Giải mã Vaccine thế hệ mới chống COVID-19

Thay vì phải mất nhiều năm để phát triển như các loại vaccine trước đây, lần này chỉ trong vòng 10 tháng, cả hai nhà phát triển này đã sản xuất thành công vaccine thế hệ mới, mở ra triển vọng lạc quan “khống chế” đại dịch.

Vậy các vaccine này được tạo ra như thế nào, và khác gì so với vaccine truyền thống? Nó có thực sự hiệu quả hay tiềm ẩn rủi ro gì? Chúng ta sẽ cùng khám phá câu trả lời qua bài phân tích sau đây.

Vaccine thế hệ mới của Moderna và Pfizer/BioNTech

Kể từ ca tử vong đầu tiên vì COVID-19 được ghi nhận vào tháng 12/2019, thế giới đã chứng kiến sự bùng nổ về số lượng công trình nghiên cứu với tốc độ chưa từng có. Protein S (spike), một protein nằm trên bề mặt virus SARS-CoV-2 (tác nhân gây bệnh COVID-19), đã nhanh chóng được chứng minh có vai trò quan trọng trong việc giúp virus xâm nhập vào cơ thể con người nhờ khả năng bám gắn đặc hiệu vào một thụ thể (ACE2) có mặt ở nhiều loại tế bào người. Đặc biệt, protein này được hệ miễn dịch của cơ thể nhận diện và kích hoạt các phản ứng miễn dịch, hay nói theo ngôn ngữ khoa học, protein S chính là kháng nguyên mục tiêu. Đó là chiến lược của đa số các loại vaccine COVID-19 đang được phát triển hiện nay.

Các vaccine COVID-19 hiện được phát triển chủ yếu theo hai phương pháp: truyền thống và thế hệ mới. Điểm khác biệt cơ bản của vaccine thế hệ mới và vaccine truyền thống là cách kháng nguyên tiếp xúc với hệ miễn dịch của cơ thể. Vaccine truyền thống chứa virus bị làm yếu hoặc bất hoạt với protein S đã được biểu hiện ở bề mặt virus, hoặc protein S đã được tổng hợp và tinh sạch. Nói cách khác, với phương pháp truyền thống, vaccine chứa protein S được chế tạo từ bên ngoài, sau đó được đưa vào cơ thể để huấn luyện hệ miễn dịch.  Trong khi đó, vaccine thế hệ mới chứa các vật liệu di truyền như RNA thông tin (mRNA) hoặc DNA, mã hóa nên protein S, từ đó sẽ được cơ thể sử dụng và tổng hợp từ bên trong. Cụ thể, sau khi được đưa vào cơ thể, các vật liệu di truyền này sẽ đi vào bên trong tế bào và sử dụng bộ máy của cơ thể để tạo thành protein S, còn mRNA sau đó sẽ bị cơ thể phân hủy. Protein S hoặc các đoạn nhỏ của nó sẽ đi ra ngoài và gắn trên bề mặt tế bào, cho phép hệ thống miễn dịch nhận diện để từ đó kích hoạt các phản ứng chống lại virus khi có virus xâm nhập vào cơ thể. Quan trọng hơn, khi hệ thống miễn dịch được kích hoạt, một loại tế bào miễn dịch được gọi là tế bào B có thể sản xuất ra kháng thể giúp phá hủy cấu trúc của virus hoặc ngăn virus bám gắn vào các tế bào, và tế bào T gây độc tế bào (killer T cells) tiêu diệt các tế bào bị xâm nhiễm bởi virus, để chống lại việc virus nhân lên.

Hai vaccine, mRNA-1273 của Moderna và BNT162b2 của Pfizer/BioNTech, chính là những vaccine mRNA hoạt động theo cơ chế như vậy. Tuy nhiên, phân tử mRNA nếu được đưa trực tiếp vào cơ thể có khả năng bị phân hủy trước khi xuyên qua màng tế bào để vào đến nơi có bộ máy tạo ra protein S. Do đó, cả hai công ty phát triển vaccine nói trên đều bọc mRNA trong một phân tử nhỏ gọi là hạt nano lipid. Do kém bền ở nhiệt độ thường, nên vaccine cần được bảo quản lạnh. Tuy nhiên, vaccine BNT162b2 của Pfizer/BioNTech phải được trữ cực lạnh ở nhiệt độ -70^oC, còn vaccine mRNA-1273 của Moderna chỉ cần bảo quản ở nhiệt độ tủ lạnh tiêu chuẩn từ 2-8^oC trong 30 ngày, hoặc có thể giữ đến 6 tháng ở nhiệt độ -20^oC. Ưu điểm vượt trội này của mRNA-1273 chính là nhờ kỹ thuật tạo hạt nano từ hỗn hợp lipid-ethanol của Moderna.

Hiệu quả chống COVID-19 của hai vaccine

Cả hai vaccine đều được thử nghiệm lâm sàng trên 30.000 người, và chứng minh hiệu quả ngăn ngừa COVID-19 khoảng 95%. Vì vaccine còn quá mới, nên chưa ai biết được hiệu quả bảo vệ sẽ kéo dài trong bao lâu. Đặc biệt chúng ta vẫn chưa biết loại vaccine này có khả năng khống chế sự lây truyền virus trong cộng đồng hay không, và phải cần rất nhiều thời gian và nỗ lực để tiếp tục giải mã câu hỏi quan trọng này.

Có khả năng sau khi tiêm, một số tế bào miễn dịch sẽ giảm số lượng nhưng hệ miễn dịch có các tế bào nhớ, một loại tế bào đặc biệt giúp lưu trữ thông tin của virus SARS-CoV-2 trong thời gian dài. Đối với một số đối tượng đặc biệt như trẻ em và phụ nữ mang thai, các vaccine đều chưa được nghiên cứu và thử nghiệm. Hiệu quả bảo vệ của vaccine ở người trên 65 tuổi cũng giảm đi.

Tuy nhiên, những người tiêm vaccine được khuyến cáo vẫn phải áp dụng các biện pháp bảo vệ như đeo khẩu trang và vệ sinh vì có khả năng làm lây nhiễm virus. Nguyên nhân là do khi virus gây bệnh COVID-19 xâm nhập vào mũi và miệng, cơ chế miễn dịch tự nhiên của cơ thể sẽ sản sinh một loại kháng thể ở niêm mạc (IgA), giúp bảo vệ cơ thể trong lần nhiễm tiếp theo. Trong khi đó, các vaccine mới khi được tiêm vào bắp tay, hòa vào trong máu lại kích thích cơ thể tạo ra kháng thể khác (IgG) giúp tiêu diệt virus. Một số kháng thể này có thể đến “khu vực tiền tuyến” để canh gác nhưng hiện chưa có báo cáo chứng minh số lượng của nó có đủ để ngăn chặn sự xâm nhập và phát triển của virus hay không. Mặc dù họ không bị ảnh hưởng nhờ được vaccine bảo vệ, nhưng một hơi thở hoặc một cái hắt hơi cũng có thể phát tán virus ra cộng đồng.

Rủi ro tiềm ẩn của hai vaccine (?)

Mặc dù cả hai vaccine đều vượt qua các đánh giá khắt khe của thử nghiệm lâm sàng và cho hiệu quả bảo vệ cao, nhưng việc phát triển vaccine nhanh kỷ lục để chạy đua với tình trạng khẩn cấp của đại dịch cũng đồng nghĩa với những nguy cơ tiềm ẩn chưa được đánh giá toàn diện (vì cần một thời gian dài, tới 1 hoặc 2 năm, để tiếp tục theo dõi những người đã tham gia thử nghiệm vaccine). Hơn nữa, trước đó, vaccine mRNA chưa từng được bất kỳ quốc gia nào phê duyệt để sử dụng ở người nên khó có thể dự đoán được những rủi ro của loại vaccine này. Đáng chú ý, sau khi trở thành quốc gia đầu tiên phê duyệt và triển khai tiêm vaccine BNT162b2 của Pfizer/BioNTech, nước Anh đã chứng kiến hai trường hợp bị dị ứng sau khi tiêm vaccine. Tuy đây không phải là triệu chứng hiếm gặp của việc tiêm phòng vaccine, nhưng phản ứng không mong muốn này của vaccine cũng khiến các chính quyền cẩn trọng hơn trong việc phê duyệt các quy định sử dụng vaccine trên quy mô lớn.

Các loại vaccine tiềm năng khác đang được phát triển trên thế giới và Việt Nam

Ngoài hai vaccine mRNA trên, thế giới hiện còn một số loại vaccine COVID-19 khác đang được nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng. Tập đoàn Sinovac (Trung Quốc) gần đây đã tạo bước tiến lớn khi phân phối 1,2 triệu liều vaccine CoronaVac sang Indonesia mặc dù vẫn chưa hoàn thành các thử nghiệm giai đoạn cuối. Đây là loại vaccine truyền thống chứa virus bất hoạt, hoạt động theo cơ chế sử dụng các thành phần của virus trình diện với hệ miễn dịch để tạo ra các phản ứng bảo vệ cơ thể. Một loại vaccine khác có cơ chế hoạt động tương tự vaccine mRNA là vaccine vector virus, với các đại diện tiêu biểu từ Đại học Oxford/AstraZeneca, Janssen, và CanSino. Đoạn gene của protein S sẽ được thiết kế để chèn vào trong vật liệu di truyền của một loại virus khác. Sau khi vaccine được đưa vào cơ thể, đoạn gene sẽ được virus đó biểu hiện, và tạo thành các protein S, kích thích các phản ứng miễn dịch.

Được cho là “tạo kháng thể cao và ít tác dụng phụ”, vaccine của Novavax bước đầu chứng minh khả năng ngăn ngừa COVID-19. Đây là vaccine protein tiểu đơn vị (protein subunit) chứa protein S tái tổ hợp cùng tá dược (adjuvant) nhằm tăng cường hiệu quả miễn dịch. Protein này được tạo ra bằng công nghệ tái tổ hợp với trình tự gene đã được chỉnh sửa để tăng độ ổn định và đảm bảo sự toàn vẹn của cấu trúc protein S trong cơ thể. Vì thành phần được tiêm không chứa cấu trúc virus như vaccine virus bất hoạt cũng như đoạn gene lớn có nguy cơ gây dị ứng nên loại vaccine này có tính an toàn cao, ít tác dụng phụ, hiệu quả miễn dịch cao và kéo dài hơn, và bảo quản dễ dàng (2-8^oC). Hơn nữa, vaccine protein tái tổ hợp, như vaccine cúm FluBlok, cũng đã được cấp phép sử dụng. Tuy nhiên, việc phát triển loại vaccine này mất nhiều thời gian hơn so với vaccine mRNA do phải tạo dòng và chọn lọc trên tế bào biểu hiện protein. Vaccine Nano Covax của Nanogen (Việt Nam) vừa được bắt đầu thử nghiệm lâm sàng cũng là loại vaccine này. Theo Nanogen, vaccine Nano Covax chứa protein S được sản xuất bằng công nghệ DNA tái tổ hợp trên tế bào CHO (tế bào buồng trứng của chuột hamster Trung Quốc) với tá dược nhôm, hứa hẹn hiệu quả bảo vệ trên 90% và có hiệu lực ít nhất 6 tháng.

Ngoài ra, Việt Nam còn có một ứng cử viên vaccine khác từ Vabiotech, trong đó kháng nguyên protein S được gắn trên giá thể baculovirus, bước đầu cho kết quả sinh miễn dịch cao. Đây là một trong ba dự án tài trợ nghiên cứu khẩn cấp của Quỹ Đổi mới Sáng tạo (VINIF) (thuộc Tập đoàn Vingroup) ngay khi đại dịch COVID-19 mới bùng phát.  Hy vọng các kết quả thử nghiệm khả quan và chúng ta sẽ nhanh chóng được sử dụng vaccine nội địa.

Có thể thấy, nếu mỗi người cần hai liều thì thế giới cần khoảng 16 tỷ liều vaccine, đó là lý do khiến cuộc chạy đua sản xuất vaccine chưa hề dừng lại. Những vaccine tiềm năng đang được phát triển và thử nghiệm sẽ cho phép nhiều người tiếp cận với biện pháp phòng ngừa này, nhờ đó cũng hình thành miễn dịch cộng đồng.

Triển vọng của vaccine phòng COVID-19

Với số ca nhiễm và tử vong cao nhất thế giới, Mỹ đã trở thành quốc gia tiếp theo, sau Anh, Bahrain, Canada, Saudi Arabia và Mexico, cho phép sử dụng khẩn cấp vaccine của Pfizer/BioNTech. Bên cạnh đó, các vaccine đang được phát triển và thử nghiệm hứa hẹn sẽ đem lại kết quả khả quan, mang đến cơ hội tiếp cận vaccine COVID-19 đến nhiều người và quốc gia trên toàn thế giới. Với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, cùng những nỗ lực không ngừng nghỉ của các nhà nghiên cứu, những thành tựu bước đầu của vaccine đang mở ra hy vọng về khả năng đẩy lùi đại dịch COVID-19 trong một tương lai không xa.

PGS.TS. Lê Thị Lý, bộ môn Hóa sinh Ứng dụng, Đại học Quốc tế, Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh