Research

(1) สร้างองค์ความรู้ใหม่ด้านพลาสติกชีวภาพสำหรับใช้งานทางการแพทย์ผ่านการทำงานวิจัยขั้นแนวหน้า (Frontier Research) 

(2) พัฒนาพลาสติกชีวภาพสำหรับใช้งานทางการแพทย์เพื่อใช้งานจริงในภาคอุตสาหกรรม (Research Utilization)

กรอบวิจัยมุ่งเน้น 3 ด้านคือ

กรอบวิจัยที่ 1: พอลิเอสเทอร์ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสำหรับใช้งานทางการแพทย์ (Biodegradable Polyesters for Use in Biomedical Applications) 

หน่วยงานแกนนำ: CMU (หัวหน้าทีมคือ รองศาสตราจารย์ ดร. วินิตา บุณโยดม) 

หน่วยงานเครือข่าย: NU, MFU, NSTDA, PSU, CU, MU, SU, RMUTL PTT, IRPC, Novatech and Healthcare Aston University (UK), Technical University of Liberec (Czech Republic), SKKU (Korea) มีเป้าหมายคือ

ขอบเขตงานจะดำเนินการพัฒนาพอลิเอสเทอร์ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสำหรับใช้งานทางการแพทย์ ตั้งแต่ต้นน้ำ กลางน้ำ ปลายน้ำ ผ่านขั้นตอนการออกแบบ สังเคราะห์ ปรับปรุงคุณสมบัติ และทดสอบตามมาตรฐานเพื่อประยุกต์ใช้งานทางการแพทย์ เช่น Biomaterials, Responsive polymer, Wound dressing, Contact lens, Temporary scaffolds, Mycotoxin, Dental scaffolds & membranes, Medical Devices, Drug Delivery/Controlled release เป็นต้น หน่วยงานดำเนินงานหลักคือ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ (CMU) นำโดย รองศาสตราจารย์ ดร. วินิตา บุณโยดม ดำเนินงานภายใต้ “ห้องปฏิบัติการผลิตพลาสติกชีวภาพสำหรับใช้ทางการแพทย์ (Bioplastic Production Laboratory for Medical Applications)” เป็นห้องปฏิบัติการต้นแบบผลิตเม็ดพลาสติกชีวภาพทางการแพทย์คุณภาพสูงมาตรฐานสากลแห่งแรกและแห่งเดียวในประเทศไทยที่ดำเนินการโดยนักวิจัยไทย ได้รับการรับรอง ISO13485 (ระบบบริหารคุณภาพสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องมือและอุปกรณ์การแพทย์ Medical devices-Quality management systems-Requirements for regulatory purposes) จากบริษัท TÜV SÜD ประเทศสหรัฐอเมริกา ในขอบเขต “Design and Development, Production and Distribution of Medical Polymers and Absorbable Suture Materials” ซึ่งจะมีมหาวิทยาลัยเครือข่ายทุกมหาวิทยาลัยคือ NU, MFU, NSTDA, PSU, CU, MU, SU, RMUTL ร่วมดำเนินงาน

ในส่วนความร่วมมือกับต่างประเทศ จะผ่านโครงการ MEDIPOL (Molecular Design of Polymers for Biomedical Applications) ได้รับงบประมาณสนับสนุนจาก Research and Innovation Staff Exchange (RISE), European Commission ซึ่งเป็นการร่วมมือสหสาขาวิชาในระดับนานาชาติที่ขับเคลื่อนด้วยการแลกเปลี่ยนบุคลากรระหว่างหน่วยงานที่เข้าร่วมซึ่งอยู่ในยุโรปและเอเชีย เพื่อแก้ปัญหาหลักใหญ่ในเชิงเศรษฐศาสตร์สังคมในระดับนานาชาติ มีการแลกเปลี่ยนความรู้และสร้างเครือข่าย/ความร่วมมือระหว่าง 1. Aston University, UK (Aston) 2. i+Med S. Coop, Spain (i+Med) 3. Technical University of Liberec, Czech Republic (TUL) 4. Chiang Mai University, Thailand (CMU) 5. Naresuan University, Thailand (NU) 6. Mae Fah Luang, Thailand (MFU) รวมทั้ง SKKU, Korea ภาคเอกชนมีความร่วมมือกับบริษัท ปตท. จำกัด (มหาชน) บริษัท ไออาร์พีซี จำกัด (มหาชน) และบริษัท โนวาเทค เฮลธ์แคร์ จำกัด

ตัวอย่างโจทย์วิจัยขั้นแนวหน้า เช่น (1) ระบบตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการสังเคราะห์พอลิเมอร์ย่อยสลายได้ทางชีวภาพผ่านปฏิกิริยาการพอลิเมอไรเซชันแบบเปิดวง (2) การพัฒนาพอลิเมอร์ย่อยสลายได้ทางชีวภาพสำหรับใช้งานทางการแพทย์ ตัวอย่าง เช่น ไหมเย็บแผลละลายได้ชนิดเส้นเดี่ยว ไฮโดรเจลปิดแผล ระบบนำส่งยาที่สามารถควบคุมการปลดปล่อย กระบวนการผลิตไหมละลายได้ที่ต้านแบคทีเรียโดยวิธีอิเล็กโทรสปินนิงแบบไร้เข็มสำหรับการรักษาบาดแผล การออกแบบและพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเส้นใยระดับนาโนเมตรสำหรับเครื่องมือแพทย์ เป็นต้น

ตัวอย่างโจทย์วิจัยเพื่อใช้งานจริงในภาคอุตสาหกรรม (Research Utilization) เช่น การขยายสเกลการสังเคราะห์เม็ดเรซินเกรดทางการแพทย์ การขึ้นรูปเม็ดเรซินพอลิเอสเทอร์ที่ย่อยสลายได้เกรดทางการแพทย์เพื่อใช้งานทางการพิมพ์สามมิติ Sustainable packaging for healthcare products, Biobased/biodegradable single-use plastics for healthcare (e.g. gloves, masks, medical device containers, etc.) เป็นต้น ทั้งนี้การที่จะนำผลงานวิจัยขั้นพื้นฐานด้านวัสดุชีวภาพและเครื่องมือสำหรับใช้งานทางการแพทย์และบรรจุภัณฑ์ และการยกระดับความพร้อมของเทคโนโลยี (TRL, Technology Readiness Level) จาก TRL 1-3 ไปเป็น TRL ที่สูงขึ้น หรือทำให้เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้ได้จริงนั้น จำเป็นอย่างที่จะต้องมีห้องปฏิบัติการที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 13485 (ระบบการบริหารงานด้านคุณภาพสำหรับเครื่องมือทางการแพทย์) และโรงงานนำร่องวัสดุทางการแพทย์ ซึ่งประกอบด้วย 3 หน่วยย่อย ดังนี้

1. หน่วยเทคโนโลยีขึ้นรูปเครื่องมือแพทย์

2. หน่วยทดสอบเครื่องมือแพทย์

3. ห้องปฏิบัติการความปลอดภัยทางชีวภาพระดับ (Biosafety Level 2: BSL2) เพื่อดำเนินการสร้าง และทดสอบระบบประเมินความเหมาะสมทางชีวภาพเบื้องต้นที่สามารถทำร่วมกันแบบคู่ขนานกับการวิจัยและพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้ภายในหน่วยประเมิน

อาคารโรงงานนำร่องด้านวัสดุสำหรับการทำงานวิจัย-นวัตกรรม เพื่อรองรับกระบวนการผลิตที่ต่อยอดจากงานวิจัยทางด้านการแพทย์ เป็นส่วนประกอบสำคัญในการพัฒนาบุคลากรที่มีความสามารถด้านเทคโนโลยีและนวัตกรรมและมีศักยภาพรองรับการแข่งขันในอนาคต เป็นการพัฒนาต้นแบบที่มีความพร้อมทางเทคโนโลยีระดับ 3 ขึ้นไป ให้เพิ่มขีดความสามารถและยกระดับความพร้อมทางเทคโนโลยี ถึงระดับ 5 ขึ้นไป ทั้งนี้ผลงานที่ได้รับการยกระดับความพร้อมทางเทคโนโลยีแล้วจะได้นำไปเข้าคู่ความร่วมมือกับภาครัฐ/รัฐวิสาหกิจ/เอกชน อุตสาหกรรม และชุมชน เพื่อสร้างผลงานใช้ประโยชน์ที่แท้จริง สอดคล้องกับยุทธศาสตร์ ววน. ตัวอย่างของงานวิจัยที่สามารถผลิตต่อยอดได้ คือ ผลิตไหมเย็บแผลละลายได้ชนิดเส้นเดี่ยวทางการค้า ซึ่งปัจจุบันนี้ กำลังเตรียมความพร้อมที่จะเข้าสู่การวิจัยมนุษย์ร่วมกับคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ซึ่งถือว่าเป็นเป้าหมาย Quick win และเป้าหมายระยะยาวจะทำการพัฒนาวัสดุและเครื่องมือแพทย์ที่ใช้ภายในร่างกายจากพอลิเมอร์ธรรมชาติและพอลิเมอร์สังเคราะห์แบบย่อยสลายได้ทางชีวภาพอื่นๆ ของแต่ละมหาวิทยาลัยเครือข่าย ซึ่งเตรียมจากพลาสติกย่อยสลายได้ทางชีวภาพเกรดทางการแพทย์

นอกจากนี้ TBES ศูนย์ทดสอบทางพิษวิทยาและชีววิทยา (TBES : Toxicology and Bio Evaluation Service Center) หนึ่งใน National Quality Infrastructure (NQI) ภายใต้ สวทช. มีการให้บริการทดสอบทางด้านพิษวิทยาและฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาของผลิตภัณฑ์ด้วยวิธีมาตรฐาน ISO และ OECD test guidelines เนินการด้วยระบบคุณภาพสากล (https://www.nstda.or.th/tbes/) เป็นอีกหน่วยงานความร่วมมือในการพัฒนา Hub ด้วย

กรอบวิจัยที่ 2: วัสดุอัจฉริยะจากพอลิเมอร์ชีวภาพสำหรับใช้งานทางการแพทย์ (Smart Materials from Bio-based Polymers for Use in Biomedical Applications) 

หน่วยงานแกนนำ: CU (หัวหน้าทีมคือ ศาสตราจารย์ ดร. สุวบุญ จิรชาญชัย) 

หน่วยงานเครือข่าย: CMU, NU, MFU, NSTDA, PSU, MU, SU Tokyo University of Agriculture and Technology, University of Amsterdam Kyoto Institute of Technology, Max Planck Institute for Polymer Research University of Hamburg, Karlsruhe Institute of Technology, University of Bayreuth บริษัท Avantium เป็นต้น มีเป้าหมายคือ

ขอบเขตงานจะดำเนินการออกแบบโมเลกุล การสังเคราะห์ โดยเฉพาะเรื่องพอลิเมอร์ชีวภาพ การกำหนดลักษณะเฉพาะของพลาสติกชีวภาพ การใช้ประโยชน์จากโครงสร้างชีวภาพ นอกจากนี้ยังได้ดำเนินการพัฒนาสภาวะการขึ้นรูปเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุและความสัมพันธ์กับโครงสร้าง การเตรียมพอลิเมอร์เชิงฟังก์ชัน/พอลิเมอร์ที่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาวะแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ pH แสง และแรง เป็นต้น โดยวัสดุตั้งต้นหลักเป็นพอลิแซคคาไรด์ (Polysaccharides) เช่น ไคโตซาน (chitosan) แอลจิเนต (alginate) ไฮยาลูรอนิค แอซิด (hyaluronic acid) เพื่อพัฒนาเป็นวัสดุชีวภาพที่ใช้งานในทางการแพทย์ โดยคำนึงถึงความเหมาะสมและลักษณะการใช้งาน และสภาวะจำเพาะของการใช้งาน เพื่อออกแบบสังเคราะห์พอลิเมอร์ให้มีคุณสมบัติเหมาะสมต่อการใช้งานลักษณะต่างๆ เช่น การออกแบบไฮโดรเจลที่สามารถฉีดได้เพื่อใช้งานเป็นกาวเชื่อมกระดูก (Injectable gel for bone glue) การออกแบบวัสดุปิดแผล (Wound dressing) สายระบายหลอดเลือด (coronary stent) สายระบายปัสสาวะในท่อไต (ureteral stent) การพัฒนาระบบคัดแยกสารชีวภาพสำคัญโดยมีพอลิแซคคาไรด์เป็นฐาน เช่น ระบบคัดแยกแอนติเจน (antigen extractor) ระบบคัดแยกสารชีวภาพแบบไม่แยกชั้น (single phase extraction) การออกแบบวัสดุตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมลักษณะต่างๆ จากพอลิเมอร์ชีวภาพ (Bio-smart materials, Responsive polymers) ทั้งนี้ ได้มีความร่วมมือกับ TUAT: Tokyo University of Agriculture and Technology ประเทศญี่ปุ่นในการพัฒนาพอลิเมอร์ชีวภาพใหม่ๆ ผ่านโครงการ Science and Technology Research Partnership for Sustainable Development (SATREPS) ความร่วมมือกับ Prof. Gert-Jan Gruter, University of Amsterdam และบริษัท Avantium ในการพัฒนาพอลิเมอร์ชีวภาพใหม่ๆ ความร่วมมือกับ KIT (Kyoto Institute of Technology) ประเทศญี่ปุ่นในการพัฒนาเทคนิคการถักทอเส้นใยเพื่อขึ้นรูปเป็น stent ความร่วมมือกับ Prof. Matsuski Michiya (Osaka University) ในการพัฒนานาโนพาร์ติเคิลไคโตซานเพื่อการทำลายเซลล์มะเร็ง ความร่วมมือกับ Prof. Hans-Jürgen Butt (Max Planck Institute for Polymer Research: MPIP) ในการพัฒนาวัสดุขั้นสูงแบบควบคุมโครงสร้างไคโตซานเส้นใยนาโน ความร่วมมือกับ Prof. Volker Abetz (University of Hamburg) ในการพัฒนา vitrimer จากแป้ง รวมถึงการออกแบบวัสดุตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมต่างๆ เพื่อพัฒนาเป็นระบบนำส่งยา (drug delivery) และวัสดุมีกลไกพิเศษ (responsive materials) ที่ได้ร่วมมือกับ Prof. Patrick Theato (Karlsruhe Institute of Technology: KIT) Prof. Andreas Greiner และ Prof. Seema Agarwal (University of Bayreuth) 

กรอบวิจัยที่ 3: สารสกัดจากธรรมชาติและโปรตีนไหมสําหรับใช้งานทางการแพทย์ (Natural Extract and Silk Protein for Use in Biomedical Applications) 

หน่วยงานแกนนำ: NU (หัวหน้าทีมคือ รองศาสตราจารย์ ดร. สุกัญญา รอส)

หน่วยงานเครือข่าย: CMU, NU, MFU, NSTDA, PSU, MU, SU Aston University (UK) University of Sheffield (UK), Technical University of Liberec (TUL, Cz), Gunma University (Japan), The University of Franche- Comté (UFC, Fz), Nova Tech Healthcare Co.Ltd. เป็นต้น 

ขอบเขตงานสนใจโปรตีนจากไหม (เซริซิน และไฟโบรอิน) และวัสดุออกฤทธิ์ทางชีวภาพ (biological active agents) เน้นการสังเคราะห์และการหาลักษณะทางเคมีของวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานทางการแพทย์หลากหลายรูปแบบ ด้วยการใช้เทคนิคการขึ้นรูปที่หลากหลาย อาทิ กระบวนการหล่อด้วยตัวทำละลายเพื่อผลิตฟิล์มหรือเคลือบผิว การใช้การแช่แข็งเพื่อสร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนซึ่งมีความสำคัญต่อวิศวกรรมเนื้อเยื่อ การขึ้นรูปเส้นใยที่มีขนาดระดับนาโนเมตรด้วยไฟฟ้าเพื่อสร้างไฟเบอร์ที่ใช้เป็นโครงสร้างในวิศวกรรมเนื้อเยื่อหรือระบบส่งยา นอกจากนี้ยังใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อน และมีการออกแบบที่เหมาะสำหรับการใช้งานทางด้านการสร้างเซลล์ผิวหนัง การสร้างเซลล์กระดูก ในรูปแบบของเครื่องมือแพทย์ อาทิ แผ่นปิดแผล ที่มีการพัฒนาวัสดุสำหรับการแต่งบาดแผลที่ส่งเสริมการรักษาและเหมาะสำหรับแผลประเภทต่าง ๆ รวมถึงการสร้างโครงสร้างที่สนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ เช่น วัสดุโครงเลี้ยงเซลล์ทางการฟื้นฟูผิวหนังและกระดูก วัสดุโครงเลี้ยงเซลล์และเมมเบรนที่ออกแบบสำหรับการใช้งานทางทันตกรรม เป็นต้น นอกจากนี้ เพื่อเพิ่มฟังก์ชันการทำงานและการใช้งานของวัสดุที่พัฒนาขึ้น ได้ใช้เทคโนโลยีนวัตกรรม เช่น การสังเคราะห์และขึ้นรูปนาโนเจลและนาโนไฟเบอร์ที่สร้างด้วยวัสดุที่สามารถย่อยสลายได้และเข้ากันได้ทางชีวภาพเพื่อเป็นตัวช่วยในการนำส่งสารที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ

ทั้งนี้นักวิจัยมีความมุ่งมั่นในการนำนวัตกรรมไปใช้ ไม่เพียงแต่จำกัดอยู่ในห้องปฏิบัติการเท่านั้น นักวิจัยยังมีการพัฒนาและสร้างความร่วมมือระหว่างประเทศอย่างแข็งขันกับสถาบันต่าง ๆ เช่น Aston University (UK) University of Sheffield (UK), Technical University of Liberec (TUL, Cz), Gunma University (Japan), The University of Franche-Comté (UFC, Fz) และ รวมไปถึงการตระหนักถึงการนำไปใช้ประโยชน์เชิงพาณิชย์ด้วยการสร้างความร่วมมือที่เข้มแข็งและสร้างโจทย์งานวิจัยที่ตอบโจทย์ความต้องการของภาคเอกชน อาทิ Nova Tech Healthcare Co. Ltd. เพื่อแลกเปลี่ยนความรู้ เทคโนโลยี และวิธีการวิจัย พร้อมทั้งสร้างบุคลากรทางการวิจัยรุ่นใหม่ให้มีประสบการณ์การทำวิจัย การนำการวิจัยไปใช้ประโยชน์ให้เกิดผลลัพธ์และผลกระทบที่ดีต่อสังคมในรูปแบบของการทำวิจัยระยะสั้น ณ ต่างประเทศ การฝึกงานในภาคเอกชน การนำเสนอผลงานระดับนานาชาติและระดับชาติ ผ่านการได้รับทุนวิจัยต่างประเทศของนักวิจัยอีกด้วย

ศูนย์ฯ จะพัฒนาและรวบรวมผู้เชี่ยวชาญด้านพลาสติกชีวภาพสำหรับใช้งานทางการแพทย์ที่มีทักษะสูงรวมทั้งความร่วมมือเชิงกลยุทธ์กับหน่วยงานเครือข่ายทั้งในและต่างประเทศ รวมทั้งภาครัฐและเอกชน โดยจะพัฒนาระบบนิเวศทั้งวิจัยและนวัตกรรมด้านพลาสติกชีวภาพ ให้สามารถดำเนินงานได้ครบวงจร และสามารถส่งเสริมให้่เกิดความร่วมมือกับสถาบันการศึกษาและภาคอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องได้ เป้าหมายความสําเร็จของศูนย์ฯ คือการพัฒนากำลังคนด้านพลาสติกชีวภาพสำหรับใช้งานทางการแพทย์ที่สามารถทำงานได้ครบวงจร ทั้งต้นน้ำ กลางน้ำ ปลายน้ำ