Đẩy nhanh quá trình sản xuất vaccine phòng chủng virus corona mới bằng các phương pháp phi truyền thống

Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Đẩy nhanh quá trình sản xuất vaccine phòng chủng virus corona mới bằng các phương pháp phi truyền thống

Thứ hai - 23/03/2020 10:38

Tháng 12/2019, các nhà khoa học của công ty Dược phẩm Inovio đã theo dõi sát sao căn bệnh bí ẩn đang lan rộng tại Trung Quốc, căn bệnh được biết đến bởi chủng coronavirus.

Sau MERS – một chủng coronavirus khác xuất hiện vào năm 2012 hay còn gọi là virus gây hội chứng hô hấp Trung Đông, công ty Dược phẩm Inovio có trụ sở tại San Diego là một trong những công ty phát triển loại vaccine thử nghiệm cho căn bệnh này. Trong đợt dịch mới bùng phát vào cuối năm 2019, công ty này đã tiến hành phát triển vaccine ngay khi các nhà khoa học Trung Quốc công bố cấu trúc di truyền của loại virus mới, được đặt tên là SARS-CoV-2.

“Chúng tôi hy vọng rằng vaccine MERS đã được phát triển trước đây sẽ hữu ích trong trường hợp này”, ông Kate Broderick – phó giám đốc của công ty chia sẻ. Giống như MERS và SARS, chủng virus mới là một chủng coronavirus sử dụng RNA làm vật liệu di truyền.

Nhưng các phân tích chuyên sâu cho thấy: có hai loại coronavirus khác nhau. Do đó không thể dùng vaccine chống MERS để dùng làm vaccine phòng chủng coronavirus mới. Vì vậy, các nhà nghiên cứu của công ty tạo một loại vaccine mới.

Các nhà khoa học tiến hành thiết kế vaccine mới dựa trên phương pháp đã sử dụng để phát triển vaccine MERS. Vaccine truyền thống bao gồm các dạng virus giảm độc lực, virus bị bất hoạt, chết hoặc các bộ phận của virus (các protein của virus). Khi được tiêm vào người, hệ thống miễn dịch sẽ nhận ra virus là kẻ ngoại lai và sản xuất ra các kháng thể để ngăn chặn virus xâm lược trong lần nhiễm sau. Tuy nhiên, việc phát triển các loại virus giảm độc lực hoặc các bộ phận của virus để tạo ra liều vaccine cho hàng triệu người có thể mất vài tháng hoặc thậm chí nhiều năm.

Do đó, Inovio và các công ty khác đã phát triển cách để tạo ra vaccine nhanh hơn. Đối với vaccine SARS-CoV-2, các nhà khoa học đã chuyển RNA của virus thành DNA và lựa chọn một số thành phần của virus đã được mô phỏng bằng phần mềm máy tính, với khả năng thúc đẩy hệ thống miễn dịch tạo kháng thể để đáp ứng. Sau đó, DNA này được chuyển vào trong vi khuẩn, để tạo lượng lớn protein mục tiêu sử dụng làm vaccine. Một loại vaccine truyền thống sẽ mất khoảng 2 – 3 năm để phát triển. Đối với sản phẩm của công ty Inovio, chỉ mất khoảng 3 giờ để thiết kế và 1 tháng để sản xuất – ông Broderick nói.

Inovio đã bắt đầu thử nghiệm vaccine trên động vật vào tháng 2 và hy vọng sẽ bắt đầu thử nghiệm an toàn ở người vào đầu mùa hè.

Mặc dù vậy, loại vaccine của Inovio phải cần ít nhất một năm nữa để được sử dụng rộng rãi. Khi số ca bệnh COVID-19 vẫn tiếp tục gia tăng, các nhóm nhà khoa học khác cũng đang chạy đua để phát triển vaccine và phương pháp trị liệu phi truyền thống để chống lại virus.

Vaccine mới cho chủng coronavirus mới

Các nhà nghiên cứu tại Viện Dị ứng và Bệnh Truyền nhiễm Quốc gia Hoa Kỳ (the U.S. National Institute of Allergy and Infectious Diseases), hợp tác với công ty công nghệ sinh học Moderna có trụ sở tại Cambridge, Mass, đang phát triển một loại RNA thông tin (mRNA) vaccine, kích thích cơ thể tạo ra các thành phần của vaccine. mRNA là các bản sao của protein được mã hóa bởi trình tự DNA của gene. mRNA này sẽ được bộ máy tế bào mã hóa để tạo ra protein – các thành phần của vaccine.

Kizzmekia Corbett, nhà miễn dịch học tại Trung tâm nghiên cứu vaccine NIAID (NIAID’s Vaccine Research Center) ở Bethesda, bang Maryland cho biết “Các nhà khoa học đã lựa chọn các phần của SARS-CoV-2 có thể gây ra đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ để chống lại virus. Vaccine mRNA sẽ dùng tế bào của người để sản xuất ra các protein mục tiêu”.

Theo như Corbett – người đứng đầu nhóm nghiên cứu phát triển vaccine, “Chúng ta cung cấp cho tế bào RNA - mã di truyền của vaccine, RNA này sẽ điều khiển tế bào để sản xuất protein mục tiêu, những protein này sẽ thúc đẩy hệ thống miễn dịch của cơ thể tạo ra các kháng thể để chống lại virus”. Vì cơ thể tự sản xuất protein thông qua mRNA, các nhà nghiên cứu có thể tiết kiệm được thời gian và chi phí sản xuất vaccine.

Chiến lược này có thể sử dụng để thiết kế vaccine chống lại các loại coronavirus trong tương lai hoặc các căn bệnh truyền nhiễm khác. “ Chúng tôi đã phát triển chiến lược phổ quát, có thể nhanh chóng sản xuất vaccine nếu có chủng coronavirus mới xuất hiện” – Corbett chia sẻ. Các vaccine mRNA khác chống lại MERS và các bệnh khác vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm.

Corbett không chỉ định chính xác thời gian thành phẩm vaccine mRNA này. Tuy nhiên, giám đốc của NIAID, ông Anthony Fauci cho biết vaccine mRNA đã có thể sẵn sàng cho thử nghiệm an toàn trong vòng vài tháng tới. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn chưa tìm được công ty dược phẩm nào sản xuất số lượng lớn liều mRNA cần thiết”, ông Fauci chia sẻ tại cuộc thảo luận về chủng virus corona mới được tổ chức tại Viện Aspen, một tổ chức phi lợi nhuận.

Kinh nghiệm của Inovio với vaccine MERS là một ví dụ cho thấy cần có thời gian dài để khẳng định độ an toàn và tính hiệu quả của vaccine. Inovio đã tiến hành thử nghiệm an toàn ban đầu của vaccine MERS trong thử nghiệm lâm sàng giai đoạn I từ tháng 2/2016 đến tháng 5/2017. Kết quả báo cáo vào năm 2019 đăng trên tạp chí uy tín The Lancet Infectious Diseases cho thấy không có tác dụng phụ nghiêm trọng nào trong số 75 người tham gia. Vaccine được chuyển sang thử nghiệm giai đoạn II vào tháng 8/2018 để kiểm tra sự an toàn ở một số lượng người tham gia lớn hơn và xác định xem vaccine có thúc đẩy hệ thống miễn dịch tạo ra các kháng thể hay không. Thử nghiệm sẽ kết thúc vào cuối năm nay.

Ngay cả khi mọi thứ diễn ra suông sẻ, vaccine MERS vẫn phải vượt qua thử nghiệm hiệu quả và an toàn giai đoạn III trước khi được Cục quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kỳ (FDA - the U.S Food and Drug Administration). Đây cũng là quy trình phê duyệt chung của tất cả các vaccine và thuốc mới phải tiến hành.

Cả hai công ty Inovio và NIAID/Moderna đều nhận được quỹ tài trợ từ Liên minh sáng kiến đối phó dịch bệnh CEPI (Coalition for Epidemic Preparedness Innovations - CEPI). CEPI cũng đang tài trợ cho một phương pháp phát triển vaccine mới khác. CEPI và các nhà nghiên cứu của Đại học Queensland ở Brisbane, Australia, đã tìm ra cách kiểm soát coronavirus để virus không lây nhiễm tế bào.

Nhóm nghiên cứu của Đại học Queensland đã làm việc với CEPI về vaccine “kẹp phân tử” nhằm chống lại các loại virus khác trong khoảng 1 năm – ông Trent Munro, nhà công nghệ sinh học trong nhóm nghiên cứu cho biết. Công nghệ “kẹp phân tử” này chính là gắn protein này với một protein của chủng virus corona mới. Với SARS và MERS đã nghiên cứu trước đó, protein “spike” – protein sợi nằm trên bề mặt virus của 2 chủng này có khả năng thay đổi hình dạng để tương tác với protein thụ thể trên bề mặt tế bào người, từ đó xâm nhập vào tế bào. Cấu trúc không gian 3 chiều của protein “spike” SARS-CoV-2 được công bố ngày 19/2 trên tạp chí Science đã ghi nhận protein này cũng có khả năng thay đổi hình dạng. Nhưng protein “spike” của chủng virus corona mới này bám chặt mục tiêu trên tế bào người gấp 10 đến 20 lần so với chủng SARS. Việc bám chặt hơn có thể giúp virus lây lan dễ dàng hơn từ người sang người điều này giải thích cho việc virus lây nhiễm cao hơn so với SARS, các nhà nghiên cứu khẳng định.

Hình 1. Cấu trúc không gian 3D của protein “spike” COVID-19 coronavirus. Protein này giúp cho virus bám chặt chẽ hơn với protein trên bề mặt tế bào người.

Cũng theo như nhà nghiên cứu Munro, công nghệ “kẹp phân tử” của nhóm nghiên cứu của Đại học Queensland đã phát minh giúp giữ protein của virus khỏi sự thay đổi hình dạng, có nghĩa là protein bị khóa ở dạng kích hoạt sản xuất kháng thể, đồng nghĩa với việc protein này trở thành loại vaccine tiềm năng.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng tế bào của động vật có vú để sản xuất vaccine, và các thiết bị chuyên dụng sẽ nhận biết các tế bào sản xuất protein kẹp. Với thiết bị này, các nhà nghiên cứu có thể “làm những việc mà phải mất vài tuần trước đó chỉ trong vài ngày”. Việc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm có thể thực hiện trong vòng vài tuần. Sau đó thử nghiệm an toàn ở người có thể bắt đầu sau vài tháng, tuy nhiên sẽ mất nhiều thời gian hơn để vaccine sẵn sàng cho việc sử dụng rộng rãi. Khi nhóm nghiên cứu làm việc với CEPI để phát triển vaccine kẹp phân tử, “ chúng tôi nghĩ rằng phải mất ba năm để thử nghiệm”, ông Munro cho biết. Nhưng với sự xuất hiện của chủng coronavirus mới đã buộc các nhà nghiên cứu phải tăng cường nỗ lực trong việc nghiên cứu và sản xuất vaccine. Tuy nhiên, Munro ước tính sẽ còn ít nhất một năm trước khi vaccine sẵn sàng.

Ông Munro chia sẽ “Tôi biết thời gian thử nghiệm kéo dài”, “việc này không thể chấp nhận được đối với các nạn nhân trong khu vực dịch bệnh bùng phát, nhưng ít nhất chúng ta có cách đẩy lùi dịch nhanh nhất có thể”.

CEPI đã kêu gọi các đề xuất phát triển vaccine mới. Ngày 31/1, tổ chức này đã thông báo rằng họ sẽ hợp tác với công ty CureVac AG, có trụ sở tại Tübingen, Đức, để phát triển loại vaccine mRNA khác nhắm vào chủng coronavirus mới.

Đi trước một bước

Vaccine giúp ngừa bệnh chứ không có hiệu quả bảo vệ khi bệnh nhân đã nhiễm bệnh. Nhưng một liều tiêm chứa kháng thể có thể giúp ngăn ngừa đồng thời có hiệu quả trong việc điều trị bệnh.

Những người đã phục hồi sau khi bị nhiễm bệnh có chứa kháng thể kháng virus hoặc vi khuẩn gây bệnh, kháng thể này thường tồn tại trong nhiều năm hoặc nhiều thập kỉ. Điều này giúp cho người đó sau này không bị xâm nhiễm bởi tác nhân gây bệnh tương tự. Điều quan trọng là kháng thể này cũng có khả năng bảo vệ người khác một các hiệu quả và nhanh chóng.

“Có thể mất vài tuần đến vài tháng để các hệ thống miễn dịch tạo ra kháng thể”,Christos Kyratsous, Phó chủ tịch nghiên cứu bệnh truyền nhiễm và công nghệ vector virus tại công ty Dược phẩm Regeneron, có trụ sở tại Tarrytown, N.Y., cho biết. Vaccine Ebola là một ví dụ, cơ thể phải mất một tuần để sản xuất kháng thể, trong khi các mũi tiêm chứa kháng thể có thể cung cấp sự bảo vệ ngay lập tức.

Trong các nghiên cứu được thực hiện bởi các nhóm nghiên cứu khác trước đó, các nhà khoa học đã lấy huyết thanh chứa kháng thể từ những người đã khỏi bệnh Ebola để làm vaccine phòng bệnh Ebola. Tương tự vậy, các bác sĩ và nhà khoa học ở Trung Quốc đã bắt đầu sử dụng huyết tương từ những người đã hồi phục từ COVID-19 để điều trị cho những người mắc bệnh.

Hình 2. Các nhà khoa học tại PTN bệnh truyền nhiễm của công ty Regeneron ở Tarrytown, N.Y., đang nỗ lực phát triển các kháng thể để chống lại coronavirus mới ở người

Tuy nhiên, việc sử dụng kháng thể từ người đã khỏi bệnh cho người khác không phải lúc nào cũng có hiệu quả. Công ty Regeneron và các công ty khác đã phát triển các kháng thể khác có khả năng bảo vệ hiệu quả hơn. Công ty đã thử nghiệm kháng thể chống lại virus Ebola và virus MERS. Các nghiên cứu lâm sàng và thử nghiệm trong phòng thi nghiệm với kháng thể kháng MERS của công ty đã cho thấy tiềm năng trong việc bảo vệ và điều trị.

Hiện nay, công ty đang phát triển các kháng thể kháng coronavirus mới. “Chúng tôi đã học được rất nhiều từ dự án MERS trước đó, để có thể áp dụng cho dự án coronavirus mới này” – ông Keith Kyratsous chia sẻ.

Chẳng hạn, nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu thêm về protein của virus và các thành phần protein nhằm tạo ra các kháng thể mục tiêu hiệu quả nhất. Các protein bề mặt của virus cần thiết cho sự lây nhiễm, chẳng hạn như protein “spike”, đây là những protein tiềm năng nhất, ông Keith nói.

Các nhà nghiên cứu của công ty Dược phẩm Regeneron đã tạo ra protein của SARS-CoV-2 trong phòng thí nghiệm và tiêm thử nghiệm trên chuột biến đổi gen, chứa gen của người nhằm tạo ra kháng thể. Những con chuột này sẽ tạo ra kháng thể cho người hoàn thiện. Công ty hy vọng khi kháng thể này được tạo ra, họ sẽ kiểm tra hiệu quả của chúng chống lại virus trong phòng thi nghiệm. Nếu kháng thể hoạt động hiệu quả, công ty sẽ sớm tiến hành thử nghiệm an toàn trên động vật và con người.

Nhóm nghiên cứu cũng hy vọng sẽ hợp tác với những bệnh nhân đã khỏi bệnh COVID-19 để lấy các tế bào sản xuất kháng thể từ họ. Tuy nhiên ông Keith cũng cho biết việc thu nhận kháng thể từ người không dễ dàng để thực hiện trên qui mô lớn.

Tuy nhiên, bất chấp nỗ lực của các nhà khoa học, vaccine và kháng thể cho mọi người vẫn còn xa.

“Trong tình huống khẩn cấp, bạn không thể có vaccine ngay lập tức”, ông Fauci - giám đốc NIAID bày tỏ tại cuộc hội thảo của Viện Aspen. Nếu dịch bệnh bùng phát, FDA có thể cho phép sử dụng các vaccine tiềm năng thậm chí khi các vaccine này chưa hoàn tất được thử nghiệm hiệu quả và độ an toàn. Các nhà khoa học vẫn đang đấu tranh để trả lời câu hỏi liệu rằng có thể sản xuất vaccine trong vòng ít nhất 6 tháng để chống lại dịch SARS-CoV-2 hay không.

Các chiến lược chống lại virus mới đã được đưa ra, bao gồm việc tái sử dụng các loại thuốc chống virus khác như HIV, viêm gan C đang được tiến hành. Nhưng chưa có kết quả rõ ràng về hiệu quả của thuốc được ghi nhận. Cho đến nay, những người tiếp xúc với virus phải dựa vào hệ miễn dịch của chính họ và sự trợ giúp y tế để chống chọi lại căn bệnh này.

Nguồn:https://www.sciencenews.org/article/new-coronavirus-vaccine-development-process-accelerating?fbclid=IwAR1LgnrfZknHIOJKs9QX5v8m4fMgGbqDzJqv8JFTZ1APXUIo8mRVWTdlcqI

Tác giả bài viết: Huỳnh Công Duy - P. CNSH Y dược