหรับใช้ภายนอก) ที่เหมาะสมกับการทดสอบนี้:
1.ผลิตภัณฑ์ (Products):
- ผลิตภัณฑ์ปลอบประโลมผิวหลังออกแดด: เพื่อประเมินประสิทธิภาพในการลดการอักเสบจากรังสียูวี
- ผลิตภัณฑ์สำหรับผิวแพ้ง่าย/ระคายเคือง: ตรวจสอบความสามารถในการลดการตอบสนองการอักเสบของผิว
- เซรั่มหรือครีมที่มีส่วนผสมต้านอนุมูลอิสระ/ต้านการอักเสบ: ประเมินผลต่อกระบวนการอักเสบระดับเซลล์
- ผลิตภัณฑ์สำหรับผิวที่มีปัญหารอยแดงหรือการอักเสบเรื้อรัง:
2.สารออกฤทธิ์ (Active Ingredients):
- สารสกัดจากพืช/สมุนไพร: หลายชนิดมีประวัติการใช้เพื่อลดการอักเสบ เช่น สารสกัดจากใบบัวบก ว่านหางจระเข้ ขมิ้นชัน
- สารต้านอนุมูลอิสระ: เช่น วิตามินซี วิตามินอี สารกลุ่มฟลาโวนอยด์ ที่ช่วยลดการอักเสบที่เกิดจาก Oxidative Stress
- เปปไทด์
- สารสังเคราะห์
3.ยาใช้ภายนอก (Topical Medicine)
Literature:
- Emmerson, P. J., Duffin, K. L., Chintharlapalli, S., & Wu, X. (2018). GDF15 and Growth Control. Frontiers in Physiology, 9, 1712.
- Rzemieniewski, B., Kasztelan, A., Poboży, K., & Domańska-Poboża, J. (2024). Growth differentiation factor 15 – a review of current literature on biological roles and clinical significance. European Journal of Clinical and Experimental Medicine, 22(4), 921-933.
- Decean, H. P., Brie, I. C., Tatomir, C. B., Perde-Schrepler, M., Fischer-Fodor, E., & Virag, P. (2018). Targeting MAPK (p38, ERK, JNK) and inflammatory CK (GDF-15, GM-CSF) in UVB-Activated Human Skin Cells with Vitis vinifera Seed Extract. Journal of Environmental Pathology, Toxicology and Oncology, 37(3), 261-272.
- Wedel, S., Martic, I., Guerrero Navarro, L., Ploner, C., Pierer, G., Jansen-Dürr, P., & Cavinato, M. (2022). Depletion of growth differentiation factor 15 (GDF15) leads to mitochondrial dysfunction and premature senescence in human dermal fibroblasts. Aging Cell, 22(1), e13752.
- Duvvuri, B., Gonzalez-Chapa, J. A., Pachman, L. M., Morgan, G. A., Naik, N., Shenoi, S., & Lood, C. (2025). The emerging role of growth differentiation factor 15 as a potential disease biomarker in juvenile dermatomyositis. Rheumatology, 64(2), 805-809.