AI-Immunizer หุ่นยนต์ทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะจากมหาวิทยาลัยมหิดล

คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล ร่วมกับ สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล คิดค้นนวัตกรรม ‘หุ่นยนต์เอไอ- อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer)’ ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะในการพัฒนาวัคซีน ครั้งแรกของไทย เพื่อเร่งสนับสนุนและยกระดับการพัฒนาวัคซีนของไทยสู่ระดับโลก โดยผสานเทคโนโลยี AI ทั้งระบบจนจบครบวงจร ตั้งแต่ขั้นตอนจัดเตรียมการเพาะเชื้อไวรัส การทดสอบ การประมวลผล ระบบภาพ บันทึกผล และวิเคราะห์ผลหรือแนวโน้มได้อย่างรวดเร็วและแม่นยำ ลดเสี่ยงการติดเชื้อและลดภาระขั้นตอนการทำงานบุคลากรทางการแพทย์ นับเป็นอีกก้าวสำคัญที่ผลักดันการพัฒนาวัคซีนของศูนย์วิจัยวัคซีนที่มีกว่า 50 แห่งในประเทศไทย สู่เป้าหมายความสำเร็จได้เร็วขึ้นและปลอดภัย

ความสำเร็จของความร่วมมือสร้างนวัตกรรม หุ่นยนต์เอไอ-อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer) ครั้งนี้ จากการผนึกกำลังของคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล ทีมนักวิจัยได้ร่วมกันศึกษาวิจัย ออกแบบและวิเคราะห์พัฒนาระบบหุ่นยนต์อัจฉริยะทดสอบระดับภูมิคุ้มกันในการลบล้างฤทธิ์ของเชื้อไวรัส (Neutralization Test)

เป้าหมายของโครงการที่ตั้งไว้ คือ ยกระดับขั้นตอนการทดสอบภูมิคุ้มกันวัคซีนของไทยด้วยเทคโนโลยีหุ่นยนต์และ AI โดยนำกระบวนงานเข้าสู่ Digital Platform ซึ่งสามารถเชื่อมต่อกับระบบสาธารณสุขของประเทศไทย ทดแทนภาระงานทำซ้ำและเสี่ยงอันตรายของบุคลากรผู้ปฏิบัติงาน ใช้ทดแทนแรงงานบุคลากรที่ขาดแคลนในการดำเนินการกระบวนการทดสอบในห้องวิจัยได้มากกว่า 50% โดยหุ่นยนต์สามารถทำงานอย่างอัตโนมัติได้ในทั้งกลางวันและกลางคืน และตามตารางเวลาที่กำหนด ในอนาคตยังช่วยกระตุ้นให้เกิด Startup และการจ้างงานของกลุ่มนักประดิษฐ์ด้านสุขภาพและอุตสาหกรรมเครื่องมือแพทย์ รวมทั้งลดการนำเข้าวัคซีนและเทคโนโลยี-ซอฟต์แวร์จากต่างประเทศได้มหาศาลต่อปี 

ผศ.ดร.จำรัส พร้อมมาศ (Chamras Promptmas) ที่ปรึกษาคณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดลกล่าวว่า วัคซีนในยุค New Normal ต้องใช้เวลาให้สั้น ยิ่งคิดค้นได้เร็ว ก็จะยิ่งปลอดภัยในชีวิตและลดความเสียหายทางเศรษฐกิจ หากย้อนไปในประวัติศาสตร์การพัฒนาวัคซีนกว่า 224 ปี หลังจากการค้นพบวัคซีนแรกที่ป้องกันโรคฝีดาษ ใน ปีค.ศ.1796  กรอบเวลาที่เร็วที่สุดที่เคยมีมาอยู่ที่ 4 ปี ซึ่งเป็นวัคซีนรักษาโรคคางทูมที่ทำสำเร็จในปี ค.ศ. 1967 แต่ส่วนใหญ่แล้วการวิจัยพัฒนาวัคซีนใช้เวลาเฉลี่ยประมาณ 10 -15 ปี สำหรับไวรัสโคโรน่าสายพันธุ์ใหม่ 2019 นั้นผู้เชี่ยวชาญในนานาประเทศคาดการณ์กันว่า มนุษย์เราจะสามารถพัฒนาวัคซีน COVID-19 ตัวแรกได้สำเร็จภายใน 12-18 เดือน นับจากที่ทางการจีนเผยข้อมูลรหัสพันธุกรรมของไวรัสออกมา ซึ่งถือเป็นการร่นเวลาพัฒนาวัคซีนขึ้นมาเร็วที่สุดเท่าที่เคยทำกันมา ดังนั้นหากมีนวัตกรรมเทคโนโลยี เช่น หุ่นยนต์เอไอ-อิมมูไนเซอร์ มาทำงานทดแทนมนุษย์ก็ทำให้การพัฒนาวัคซีนป้องกันโรคต่างๆสู่เป้าหมายเป็นจริงได้เร็วขึ้น 

ศ. ดร. นพ.นรัตถพล เจริญพันธุ์ (Narattaphol Charoenphandhu) ผู้อำนวยการสถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล และรักษาการแทนผู้ช่วยอธิการบดีฝ่ายวิจัยและวิชาการ มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่าศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีนถือเป็นห้องปฏิบัติการที่สำคัญยิ่งต่อชีวิตประชาชนและมวลมนุษย์ทั่วโลก 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 (Eakkachai Warinsiriruk)หัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และหัวหน้าโครงการวิจัย กล่าวว่า นวัตกรรม “หุ่นยนต์เอไอ – อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer) เป็น หุ่นยนต์ทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะที่มีประสิทธิภาพสูง ชนิด 6 แกนและมี 2 แขน สามารถปฏิบัติการทดสอบระดับภูมิคุ้มกันในการลบล้างฤทธิ์ของไวรัส ที่เรียกว่า Neutralization Test ทดแทนมนุษย์ได้อย่างครบวงจร ตั้งแต่การนำเพลทเลี้ยงเซลล์ที่บรรจุเซลล์เพาะเลี้ยงเข้าระบบ, ช่วยระบบติดฉลากบนเพลท, ปฏิบัติการเจือจาง (Dilute) ซีรั่มตัวอย่างที่มีแอนติบอดี (Antibody) ในหลอดทดลองด้วยตัวทำละลายในปริมาณตามต้องการ นำซีรั่มที่เจือจางแล้วตามกำหนดผสมกับตัวอย่างไวรัส ดูดน้ำเลี้ยงเซลล์ นำตัวอย่างที่ผสมเข้าสู่เซลล์เพาะเลี้ยงแล้ววางบนเครื่องเขย่า เติมอาหารเลี้ยงเซลล์ลักษณะกึ่งแข็ง บ่มในอุณหภูมิและระยะเวลาที่กำหนด เทอาหารเลี้ยงเซลล์ทิ้งและฆ่าเชื้อ ถ่ายภาพและประมวลผลโดยการอ่านจำนวนไวรัสพลาค (Plaque) ที่ปรากฏขึ้น และวิเคราะห์ผลทั้งระบบด้วย AI ทั้งนี้ทำให้สามารถทดแทนการทำงานของมนุษย์ ลดความเสี่ยงสูงต่อการติดเชื้อ ลดข้อผิดพลาด และความซ้ำซ้อน โดยทีมวิจัยได้ออกแบบให้เป็นระบบปิดในการปฏิบัติการด้วยเทคนิคปลอดเชื้อ (Aseptic Condition) ซึ่งปลอดภัยต่อการใช้งาน และทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ 

ผศ.ดร.นริศ หนูหอม (Narit Hnoohom) รองหัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมคอมพิวเตอร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล และผู้เชี่ยวชาญด้านปัญญาประดิษฐ์ กล่าวถึงการพัฒนาเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อช่วยอ่านผลการทดสอบระดับภูมิคุ้มกัน ในกระบวนการวิจัยวัคซีนจำเป็นต้องมีการทดสอบประสิทธิภาพในการกระตุ้นภูมิคุ้มกัน โดยการนำตัวอย่างซีรั่มของสัตว์ทดลองหรืออาสาสมัครที่ได้รับวัคซีนที่ทดสอบมาตรวจหาปริมาณแอนติบอดี (Antibody) จำเพาะ ซึ่งภูมิคุ้มกันที่กระตุ้นขึ้นจะสามารถลบล้างฤทธิ์ของไวรัสได้ โดยวิเคราะห์ผลจากปริมาณไวรัสพลาค (Plaque)  ที่ลดลง 

โดยปัญญาประดิษฐ์ที่ทีมวิจัยได้พัฒนาขึ้นมีความสามารถในการตรวจนับจำนวนและขนาดพลาคของไวรัสบนเพลทเพาะเชื้อ มีคุณสมบัติพิเศษ คือ

1. สามารถวิเคราะห์ภาพถ่ายเพลทเพาะเชิ้อตรวจนับจำนวนและขนาดพลาคที่ปรากฏขึ้นบนเพลท ได้คราวละมาก ๆ ในเวลาอันสั้น ลดการใช้บุคลากรในการอ่านผล
2. รายงานผลการทดสอบระดับภูมิคุ้มกันได้รวดเร็ว ตอบรับกับสถานการณ์การระบาดของโรค
3. สามารถทำการประมวลผลข้อมูลโดยไม่จำเป็นต้องต่ออินเตอร์เน็ต เพื่อรักษาความปลอดภัยของข้อมูล ซึ่งปัญญาประดิษฐ์ที่พัฒนาขึ้นเป็นจุดเริ่มต้นในการสร้างฐานข้อมูลด้านไวรัสและภูมิคุ้มกันของศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน

ดร.พร้อมสิน มาศรีนวล (Promsin Masrinoul) หัวหน้าศูนย์วิจัยและพัฒนาวัคซีน สถาบันชีววิทยาศาสตร์โมเลกุล มหาวิทยาลัยมหิดล กล่าวว่า “นวัตกรรมหุ่นยนต์ เอไอ- อิมมูไนเซอร์ (AI-Immunizer) สำหรับทดสอบภูมิคุ้มกันอัจฉริยะในการพัฒนาวัคซีนนี้ ส่งผลดีต่อการเสริมศักยภาพการพัฒนาวัคซีนไทยอย่างยิ่ง ได้แก่ นำระบบทดสอบมาใช้งานจริง ในการตรวจวัดระดับภูมิคุ้มกันภายใต้มาตรฐานการทดสอบคุณภาพ (Quality control) โดยการใช้หุ่นยนต์ ระบบอัตโนมัตินี้มีระบบทวนสอบย้อนกลับ (Traceability) ด้วยข้อมูลดิจิทัล และ ระบบภาพ Machine Vision นอกจากนั้น นวัตกรรมนี้ยังช่วยลดความเสี่ยงต่อการติดเชื้อ และลดขั้นตอนในการทำงานของบุคลากร ส่วนซอฟท์แวร์ AI สำหรับการประมวลภาพผลการทดสอบระดับภูมิคุ้มกัน สามารถนำมาใช้งานและเกิดการต่อยอดพัฒนาวัคซีนของไทยให้รวดเร็วยิ่งขึ้น ช่วยลดภาระของการอ่านผลทดสอบโดยคน รวมถึงแก้ปัญหาการขาดแคลนผู้เชี่ยวชาญด้านการทดสอบวัคซีนที่ต้องใช้เวลาฝึกฝนและประสบการณ์ในระยะยาว นวัตกรรมนี้ยังรองรับการวิจัยพัฒนาวัคซีนทั้งในและต่างประเทศ และช่วยยกระดับเทคโนโลยีด้านวัคซีนของประเทศไทย”