Vaccine mRNA: Nền tảng ban đầu
- Thứ hai - 08/11/2021 23:44
- In ra
- Đóng cửa sổ này
Cuối năm 1987, Robert Malone thực hiện một thí nghiệm mang tính bước ngoặt. Ông trộn các sợi RNA thông tin với các giọt chất béo để tạo ra một hỗn hợp các phân tử...
Cuối năm 1987, Robert Malone thực hiện một thí nghiệm mang tính bước ngoặt. Ông trộn các sợi RNA thông tin với các giọt chất béo để tạo ra một hỗn hợp các phân tử. Tế bào người chìm trong hỗn hợp này đã hấp thụ mRNA và bắt đầu sản xuất protein từ nó.
Nhận thấy khám phá này có thể có tiềm năng sâu rộng trong y học, Malone - nghiên cứu sinh tại Viện Nghiên cứu Sinh học Salk ở La Jolla, California, đã ghi lại một số ghi chú, ký tên và ghi ngày tháng. Vào ngày 11 tháng 1 năm 1988 ông viết: nếu tế bào có thể tạo ra protein từ mRNA được đưa vào chúng, thì có thể “coi RNA như một loại thuốc”. Một thành viên khác của phòng thí nghiệm Salk cũng đã ký các ghi chú để lưu lại. Cuối năm đó, các thí nghiệm của Malone cho thấy phôi ếch hấp thụ mRNA tương tự. Đây là lần đầu tiên có người sử dụng các giọt chất béo để đưa mRNA vào cơ thể sống một cách dễ dàng.
Những thí nghiệm này là bước đệm để hướng tới loại vắc-xin quan trọng và có lợi nhất trong lịch sử: vắc-xin COVID-19 dựa trên mRNA hiện đang được cung cấp cho hàng trăm triệu người trên thế giới. Doanh thu toàn cầu của sản phẩm này dự kiến đạt 50 tỷ đô la Mỹ chỉ riêng năm 2021.
Nhưng con đường dẫn đến thành công không hề dễ dàng do mRNA không ổn định và quá đắt tiền để sử dụng như một loại thuốc hoặc vắc-xin. Hàng chục phòng thí nghiệm và các công ty đã làm việc với ý tưởng này, khó khăn trong việc tìm ra công thức phù hợp của chất béo và axit nucleic - những thành phần cơ bản của vắc xin mRNA.
Các mũi tiêm mRNA ngày nay có một số cải tiến sau thí nghiệm của Malone, gồm RNA được sửa đổi về mặt hóa học và các loại bong bóng chất béo khác nhau để đưa chúng vào tế bào. Tuy nhiên, Malone, người tự gọi bản thân là "nhà phát minh ra vắc-xin mRNA", cho rằng công việc của mình chưa được ghi nhận đầy đủ.
Cuộc tranh luận xem ai xứng đáng được công nhận vì đã đi tiên phong đang nóng lên khi các giải thưởng bắt đầu được trao - và những đồn đoán ngày càng trở nên gay gắt hơn khi giải Nobel sẽ được công bố vào tháng tới. Tuy vậy, các giải thưởng chính thức chỉ giới hạn cho một số nhà khoa học và không công nhận nhiều người đóng góp vào sự phát triển y học của mRNA. Trên thực tế, con đường tạo ra vắc-xin mRNA đã dựa trên kết quả của hàng trăm nhà nghiên cứu trong hơn 30 năm.
Sự khởi đầu của mRNA
Các thử nghiệm của Malone không có gì đáng ngạc nhiên. Từ năm 1978, các nhà khoa học đã sử dụng cấu trúc màng chất béo được gọi là liposome để vận chuyển mRNA vào tế bào chuột và người nhằm tạo ra sự biểu hiện protein. Các liposome đóng gói và bảo vệ mRNA, sau đó kết hợp với màng tế bào để cung cấp vật liệu di truyền vào tế bào. Bản thân những thí nghiệm này được xây dựng dựa trên kết quả từ nhiều năm làm việc với liposome và mRNA.
Tuy nhiên vào thời đó, rất ít nhà nghiên cứu nghĩ tới mRNA như một sản phẩm y dược - đặc biệt là vì vẫn chưa có cách sản xuất vật liệu di truyền trong phòng thí nghiệm. Hầu hết sử dụng mRNA từ máu thỏ, tế bào chuột nuôi cấy hoặc một số nguồn động vật khác.
Vào năm 1984, Krieg và nhóm nghiên cứu do nhà sinh học Douglas Melton dẫn đầu cùng các nhà sinh học phân tử Tom Maniatis, Michael Green tại Đại học Harvard ở Cambridge, Massachusetts, sử dụng một loại enzyme tổng hợp RNA (lấy từ virus) và các công cụ khác để tạo ra mRNA có hoạt tính sinh học trong phòng thí nghiệm. Krieg sau đó đã tiêm mRNA do phòng thí nghiệm tạo ra vào trứng ếch và nhận thấy nó thực sự hoạt động.
Cả Melton và Krieg đều nói rằng họ xem mRNA tổng hợp chủ yếu như một công cụ để nghiên cứu chức năng và hoạt động của gen. Năm 1987, sau khi Melton phát hiện mRNA có thể được sử dụng để kích hoạt và ngăn chặn sản xuất protein, ông đã giúp thành lập công ty Oligogen nhằm khám phá các cách sử dụng RNA tổng hợp để ngăn chặn biểu hiện của các gen mục tiêu – với mục tiêu là điều trị bệnh. Không một cộng tác viên hoặc thành viên trong phòng thí nghiệm của ông nghĩ đến vắc xin.
Krieg nói: “RNA nói chung có tiếng là cực kỳ không ổn định.” Điều đó có thể giải thích tại sao văn phòng phát triển công nghệ của Harvard đã không cấp bằng sáng chế cho phương pháp tổng hợp RNA của nhóm.
Tranh chấp bằng sáng chế
Nhiều năm sau, Malone làm theo cách của nhóm Harvard để tổng hợp mRNA cho các thí nghiệm của mình. Nhưng ông đã thêm một loại liposome mới, được phát triển bởi nhà hóa sinh học Philip Felgner, hiện là lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Vắc xin tại Đại học California, Irvine.
Mặc dù thành công khi sử dụng liposome để đưa mRNA vào tế bào người và phôi ếch, Malone chưa bao giờ lấy được bằng tiến sĩ. Ông đã bất đồng với người hướng dẫn của mình, nhà nghiên cứu liệu pháp gen Inder Verma tại Viện Nghiên cứu Sinh học Salk và bỏ dở các nghiên cứu sau đại học để làm việc cho Felgner tại Vical, một công ty mới ở San Diego, California. Tại đó, họ và các cộng sự thuộc Đại học Wisconsin-Madison đã chỉ ra rằng phức hợp lipid-mRNA có thể thúc đẩy sản xuất protein ở chuột.
Sau đó, cả công ty Vical (với Đại học Wisconsin) và Viện Salk đều bắt đầu nộp đơn xin cấp bằng sáng chế vào tháng 3 năm 1989. Nhưng Salk sớm từ bỏ yêu cầu cấp bằng sáng chế, và vào năm 1990, Verma gia nhập ban cố vấn của Vical.
Malone cho rằng Verma và công ty Vical đã thực hiện một thỏa thuận bí mật để chuyển tài sản trí tuệ liên quan cho Vical. Malone được liệt vào danh sách nhiều nhà phát minh, tuy nhiên ông không được thu lợi cá nhân từ các hợp đồng cấp phép tiếp theo, như ông có từ bất kỳ bằng sáng chế nào do Viện nghiên cứu Sinh học Salk cấp. Malone kết luận: "Họ trở nên giàu có nhờ sản phẩm của trí óc tôi."
Verma và Felgner kiên quyết phủ nhận các cáo buộc của Malone. “Đó là điều hoàn toàn vô nghĩa,” Verma nói với Nature. Ông cho biết, quyết định từ bỏ đơn đăng ký bằng sáng chế thuộc về văn phòng chuyển giao công nghệ của Viện Salk.
Malone rời công ty Vical vào tháng 8 năm 1989, với lý do bất đồng với Felgner về "đánh giá khoa học" và "công nhận cho những đóng góp trí tuệ". Năm 2001, ông chuyển sang lĩnh vực thương mại và tư vấn. Sau đó, ông đã công khai công kích tính an toàn của vắc-xin mRNA mà nghiên cứu của ông đã giúp kích hoạt. Ví dụ, Malone nói rằng protein tạo ra bởi vắc-xin có thể làm hỏng các tế bào của cơ thể và đối với trẻ em cũng như thanh niên, việc tiêm chủng mang lại rủi ro lớn hơn so với lợi ích đạt được – tuy nhiên tuyên bố này đã bị các nhà khoa học và quan chức y tế nhiều lần bác bỏ.
Thách thức sản xuất
Năm 1991, Vical tham gia hợp tác nghiên cứu trị giá hàng triệu đô la và thỏa thuận cấp phép với công ty Merck - Hoa Kỳ, một trong những nhà phát triển vắc xin lớn nhất thế giới. Các nhà nghiên cứu ở Merck đánh giá công nghệ mRNA trên chuột với mục đích tạo ra vắc-xin cúm, nhưng sau đó đã từ bỏ cách tiếp cận này. Jeffrey Ulmer, một cựu nhân viên Merck, hiện đang tư vấn cho các công ty nghiên cứu vắc-xin cho biết: “Chi phí và tính khả thi của việc chế tạo đã khiến chúng tôi tạm dừng.”
Các nhà nghiên cứu tại công ty công nghệ sinh học Transgène - Strasbourg, Pháp cũng cảm thấy như vậy. Năm 1993, nhóm nghiên cứu do Pierre Meulien dẫn đầu đã chứng minh mRNA trong liposome có thể tạo ra phản ứng miễn dịch kháng virus ở chuột. Sau đó, họ xin cấp bằng sáng chế và tiếp tục nghiên cứu vắc xin mRNA. Tuy nhiên, Meulien, hiện là người đứng đầu Innovative Medicines Initiative, một doanh nghiệp hợp tác nhà nước – tư nhân có trụ sở tại Brussels, ước tính rằng cần ít nhất 100 triệu euro để tối ưu hóa nền tảng cho công nghệ mRNA - và ông không định đề nghị với phía đầu tư nhiều như vậy cho một mạo hiểm "khó khăn, rủi ro cao". Bằng sáng chế hết hiệu lực sau khi công ty mẹ của Transgène quyết định ngừng trả các khoản phí cần thiết để duy trì hoạt động.
Thay vào đó, nhóm của Meulien, giống như nhóm Merck, tập trung vào vắc xin DNA và các hệ thống phân phối dựa trên vectơ khác. Nền tảng DNA đã mang lại một số vắc xin được cấp phép cho các ứng dụng thú y - chẳng hạn như vắc xin giúp ngăn ngừa nhiễm trùng trong các trang trại cá. Vào tháng trước, cơ quan quản lý ở Ấn Độ đã phê duyệt khẩn cấp vắc xin DNA đầu tiên trên thế giới dùng cho con người nhằm ngăn chặn COVID-19. Tuy nhiên, loại vắc xin này không đạt sđược kết quả tốt.
Tuy nhiên, các cố gắng quanh công nghệ DNA cũng mang lại lợi ích cho vắc-xin RNA, Ulmer lập luận: “Chúng tôi học được với DNA nhiều điều, như những lưu ý trong sản xuất, kinh nghiệm quản lý đến thiết kế trình tự và các hiểu biết phân tử, từ đó có thể áp dụng trực tiếp cho RNA. Tất cả mọi thứ cung cấp nền tảng cho sự thành công của RNA.”
Nhận thấy khám phá này có thể có tiềm năng sâu rộng trong y học, Malone - nghiên cứu sinh tại Viện Nghiên cứu Sinh học Salk ở La Jolla, California, đã ghi lại một số ghi chú, ký tên và ghi ngày tháng. Vào ngày 11 tháng 1 năm 1988 ông viết: nếu tế bào có thể tạo ra protein từ mRNA được đưa vào chúng, thì có thể “coi RNA như một loại thuốc”. Một thành viên khác của phòng thí nghiệm Salk cũng đã ký các ghi chú để lưu lại. Cuối năm đó, các thí nghiệm của Malone cho thấy phôi ếch hấp thụ mRNA tương tự. Đây là lần đầu tiên có người sử dụng các giọt chất béo để đưa mRNA vào cơ thể sống một cách dễ dàng.
Những thí nghiệm này là bước đệm để hướng tới loại vắc-xin quan trọng và có lợi nhất trong lịch sử: vắc-xin COVID-19 dựa trên mRNA hiện đang được cung cấp cho hàng trăm triệu người trên thế giới. Doanh thu toàn cầu của sản phẩm này dự kiến đạt 50 tỷ đô la Mỹ chỉ riêng năm 2021.
Nhưng con đường dẫn đến thành công không hề dễ dàng do mRNA không ổn định và quá đắt tiền để sử dụng như một loại thuốc hoặc vắc-xin. Hàng chục phòng thí nghiệm và các công ty đã làm việc với ý tưởng này, khó khăn trong việc tìm ra công thức phù hợp của chất béo và axit nucleic - những thành phần cơ bản của vắc xin mRNA.
Các mũi tiêm mRNA ngày nay có một số cải tiến sau thí nghiệm của Malone, gồm RNA được sửa đổi về mặt hóa học và các loại bong bóng chất béo khác nhau để đưa chúng vào tế bào. Tuy nhiên, Malone, người tự gọi bản thân là "nhà phát minh ra vắc-xin mRNA", cho rằng công việc của mình chưa được ghi nhận đầy đủ.
Cuộc tranh luận xem ai xứng đáng được công nhận vì đã đi tiên phong đang nóng lên khi các giải thưởng bắt đầu được trao - và những đồn đoán ngày càng trở nên gay gắt hơn khi giải Nobel sẽ được công bố vào tháng tới. Tuy vậy, các giải thưởng chính thức chỉ giới hạn cho một số nhà khoa học và không công nhận nhiều người đóng góp vào sự phát triển y học của mRNA. Trên thực tế, con đường tạo ra vắc-xin mRNA đã dựa trên kết quả của hàng trăm nhà nghiên cứu trong hơn 30 năm.
Sự khởi đầu của mRNA
Các thử nghiệm của Malone không có gì đáng ngạc nhiên. Từ năm 1978, các nhà khoa học đã sử dụng cấu trúc màng chất béo được gọi là liposome để vận chuyển mRNA vào tế bào chuột và người nhằm tạo ra sự biểu hiện protein. Các liposome đóng gói và bảo vệ mRNA, sau đó kết hợp với màng tế bào để cung cấp vật liệu di truyền vào tế bào. Bản thân những thí nghiệm này được xây dựng dựa trên kết quả từ nhiều năm làm việc với liposome và mRNA.
Tuy nhiên vào thời đó, rất ít nhà nghiên cứu nghĩ tới mRNA như một sản phẩm y dược - đặc biệt là vì vẫn chưa có cách sản xuất vật liệu di truyền trong phòng thí nghiệm. Hầu hết sử dụng mRNA từ máu thỏ, tế bào chuột nuôi cấy hoặc một số nguồn động vật khác.
Vào năm 1984, Krieg và nhóm nghiên cứu do nhà sinh học Douglas Melton dẫn đầu cùng các nhà sinh học phân tử Tom Maniatis, Michael Green tại Đại học Harvard ở Cambridge, Massachusetts, sử dụng một loại enzyme tổng hợp RNA (lấy từ virus) và các công cụ khác để tạo ra mRNA có hoạt tính sinh học trong phòng thí nghiệm. Krieg sau đó đã tiêm mRNA do phòng thí nghiệm tạo ra vào trứng ếch và nhận thấy nó thực sự hoạt động.
Cả Melton và Krieg đều nói rằng họ xem mRNA tổng hợp chủ yếu như một công cụ để nghiên cứu chức năng và hoạt động của gen. Năm 1987, sau khi Melton phát hiện mRNA có thể được sử dụng để kích hoạt và ngăn chặn sản xuất protein, ông đã giúp thành lập công ty Oligogen nhằm khám phá các cách sử dụng RNA tổng hợp để ngăn chặn biểu hiện của các gen mục tiêu – với mục tiêu là điều trị bệnh. Không một cộng tác viên hoặc thành viên trong phòng thí nghiệm của ông nghĩ đến vắc xin.
Krieg nói: “RNA nói chung có tiếng là cực kỳ không ổn định.” Điều đó có thể giải thích tại sao văn phòng phát triển công nghệ của Harvard đã không cấp bằng sáng chế cho phương pháp tổng hợp RNA của nhóm.
Tranh chấp bằng sáng chế
Nhiều năm sau, Malone làm theo cách của nhóm Harvard để tổng hợp mRNA cho các thí nghiệm của mình. Nhưng ông đã thêm một loại liposome mới, được phát triển bởi nhà hóa sinh học Philip Felgner, hiện là lãnh đạo Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Vắc xin tại Đại học California, Irvine.
Mặc dù thành công khi sử dụng liposome để đưa mRNA vào tế bào người và phôi ếch, Malone chưa bao giờ lấy được bằng tiến sĩ. Ông đã bất đồng với người hướng dẫn của mình, nhà nghiên cứu liệu pháp gen Inder Verma tại Viện Nghiên cứu Sinh học Salk và bỏ dở các nghiên cứu sau đại học để làm việc cho Felgner tại Vical, một công ty mới ở San Diego, California. Tại đó, họ và các cộng sự thuộc Đại học Wisconsin-Madison đã chỉ ra rằng phức hợp lipid-mRNA có thể thúc đẩy sản xuất protein ở chuột.
Sau đó, cả công ty Vical (với Đại học Wisconsin) và Viện Salk đều bắt đầu nộp đơn xin cấp bằng sáng chế vào tháng 3 năm 1989. Nhưng Salk sớm từ bỏ yêu cầu cấp bằng sáng chế, và vào năm 1990, Verma gia nhập ban cố vấn của Vical.
Malone cho rằng Verma và công ty Vical đã thực hiện một thỏa thuận bí mật để chuyển tài sản trí tuệ liên quan cho Vical. Malone được liệt vào danh sách nhiều nhà phát minh, tuy nhiên ông không được thu lợi cá nhân từ các hợp đồng cấp phép tiếp theo, như ông có từ bất kỳ bằng sáng chế nào do Viện nghiên cứu Sinh học Salk cấp. Malone kết luận: "Họ trở nên giàu có nhờ sản phẩm của trí óc tôi."
Verma và Felgner kiên quyết phủ nhận các cáo buộc của Malone. “Đó là điều hoàn toàn vô nghĩa,” Verma nói với Nature. Ông cho biết, quyết định từ bỏ đơn đăng ký bằng sáng chế thuộc về văn phòng chuyển giao công nghệ của Viện Salk.
Malone rời công ty Vical vào tháng 8 năm 1989, với lý do bất đồng với Felgner về "đánh giá khoa học" và "công nhận cho những đóng góp trí tuệ". Năm 2001, ông chuyển sang lĩnh vực thương mại và tư vấn. Sau đó, ông đã công khai công kích tính an toàn của vắc-xin mRNA mà nghiên cứu của ông đã giúp kích hoạt. Ví dụ, Malone nói rằng protein tạo ra bởi vắc-xin có thể làm hỏng các tế bào của cơ thể và đối với trẻ em cũng như thanh niên, việc tiêm chủng mang lại rủi ro lớn hơn so với lợi ích đạt được – tuy nhiên tuyên bố này đã bị các nhà khoa học và quan chức y tế nhiều lần bác bỏ.
Thách thức sản xuất
Năm 1991, Vical tham gia hợp tác nghiên cứu trị giá hàng triệu đô la và thỏa thuận cấp phép với công ty Merck - Hoa Kỳ, một trong những nhà phát triển vắc xin lớn nhất thế giới. Các nhà nghiên cứu ở Merck đánh giá công nghệ mRNA trên chuột với mục đích tạo ra vắc-xin cúm, nhưng sau đó đã từ bỏ cách tiếp cận này. Jeffrey Ulmer, một cựu nhân viên Merck, hiện đang tư vấn cho các công ty nghiên cứu vắc-xin cho biết: “Chi phí và tính khả thi của việc chế tạo đã khiến chúng tôi tạm dừng.”
Các nhà nghiên cứu tại công ty công nghệ sinh học Transgène - Strasbourg, Pháp cũng cảm thấy như vậy. Năm 1993, nhóm nghiên cứu do Pierre Meulien dẫn đầu đã chứng minh mRNA trong liposome có thể tạo ra phản ứng miễn dịch kháng virus ở chuột. Sau đó, họ xin cấp bằng sáng chế và tiếp tục nghiên cứu vắc xin mRNA. Tuy nhiên, Meulien, hiện là người đứng đầu Innovative Medicines Initiative, một doanh nghiệp hợp tác nhà nước – tư nhân có trụ sở tại Brussels, ước tính rằng cần ít nhất 100 triệu euro để tối ưu hóa nền tảng cho công nghệ mRNA - và ông không định đề nghị với phía đầu tư nhiều như vậy cho một mạo hiểm "khó khăn, rủi ro cao". Bằng sáng chế hết hiệu lực sau khi công ty mẹ của Transgène quyết định ngừng trả các khoản phí cần thiết để duy trì hoạt động.
Thay vào đó, nhóm của Meulien, giống như nhóm Merck, tập trung vào vắc xin DNA và các hệ thống phân phối dựa trên vectơ khác. Nền tảng DNA đã mang lại một số vắc xin được cấp phép cho các ứng dụng thú y - chẳng hạn như vắc xin giúp ngăn ngừa nhiễm trùng trong các trang trại cá. Vào tháng trước, cơ quan quản lý ở Ấn Độ đã phê duyệt khẩn cấp vắc xin DNA đầu tiên trên thế giới dùng cho con người nhằm ngăn chặn COVID-19. Tuy nhiên, loại vắc xin này không đạt sđược kết quả tốt.
Tuy nhiên, các cố gắng quanh công nghệ DNA cũng mang lại lợi ích cho vắc-xin RNA, Ulmer lập luận: “Chúng tôi học được với DNA nhiều điều, như những lưu ý trong sản xuất, kinh nghiệm quản lý đến thiết kế trình tự và các hiểu biết phân tử, từ đó có thể áp dụng trực tiếp cho RNA. Tất cả mọi thứ cung cấp nền tảng cho sự thành công của RNA.”