Vắc-xin thế hệ mới sử dụng RNA có thể giúp đánh bại COVID-19

Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Vắc-xin thế hệ mới sử dụng RNA có thể giúp đánh bại COVID-19

Thứ tư - 15/04/2020 13:32

Một thế kỷ trước, vào ngày 26 tháng 7 năm 1916, một căn bệnh do vi-rút càn quét New York. Trong vòng 24 giờ, các ca bệnh bại liệt mới tăng hơn 68%. Dịch bệnh bùng nổ đã giết chết hơn 2.000 người chỉ riêng tại thành phố New York. Trên khắp nước Mỹ, bệnh bại liệt đã cướp đi sinh mạng của khoảng 6.000 người vào năm 1916, khiến hàng ngàn người bị tê liệt. Mặc dù các nhà khoa học đã xác định được vi-rút bại liệt, phải mất thêm 50 năm mới phát triển được vắc-xin chống lại vi-rút này. Vắc-xin đó đã loại trừ bệnh bại liệt ở Hoa Kỳ trong vòng chưa đầy một thập kỷ. Cho nên, vắc xin là một trong những công cụ hiện đại giúp phòng chống bệnh hiệu quả nhất.

Theo thông tin ghi nhận, COVID-19 với sự lan nhanh của nó đã lây nhiễm gần nửa triệu người trên toàn thế giới và đã giết chết gần 100.000 bệnh nhân. Vì thế, nhu cầu về một loại vắc-xin để ngăn chặn dịch bệnh lây nhiễm và giết chết hàng triệu người nữa là vô cùng cấp thiết. Nhưng việc phát triển vắc-xin truyền thống mất trung bình tận 16 năm. Vậy làm thế nào các nhà khoa học có thể nhanh chóng phát triển một loại vắc-xin cho SARS-CoV-2?

Là nhà miễn dịch học, chúng tôi đang cố gắng đẩy nhanh sự phát triển của vắc-xin và liệu pháp kháng thể. Chúng tôi hiện đang phát triển các vắc-xin mới cho Zika và đã phát triển thành công một phương pháp điều trị tiềm năng dựa trên kháng thể bảo vệ trong 90 ngày để ngăn chặn căn bệnh do vi-rút này. Nghiên cứu “chạy nước rút” này là một phần của chương trình “Nền tảng Bảo vệ Đại dịch” điều hành bởi Cơ quan Nghiên cứu Quốc phòng của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ, để giúp chúng tôi xác định và triển khai các phương pháp điều trị bằng kháng thể bảo vệ nhằm chống lại sự bùng phát của vi-rút, như SARS-CoV-2. Hiện tại, các đồng nghiệp khác của chúng tôi đang làm việc để tạo một loại vắc-xin mới cho COVID-19.

Phần nền của Vắc-xin

Vắc-xin có vai trò huấn luyện hệ thống miễn dịch cơ thể để nhận ra một số protein vi-rút đặc trưng gọi là kháng nguyên. SARS-CoV-2, giống như các coronavirus khác, được đặt tên do hình dạng các gai trên bề mặt trông giống như vương miện. Có ba protein trên bề mặt của vi-rút này: vỏ, màng và gai, giúp bao bọc một chuỗi RNA. Phân tử RNA này giữ vai trò “chỉ dẫn di truyền” để tạo nên vi-rút. Nhưng vi-rút không thể tự tạo ra các thành phần của riêng chúng. Thay vào đó, coronavirus xâm nhập vào phổi và xâm nhiễm vào các tế bào trong hệ thống hô hấp khác bằng cách gắn vào các tế bào này thông qua gai protein. Khi vào đến bên trong, RNA vi-rút trở thành một phần của bộ máy sản xuất protein tế bào chủ, và tạo ra các bản sao protein và RNA mới của chúng, sau đó tập hợp lại thành hàng ngàn vi-rút mới để lan truyền bệnh.

Hình: Vi-rút SARS-CoV-2 sử dụng các protein gai (màu đỏ) bên ngoài bề mặt của nó để xâm nhiễm các tế bào người. Nguồn: CDC/Alissa Eckert, MS; Dan Higgins, MAM

Vì vậy, một cách để ngăn chặn một căn bệnh là ngăn chặn vi-rút xâm nhập vào các tế bào. Vắc-xin có thể làm được điều đó bằng cách huấn luyện cơ thể xác định và tấn công vi-rút trước khi nó có thể lây nhiễm các tế bào khỏe mạnh của con người.

Vắc-xin về cơ bản là một chế phẩm tinh khiết của một hoặc nhiều thành phần chính của vi-rút - chẳng hạn như vỏ bọc, gai hoặc protein màng- được tiêm vào cơ thể để cung cấp cho hệ thống miễn dịch thông tin về “bản mẫu” của vi-rút mà không gây bệnh. “Bản mẫu” này giúp hệ thống miễn dịch tìm kiếm và tấn công vi-rút có chứa các protein cụ thể đó nếu vi-rút thực sự xuất hiện.

Tuy nhiên, việc phát triển vắc-xin dựa trên protein vi-rút phải mất từ nhiều năm, chẳng hạn như vi rút gây u nhú ở người, hoặc vài thập kỷ, chẳng hạn như đối với rotavirus. Vắc-xin dựa trên protein yêu cầu sản xuất hàng loạt protein vi-rút trong các cơ sở sản xuất và phải đảm bảo độ tinh khiết của chúng. Nuôi tăng sinh vi-rút và tinh sạch protein ở quy mô dược phẩm “có thể chấp nhận được về mặt y tế” có thể mất nhiều năm. Trên thực tế, đối với một số bệnh dịch gần đây, như AIDS, Zika và Ebola, cho đến nay vẫn không có vắc-xin nào hiệu quả.

Cách thức tạo ra một loại vắc-xin mới nhanh chóng

Để tạo nhanh một loại vắc-xin hiệu quả chống lại loại vi-rút lây lan nhanh chưa từng thấy như SARS-CoV-2, các nhà nghiên cứu tại Vanderbilt và những nơi khác đang sử dụng các phương pháp thay thế. Theo cách tiếp cận của họ, thay vì sử dụng protein, một thế hệ vắc-xin mới, được gọi là vắc-xin mRNA, sẽ mang theo các “chỉ dẫn phân tử” để tạo ra protein. Thay vì các loại vắc-xin tiêu chuẩn sử dụng chính protein vi-rút để tiêm chủng, vắc-xin mRNA cung cấp mRNA được tổng hợp của vi-rút. Cơ thể vật chủ sau đó sử dụng các mRNA này để tự sản xuất protein. Ưu điểm lớn nhất của vắc-xin mRNA là chúng có thể vượt qua rắc rối trong sản xuất protein vi-rút tinh khiết, giúp tiết kiệm hàng tháng hoặc hàng năm để chuẩn hóa và đẩy mạnh sản xuất hàng loạt.

Các vắc-xin mRNA về cơ bản mô phỏng sự lây nhiễm tự nhiên của vi-rút, nhưng chúng chỉ chứa một phiên bản mRNA tổng hợp ngắn, mã hóa protein kháng nguyên của vi-rút. Vì mRNA được sử dụng trong tiêm chủng không thể trở thành một phần của nhiễm sắc thể người, nên chúng an toàn khi sử dụng. Các vắc-xin mRNA như vậy cũng sẽ an toàn hơn các vắc-xin dựa trên vi-rút bị suy yếu hoặc protein vì loại được nguy cơ vi-rút được tiêm trở lại dạng hoạt động, hoặc tạp nhiễm protein.

Vắc-xin mRNA cho COVID-19 sẵn sàng cho thử nghiệm

Sử dụng chiến lược này, công ty công nghệ sinh học Moderna Inc. đã tuyên bố vào ngày 24 tháng 2 rằng họ đã nhanh chóng phát triển một loại vắc-xin COVID-19 mRNA thử nghiệm có tên mRNA-1273, sẵn sàng cho thử nghiệm lâm sàng ở người. Ứng cử viên vắc-xin này được tài trợ bởi Liên minh Cải tiến phòng chống dịch bệnh, phối hợp với Viện Dị ứng và Bệnh truyền nhiễm Quốc gia. MRNA-1273 mã hóa cho dạng ổn định của protein gai SARS-CoV-2.

Ý tưởng sử dụng mRNA nhằm yêu cầu cơ thể con người đọc “chỉ dẫn di truyền” và sản xuất protein virut không phải là mới. Các nhà nghiên cứu gần hai thập kỷ trước đã chứng minh rằng mRNA cung cấp từ bên ngoài được dịch mã thành protein. Tuy nhiên, mRNA không phải là một phân tử ổn định, điều đó ngăn cản việc tạo vắc-xin mRNA hiện thực hóa. Vắc-xin mRNA-1273 đang được phát triển hiện nay sử dụng các biến đổi hóa học giúp mRNA ổn định hơn và dùng các hạt nano lỏng để đóng gói chúng thành dạng tiêm.

Hình minh họa: Vắc-xin mRNA mới cung cấp cho cơ thể các chỉ dẫn để sản xuất protein gai SARS-CoV-2. Protein này cung cấp cho hệ thống miễn dịch thông tin “bản mẫu” của vi-rút. Nguồn: NIH

Kháng thể dựa trên RNA

Bên cạnh việc sử dụng mRNA làm vắc-xin, các nhà khoa học cũng đang sử dụng mRNA như một loại thuốc có thể tiêm tĩnh mạch. Trong trường hợp này, mRNA mã hóa một protein kháng thể có thể tấn công vi-rút. Vì vậy, thay vì cho bệnh nhân cung cấp protein kháng thể trực tiếp, thay vào đó các bác sĩ có thể truyền mRNA cho họ để có các “chỉ dẫn” tạo nên bản sao protein kháng thể chống lại bệnh.

Những kháng thể có hiệu lực có thể được xác định nhanh chóng bằng cách sàng lọc những người sống sót sau một căn bệnh. Nhưng việc tạo ra các kháng thể như vậy để trị liệu thường phải đối mặt với những rào cản về năng suất kém, tinh sạch không hiệu quả và những biến đổi protein không chính xác.

Hiệu quả của chiến lược tạo vắc-xin trên đã được chứng minh bởi nhóm nghiên cứu của James Crowe, tại Vanderbilt. Trong các nghiên cứu trên động vật, một loại kháng thể trước đây được phân lập từ một người sống sót từ Chikungunya (một bệnh nhiễm virut nhiệt đới do muỗi, gây ra chứng đau khớp và suy nhược mãn tính và viêm khớp) được mã hóa thành mRNA và tiêm vào chuột. mRNA mã hóa cho kháng thể giúp bảo vệ chuột chống lại sự nhiễm trùng và viêm khớp do vi-rút, đồng thời cũng tạo ra các kháng thể bảo vệ trong cơ thể khỉ. Kháng thể dựa trên mRNA hiện đang được thử nghiệm lâm sàng.

Tương tự, các kháng thể đặc hiệu chống lại SARS-CoV-2 đang được phân lập từ những người sống sót từ COVID-19. Các “chỉ dẫn di truyền” của các kháng thể chống coronavirus hiệu quả nhất có thể được mã hóa dưới dạng mRNA. Các mRNA mã hóa kháng thể này có thể được sử dụng để điều trị cho bệnh nhân cần chăm sóc khẩn cấp.

Mặc dù có một số cách tiếp cận mới đầy hứa hẹn, tất cả những cách này vẫn đang thử nghiệm. Sự bảo vệ tốt nhất chống lại COVID-19 hiện vẫn là phòng ngừa và các chính sách ngăn chặn căn bệnh này. Cho đến khi chúng tôi có một loại vắc-xin tốt chống lại SARS-CoV-2, sự thận trọng và cách ly xã hội là vũ khí tốt nhất của chúng ta.

Nguồn:https://theconversation.com/coronavirus-a-new-type-of-vaccine-using-rna-could-help-defeat-covid-19-133217

Tác giả bài viết: Ngô Lương Đăng Thức - P. CNSH Y dược

Từ khóa: thế kỷ, càn quét