Bên trong cuộc đua điều chế vắc-xin cho Covid-19: Những công nghệ mới, quy trình mới và kỷ lục mới

Khi dịch Covid-19 bùng phát ở Trung Quốc vào tháng 12 năm ngoái, thậm chí nó còn chưa có được cái tên chính thức ấy. Các nhà khoa học gọi nó là một đợt bùng phát bệnh "viêm phổi lạ", và chưa ai biết nguyên nhân là do chủng virus corona mới gây ra.

Ở phía bên kia Thái Bình Dương, các nhà nghiên cứu tại Inovio Pharmaceuticals đã túc trực ngày đêm để không bỏ lỡ bất kỳ diễn biến nào của dịch bệnh. Là một công ty công nghệ sinh học dược phẩm có trụ sở tại San Diego, Inovio đã có rất nhiều kinh nghiệm làm việc với virus.

Trong khi dịch MERS (Hội chứng hô hấp Trung Đông) bùng phát vào năm 2012, Inovio chính là một trong những công ty đầu tiên phát triển được vắc-xin cho căn bệnh này. Vì vậy với dịch bệnh mới ở Trung Quốc, các nhà khoa học ở đây biết rằng họ cũng sẽ sớm phải vào cuộc.

Bên trong cuộc đua điều chế vắc-xin cho Covid-19: Những công nghệ mới, quy trình mới và kỷ lục mới

Ngay khi bộ gen của virus corona mới SARS-CoV-2 được đăng tải trên các nền tảng khoa học mở vào tháng 1, các nhà nghiên cứu tại Inovio đã tiến hành đối chiếu nó với các loại vắc-xin mà họ có.

"Tất cả chúng tôi hy vọng rằng [bộ gen của virus mới] sẽ có đủ sự trùng khớp để vắc-xin MERS mà chúng tôi đã phát triển trước đây có thể đem lại hiệu quả", James Broderick, phó chủ tịch bộ phận R&D tại Inovio, cho biết.

Thiết kế vắc-xin trong 3 giờ đồng hồ

Giống như MERS và SARS, virus mới gây bệnh ở Trung Quốc là một chủng thuộc gia đình corona, một nhóm virus có những gai protein và sử dụng RNA làm vật liệu di truyền. Tuy nhiên, may mắn lần này đã không mỉm cười với Inovio, SARS-CoV-2 có bộ gen quá khác với MERS, do đó, vắc-xin cũ mà họ đã phát triển không thể áp dụng cho virus mới.

Nhưng cũng không vì thế mà các nhà nghiên cứu ở Inovio chịu bỏ cuộc. Họ đã lao vào một công cuộc tìm kiếm mới, phát triển một loại vắc-xin hoàn toàn mới, dành cho căn bệnh mới. Chỉ sau 3 tiếng đồng hồ, Inovio đã thiết kế ra được một loại vắc-xin tiền lâm sàng, một ứng cử viên tiềm năng đầu tiên để chống lại Covid-19.

Thiết kế vắc-xin chỉ trong 3 tiếng đồng hồ trước đây chỉ nghe như một câu chuyện hư cấu. Nhưng sử dụng một công nghệ độc quyền dựa trên các kỹ thuật di truyền gen, Inovio đã biến nó thành sự thật.

Thiết kế vắc-xin chỉ trong 3 tiếng đồng hồ trước đây chỉ nghe như một câu chuyện hư cấu. Nhưng Inovio đã biến nó thành sự thật.

Trước đây, để phát triển vắc-xin, chúng ta cần phân lập và nuôi cấy virus. Quá trình này đòi hỏi rất nhiều thời gian và tiềm ẩn những rủi ro nhất định. Virus cần phải bị giết chết hoặc làm bất hoạt một phần để yếu đi, sau đó, chúng được tiêm vào cơ thể người để giúp hệ miễn dịch nhận dạng đặc điểm của virus.

Cơ thể lúc này sẽ tạo ra được kháng thể để ngăn chặn những cuộc tấn công của virus thật nếu chúng xảy ra trong tương lai.

Nhưng quá trình nghiên cứu và phát triển vắc-xin truyền thống này có thể mất từ vài tháng, thậm chí nhiều năm. Vì vậy, Inovio và các công ty công nghệ sinh học khác đã phát triển nhiều phương pháp giúp tạo ra vắc-xin nhanh hơn nhiều.

Đối với SARS-CoV-2, các nhà khoa học ở Inovio đã tìm cách chuyển đổi RNA của virus thành DNA. Sau đó, họ chọn một số dãy trình tự di truyền trong DNA đó, dùng mô phỏng máy tính để đề xuất ra đâu sẽ là trình tự có tác dụng thúc đẩy hệ thống miễn dịch tạo ra kháng thể.

Những đoạn DNA được chọn sau đó được tiêm vào bên trong vi khuẩn, lợi dụng bộ máy sinh học của vi khuẩn để tạo ra một lượng lớn protein. Chính các protein này sẽ được sử dụng để làm ra vắc-xin, và chúng sẽ giúp hệ miễn dịch nhận biết virus SARS-CoV-2 một khi xâm nhập vào cơ thể.

Quy trình sản xuất vắc-xin của Inovio

Cách tiếp cận của Inovio đã rút ngắn đáng kể thời gian cần thiết để thiết kế một loại vắc-xin. Và sự thật là họ đã làm nó trong vòng 3 tiếng đồng hồ. Broderick cho biết sau khi có bản thiết kế đó, công ty sẽ mất khoảng 1 tháng để sản xuất lô vắc-xin tiền lâm sàng đầu tiên.

Họ hi vọng sẽ thử nghiệm nó trên người vào đầu mùa hè này. Nếu quá trình diễn ra trôi chảy, vắc-xin cho Covid-19 của Inovio sẽ có mặt trên thị trường sau khoảng 1 năm nữa. Và đó vẫn là một thời gian kỷ lục hiện tại.

Công nghệ vắc-xin mới cho một loại virus corona mới

Inovio không phải là công ty công nghệ sinh học duy nhất tham gia vào cuộc đua điều chế vắc-xin cho Covid-19. Ngày hôm qua, Moderna Therapeutics -một công ty công nghệ sinh học của Mỹ có trụ sở tại Cambridge, Massachusetts cho biết họ đã xuất xưởng một lô vắc-xin đầu tiên dành cho Covid-19.

Lô vắc-xin này đã được gửi tới Viện Dị ứng và Bệnh Truyền nhiễm Quốc gia Hoa Kỳ (NIAID), một phân viện của Viện Y tế Quốc gia Mỹ (NIH) để kiểm tra lần cuối trước khi thử nghiệm trên người vào đầu tháng tư tới.

Moderna đã cán đích trước Inovio khi chỉ mất 42 ngày để sản xuất một vắc-xin cho chủng virus corona mới, một khoảng thời gian kỷ lục. Để làm được điều này, họ đã áp dụng một phương pháp khác so với Inovio nhưng cũng dựa trên bộ gen của virus SARS-CoV-2.

Cụ thể, vắc-xin của Moderna sử dụng các mRNA, hay còn gọi là RNA thông tin để kích hoạt hệ miễn dịch của cơ thể sản xuất các protein giúp nhận dạng virus corona mới.

RNA thông tin là những bản sao hướng dẫn tạo protein được mã hóa trong gen. Các bộ máy tế bào có khả năng đọc các mRNA này để tổng hợp và xây dựng protein. "Các nhà khoa học đã lựa chọn các đoạn gen của SARS-CoV-2 có thể gây ra phản ứng miễn dịch mạnh mẽ để chống lại virus", Kizzmekia Corbett, nhà miễn dịch virus học tại Trung tâm nghiên cứu vắc-xin của NIAID giải thích.

"Theo nghĩa đen, chúng tôi đã trao cho các tế bào [miễn dịch trong cơ thể] một bộ mã di truyền của vắc-xin mà chúng tôi thiết kế, nó chứa các mRNA có thể nói với các tế bào rằng "Hey, hãy tổng hợp những protein này nhé"".

Các protein sau đó sẽ thúc đẩy hệ thống miễn dịch tạo ra các kháng thể để bảo vệ bạn chống lại virus. Với hướng tiếp cận này, vắc-xin mRNA đã sử dụng chính cơ thể bạn như một cỗ máy để sản xuất protein, do đó, các nhà nghiên cứu không cần phải mất nhiều thời gian, công đoạn và tiền bạc để sản xuất protein cho vắc-xin nữa.

Tiến sĩ Stephen Hoge, chủ tịch của Moderna Therapeutics cho biết mRNA thực sự giống như một mềm sinh học. Việc tiêm vắc-xin chứa mRNA giống với việc cắm một chiếc USB vào cơ thể bạn, từ đó bạn sẽ nạp vào mình một phần mềm diệt virus.

Vắc-xin sẽ tạo ra các protein [giống với của virus], giúp hệ miễn dịch nhận ra nó và tạo phản ứng miễn dịch. Điều đó có nghĩa là phương pháp sản xuất vắc-xin này có thể được nhân rộng nhanh chóng, tiết kiệm thời gian.

Corbett thì cho biết chiến lược mRNA có thể được sử dụng để thiết kế ra vắc-xin chống lại mọi chủng virus corona mới trong tương lai, và cả các bệnh truyền nhiễm mới nổi khác. Hiện tại, các nhà khoa học cũng đang thử nghiệm một số loại vắc-xin mRNA để chống lại virus MERS.

Dự kiến vắc-xin mới dành cho bệnh Covid-19 của Moderna sẽ được thử nghiệm trên người vào đầu tháng 4 tới.

Một vắc-xin truyền thống dựa trên virus phân lập

Trong cuộc chiến với Covid-19, cả Inovio và dự án hợp tác giữa NIAID và Moderna đã đều đã nhận được tài trợ từ một tổ chức có tên là Liên minh Đổi mới Chuẩn bị ứng phó với dịch bệnh (CEPI). Tại Australia, CEPI cũng đang tài trợ cho một nghiên cứu phát triển vắc-xin dành cho Covid-19.

Là một trong số những quốc gia đầu tiên nuôi cấy và phân lập được virus SARS-CoV-2 từ cuối tháng 1, Australia lựa chọn hướng nghiên cứu vắc-xin truyền thống, sử dụng việc bất hoạt virus để kích thích hệ miễn dịch sản sinh kháng thể chống lại nó.

Nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Queensland ở Brisbane, trong đó, các nhà khoa học đã tìm ra cách để kiểm soát virus corona mới, giữ cho nó không lây nhiễm các tế bào. Để làm được điều đó, họ đã sử dụng một công nghệ gọi là "kẹp phân tử" - nó là một protein được "khâu" vào một protein khác.

Trong trường hợp của virus corona, đó chính là những protein được khâu vào những mũi gai nhô ra bên ngoài của chúng, thứ vũ khí mà SARS-CoV-2 sử dụng để xâm nhập tế bào cơ thể người.

Chúng ta biết tất cả họ gia đình virus corona đều có các protein dạng gai này. Với SARS và MERS, các gai protein hoạt động giống như các chốt khóa dễ uốn, chúng thay đổi hình dạng để tương tác với một protein trên bề mặt tế bào người và xâm nhập vào chúng.

Đến ngày 19-2, các nhà khoa học đã chụp được ảnh 3D hoàn toàn rõ ràng của gai protein virus SARS-CoV-2 mới, cho thấy nó còn có thể biến hình linh hoạt hơn cả SARS và MERS. Các gai protein này bám vào tế bào người chặt gấp 10-20 lần so với virus SARS. Có thể do vậy mà Covid-19 đang lây lan mạnh từ người sang người hơn so với SARS 17 năm về trước.

Nhưng với chiếc kẹp phân tử của mình, các nhà khoa học ở Queensland đã giữ được cho gai protein của SARS-CoV-2 không thể biến hình được nữa. Nó khóa cái gai ở dạng ban đầu, ở dạng này, protein có thể kích hoạt hệ miễn dịch sản xuất kháng thể. Do đó, virus bị khóa này có thể trở thành một loại vắc-xin mạnh.

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm sử dụng các tế bào động vật có vú để sản xuất vắc-xin, và một cỗ máy chuyên dụng để xác định các tế bào nào đang tạo ra protein kẹp. Với cỗ máy này, các nhà nghiên cứu có thể tăng tốc quá trình sản xuất vắc-xin, rút ngắn nó từ vài tuần như trước đây xuống còn vài ngày.

Loại vắc-xin kẹp phân tử mà Đại học Queensland đang phát triển có thể được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm trong tuần tới. Thử nghiệm an toàn trên người có thể bắt đầu sau vài tháng. Vì nó là một loại vắc-xin truyền thống cải tiến, có thể sẽ phải mất 3 năm để vắc-xin chính thức được phát hành.

Tuy nhiên, các nhà khoa học mong rằng với diễn biến cấp bách của dịch Covid-19 như hiện tại, họ có thể rút ngắn nó xuống chỉ còn 1 năm.

Kháng thể từ những người đã khỏi bệnh

Có được vắc-xin sẽ giúp những người còn khỏe mạnh phòng tránh được virus và không bị nhiễm bệnh, nhưng có thể vắc-xin đơn thuần không giúp được gì nhiều cho các bệnh nhân đã nhiễm Covid-19. Các nhà khoa học cần một thứ gì đó khác để bảo vệ và điều trị cho họ - trong trường hợp này, họ tìm thấy một thứ có thể giúp đỡ - một mũi tiêm kháng thể.

Những người đã hồi phục sau khi nhiễm Covid-19 sẽ có các kháng thể trong máu để chống lại virus. Các kháng thể này có thể tồn tại trong cơ thể họ trong nhiều năm, thậm chí hàng thập kỷ. Kháng thể bảo vệ họ khỏi tái phát bệnh, cũng như có thể miễn nhiễm với một chủng virus tương tự nếu họ gặp phải.

Tin vui là các kháng thể này cũng có thể bảo vệ được những người khác nữa. Và đó là một giải pháp tình thế nhanh chóng trong trường hợp này. Christos Kyratsous, phó chủ tịch nghiên cứu bệnh truyền nhiễm tại Regeneron Pharmaceuticals cho biết sau khi được tiêm, các loại vắc-xin có thể mất vài tuần cho đến vài tháng để tạo ra đủ lượng kháng thể giúp bảo vệ bạn.

Chẳng hạn như với vắc-xin Ebola, nó mất ít nhất một tuần để kích thích hệ miễn dịch sản xuất đủ kháng thể. Nhưng các mũi tiêm kháng thể từ người khỏi bệnh đã cung cấp sự bảo vệ cho những người khác ngay lập tức, Kyratsous nói.

Trước đây, các bác sĩ đã tiến hành truyền huyết thanh chứa kháng thể của người đã chữa lành Ebola sang cho những bệnh nhân đang mắc phải nó. Và huyết thanh đã giúp họ khỏi bệnh. Trong dịch Covid-19 lần này, các bác sĩ Trung Quốc cũng đã làm điều tương tự với bệnh nhân nhiễm SARS-CoV-2.

Nhưng cung cấp kháng thể trực tiếp từ những người khỏi bệnh không phải lúc nào cũng có hiệu quả. Vì vậy, Regeneron đã hướng đến một phương pháp phát triển kháng thể giúp cho nó trở thành một liều thuốc mạnh mẽ hơn.

Công ty đã có kinh nghiệm thử nghiệm kháng thể chống lại Ebola và virus MERS. Các nghiên cứu lâm sàng và tiền lâm sàng đã chứng tỏ được sự hiệu quả tăng cường của chúng. Hiện tại, Regeneron cũng đang sử dụng hướng tiếp cận tương tự với Covid-19.

"Chúng tôi đã học được rất nhiều điều từ dự án phát triển kháng thể cho MERS, những điều mà bây giờ chúng tôi có thể áp dụng sang để phát triển kháng thể cho virus corona mới", Kyratsous nói.

Các nhà nghiên cứu ở Regeneron đã tạo ra những protein của virus SARS-CoV-2 trong phòng thí nghiệm và tiêm chúng vào những con chuột có phiên bản gen người để tạo ra kháng thể. Công việc tiếp theo đang được thực hiện, là kiểm tra những kháng thể này có an toàn hay không. Nếu có, Regeneron có thể sớm tiến đến thử nghiệm trên người.

Nhóm nghiên cứu cũng hy vọng sẽ xin được một nguồn kháng thể từ những bệnh nhân đã hồi phục sau khi nhiễm Covid-19. Nhưng Kyratsous nói, thu hoạch kháng thể từ người không phải là một phương pháp có thể nhân rộng hoặc thực hiện mãi. Vì vậy, họ phải tìm ra cách tự sản xuất chúng là tốt nhất.

Mặc dù vậy, cũng phải nói rằng tất cả các nỗ lực và công nghệ mới mà Inovio, Moderna, Đại học Queensland và Regeneron đang sử dụng chỉ có thể rút ngắn quãng thời gian mà chúng ta có được vắc-xin cho Covid-19. Trên thực tế, đó vẫn còn là một khoảng thời gian kéo dài ít nhất một năm.

Một năm là khoảng thời gian cần thiết và ngắn nhất để hoàn thành những thử nghiệm trên động vật và trên người để đảm bảo mọi loại vắc-xin đều an toàn và hiệu quả. "Ngay cả trong tình huống cấp bách nhất, chúng ta cũng không thể đơn giản thò tay vào túi là lấy ra được một loại vắc-xin", Anthony Fauci, giám đốc Viện Dị ứng và Bệnh Truyền nhiễm Quốc gia Hoa Kỳ cho biết.

Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) cho biết trong trường hợp dịch Covid-19 diễn biến phức tạp và trở thành một thảm họa thực sự, họ có thể cấp phép cho các loại vắc-xin mới ngay cả khi chúng chưa hoàn tất các thử nghiệm an toàn.

Tuy nhiên, từ phía các nhà khoa học, không ai dám chắc rằng trong vòng 6 tháng tới chúng ta có thể có được một loại vắc-xin cho hiệu quả thực sự. Vì vậy, trong khoảng thời gian nhạy cảm này, chúng ta cần phải nâng cao cảnh giác với Covid-19, áp dụng triệt để các biện pháp bảo vệ khác như cách ly người nhiễm bệnh và nghi nhiễm, rửa tay thường xuyên và đeo khẩu trang trong trường hợp cần thiết.

Vắc-xin rồi sẽ có, nhưng chúng ta sẽ phải chờ đợi một thời gian nữa.

*Bạn cần làm gì để phòng tránh virus SARS-CoV-2 hiệu quả, tham khảo các khuyến cáo của WHO và Bộ Y tế tại đây.

Tham khảo Sciencenews