โรคไตเรื้อรังและโรคนิ่วในไตเป็นปัญหาสาธารณสุขที่สำคัญของประเทศไทย โดยเฉพาะในผู้สูงอายุและผู้ป่วยโรคเบาหวานหรือความดันโลหิตสูง การตรวจพบความผิดปกติของไตในระยะเริ่มต้นสามารถช่วยชะลอการดำเนินของโรคและลดความเสี่ยงต่อภาวะไตวายเรื้อรังได้ การประเมินค่าอัตราส่วนอัลบูมินต่อครีอะตินิน (Albumin-to-Creatinine Ratio; ACR) ร่วมกับการตรวจวัดกรดยูริกในปัสสาวะ เป็นข้อมูลสำคัญที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการคัดกรองและวินิจฉัยโรค อย่างไรก็ตาม วิธีตรวจวิเคราะห์ในปัจจุบันยังไม่สามารถตรวจวัดสารทั้งสามชนิดได้พร้อมกันในคราวเดียว อีกทั้งยังต้องอาศัยเครื่องมือวิเคราะห์ราคาแพงและห้องปฏิบัติการ จึงไม่เหมาะสำหรับการตรวจคัดกรอง ณ จุดดูแลผู้ป่วย (Point-of-Care Testing; POCT) โครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาชุดอุปกรณ์ตรวจวิเคราะห์บนกระดาษแบบไมโครฟลูอิดิกชนิดสองชั้นสำหรับตรวจวัดอัลบูมิน ครีอะตินิน และกรดยูริกในปัสสาวะพร้อมกันในคราวเดียว โดยอุปกรณ์ชั้นบนทำหน้าที่กรองตัวอย่างปัสสาวะ ขณะที่อุปกรณ์ชั้นล่างประกอบด้วยบริเวณตรวจวัดที่เกิดปฏิกิริยาจำเพาะสำหรับสารวิเคราะห์แต่ละชนิด ทำให้สามารถวิเคราะห์ตัวอย่างได้โดยตรง ลดขั้นตอนการเตรียมตัวอย่าง และเพิ่มความสะดวกในการใช้งาน นอกจากนี้ จะพัฒนาแอปพลิเคชันบนสมาร์ตโฟน KidneyScan+ สำหรับระบบปฏิบัติการ Android และ iOS โดยประยุกต์ใช้ปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence; AI) ในการวิเคราะห์ภาพสีจากชุดทดสอบ แปลงเป็นค่าความเข้มข้นของสารวิเคราะห์ คำนวณค่า ACR และประเมินความเสี่ยงของโรค พร้อมแสดงผลการตรวจแบบเรียลไทม์ งานวิจัยครอบคลุมการออกแบบและผลิตอุปกรณ์ การศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของการตรวจวิเคราะห์ การประเมินสมรรถนะเชิงวิเคราะห์ การประยุกต์ใช้กับตัวอย่างปัสสาวะจริง และการตรวจสอบความถูกต้องของทั้งชุดทดสอบและแอปพลิเคชัน รวมถึงการออกแบบบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมสำหรับการพกพา ผลที่คาดว่าจะได้รับคือชุดตรวจคัดกรองโรคไตเรื้อรังและโรคนิ่วที่มีขนาดเล็ก ใช้งานง่าย พกพาสะดวก ให้ผลรวดเร็วและแม่นยำ สามารถสนับสนุนการตรวจคัดกรองด้วยตนเอง การติดตามผู้ป่วย และการดูแลสุขภาพทางไกล (Tele-health) ซึ่งจะช่วยเพิ่มโอกาสในการตรวจพบโรคตั้งแต่ระยะเริ่มต้น ลดภาระของระบบบริการสุขภาพ และยกระดับการเข้าถึงบริการตรวจคัดกรองของประชาชนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
โรคไตเรื้อรัง (Chronic Kidney Disease: CKD) เป็นปัญหาสุขภาพที่สำคัญของประเทศไทย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประชากรกลุ่มเสี่ยง เช่น ผู้สูงอายุ ผู้ป่วยโรคเบาหวาน และความดันโลหิตสูง มีงานวิจัยพบว่า คนไทยมีภาวะไตเรื้อรัง สูงถึงร้อยละ 17.5 หากตรวจพบอาการความผิดปกติของไตในระยะเริ่มต้น หรือที่เรียกว่า “ไมโครอัลบูมินูเรีย” จะรักษาผู้ป่วยได้ทันท่วงทีและลดความเสี่ยงต่อภาวะไตวายเรื้อรัง โดยค่าไมโครอัลบูมินูเรีย สามารถประเมินได้จาก “ค่าอัตราส่วนความเข้มข้นของอัลบูมินต่อครีอะตินิน” (Albumin-to-Creatinine Ratio, ACR) การหาค่า ACR นี้ สามารถลดความผิดพลาดในการประเมินภาวะโรคไตอันเกิดจากการเจือจางของอัลบูมินที่ขับออกมาพร้อมปัสสาวะในปริมาณแต่ละครั้งที่ไม่เท่ากัน (Dilution effect) ดังนั้น ในการวินิจฉัยโรคไต จึงต้องมีการตรวจวัดอัลบูมินควบคู่ไปกับครีอะตินินเสมอ เนื่องจากปริมาณครีอะตินินที่ถูกขับถ่ายออกมากับปัสสาวะในแต่ละบุคคล จะมีปริมาณคงที่ในแต่ละวัน ในขณะเดียวกัน โรคนิ่วในไต (Kidney Stones) ก็พบได้ในอัตราสูง โดยเฉพาะในภาคตะวันออกเฉียงเหนือของไทย ซึ่งมีรายงานว่า อาจพบได้สูงถึงร้อยละ 16–18 ของประชากรในบางพื้นที่ นิ่วในไตนอกจากจะทำให้เกิดอาการปวดเฉียบพลันแล้ว ยังสามารถนำไปสู่การอักเสบของทางเดินปัสสาวะและเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดโรคไตเรื้อรังในระยะยาว และสำหรับในผู้ป่วยโรคไตบางราย นอกจากจะตรวจพบว่ามีปริมาณอัลบูมินสูงกว่าคนปกติแล้ว ยังอาจพบได้ว่ามีปริมาณกรดยูริกสูงด้วย ซึ่งอาจทำให้เกิดการตกผลึกและสะสมที่กรวยไตกลายเป็นนิ่ว ส่งผลให้กรวยไตอักเสบและทำงานผิดปกติ ดังนั้น การตรวจปริมาณกรดยูริกในปัสสาวะนอกเหนือจากการตรวจวัดปริมาณอัลบูมินและครีอะตินิน จึงมีความสำคัญและเป็นประโยชน์ต่อแพทย์ในการวินิจฉัยและรักษาผู้ป่วยด้วยเช่นกัน ในปัจจุบัน วิธีการตรวจหาปริมาณอัลบูมิน, ครีอะตินิน และกรดยูริกในปัสสาวะ ยังไม่มีวิธีหรือเครื่องมือใด ๆ ที่สามารถวิเคราะห์สารทั้งสามตัวพร้อมกันได้ ต้องวิเคราะห์คราวละตัวแปร (หรืออย่างมากที่สุดคือเพียงสองตัวแปรพร้อมกัน) ซึ่งจะมีหลักการตรวจวัดที่แตกต่างกัน ใช้เวลานานกว่าจะรู้ผล อีกทั้งวิธีและเครื่องมือที่ใช้ มักเป็นเครื่องมือขั้นสูง เช่น เทคนิคการแยก และเทคนิค Immunoturbidimetry ที่ใช้เครื่องสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ เครื่องมือดังกล่าวเป็นเครื่องมือขนาดใหญ่ ราคาแพง ไม่สามารถทำการทดสอบในลักษณะการตรวจวัดข้างเตียงผู้ป่วย (Point-of-Care Testing; POCT) หรือการตรวจวัดนอกห้องปฏิบัติการได้ ดังนั้น จึงจำเป็นต้องมีวิธีตรวจวัดระดับตัวแปรทั้งสามในปัสสาวะ โดยจะต้องเป็นอุปกรณ์หรือเครื่องมือขนาดเล็ก พกพาสะดวก ผู้ป่วยสามารถตรวจวัดได้เอง และรู้ผลเร็ว ผลตรวจคัดกรองที่ได้มีความถูกต้องน่าเชื่อถือ สามารถนำไปปรึกษาแพทย์ได้เมื่อถึงวันนัด ณ โรงพยาบาล หรือ ปรึกษาในลักษณะการรักษาทางไกล (Tele-health) ในกรณีที่ไม่สะดวกเดินทางไปโรงพยาบาล ในงานวิจัยนี้ จึงมีความมุ่งหวังจะพัฒนาชุดอุปกรณ์สำหรับตรวจคัดกรองปริมาณอัลบูมิน, ครีอะตินิน และกรดยูริกในปัสสาวะภายในคราวเดียวกันทั้งสามตัวแปร โดยมุ่งเน้นให้เป็นอุปกรณ์ตรวจวัดขนาดเล็ก สามารถพกพาได้ ใช้งานสะดวก ซึ่งจะอาศัยหลักการตรวจวัดบนกระดาษ (Microfluidic paper-based analytical devices, µPADs) โดยจะพัฒนาเป็นอุปกรณ์แบบสองชั้นประกบติดกัน เพื่อให้อุปกรณ์ชั้นบนทำหน้าที่ในการกรองตัวอย่างปัสสาวะ ทำให้สามารถตรวจวัดได้โดยตรงและทันทีหลังจากเก็บตัวอย่าง ไม่ต้องนำไปเจือจางหรือเตรียมตัวอย่างเพื่อให้สีปัสสาวะจางลงก่อนการทดสอบแต่อย่างใด โดยตัวอย่างที่ผ่านการกรองจากอุปกรณ์ชั้นบนนี้แล้ว จะไหลลงไปทำปฏิกิริยากับสารเคมีที่ตรึงไว้บนอุปกรณ์ชั้นล่าง เกิดการทำปฏิกิริยาอย่างจำเพาะเจาะจงปราศจากตัวรับกวน ซึ่งหลักการตรวจวัดด้วยปฏิกิริยาเคมี เป็นดังนี้ คือ: (1) อัลบูมินกับเตตระโบรโมฟีนอล์ฟทาลีนเอธิลเอสเทอร์และอะซิเตทบัฟเฟอร์ พีเอช 3.2 (2) ครีอะตินินกับอนุภาคทองนาโน และ (3) กรดยูริกกับเฟอริกไซยาไนด์และเฟอริกคลอไรด์ ในส่วนที่สำคัญอย่างยิ่ง นอกเหนือจากการประดิษฐ์ชุดอุปกรณ์ดังข้างต้นแล้ว ในโครงการนี้ จะได้พัฒนาแอพพลิเคชันบนโทรศัพท์มือถือ ภายใต้ชื่อ “KidneyScan+ (Kidney Scan Plus)” ซึ่งจะออกแบบให้รองรับทั้งระบบปฏิบัติการแบบ Android และ iOS โดยแอพพลิเคชันจะทำงานในลักษณะ Artificial intelligence (AI) ทำหน้าที่ 2 ประการ คือ (1) ถ่ายรูปสีของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นบนอุปกรณ์ชั้นล่างด้วยกล้องโทรศัพท์มือถือ และ (2) ประมวลผลค่าความเข้มสีเพื่อเปลี่ยนเป็นค่าความเข้มข้น แล้วรายงานผลบนหน้าจอโทรศัพท์มือถือพร้อมประเมินความเสี่ยงของโรค ในส่วนของกรอบงานวิจัยนั้น จะได้ออกแบบพร้อมทั้งผลิตอุปกรณ์การตรวจวัดบนกระดาษ และทำการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์หาปริมาณอัลบูมิน, ครีอะตินิน และกรดยูริก แล้วจึงประยุกต์ใช้กับตัวอย่างปัสสาวะโดยการใช้ KidneyScan+ รวมถึงทดสอบความถูกต้องของวิธีและแอพพลิเคชันที่พัฒนาขึ้น และเพื่อเป็นการอำนวยความสะดวกสะดวกในการพกพา โครงการนี้ จะออกแบบการบรรจุผลิตภัณฑ์ (Packaging) ในรูปแบบกระเป๋า/กล่องหิ้ว ซึ่งภายในบรรจุอุปกรณ์การตรวจวัดบนกระดาษและอุปกรณ์ประกอบที่เกี่ยวข้อง รวมถึงแผ่นพับคู่มือการใช้งาน เพื่ออำนวยความสะดวกแก่ผู้ใช้งาน โดยคาดหวังว่าจะได้ชุดอุปกรณ์พร้อมแอพพลิเคชันสำหรับตรวจคัดกรองโรคไตเรื้อรังและโรคนิ่ว ที่ซึ่งผู้ป่วยสามารถตรวจคัดกรองได้ด้วยตนเอง รู้ผลเร็ว และ ให้ผลการตรวจคัดกรองแม่นยำ
วิทยาลัยอุตสาหกรรมการบินนานาชาติ
-
คณะเทคโนโลยีสารสนเทศ
-
คณะบริหารธุรกิจ
-