Phát triển thành công siêu vắc-xin "thiên biến vạn hóa" có thể chống lại vô số loại bệnh, kể cả ung thư

Mới đây, các kỹ sư tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), Hoa Kỳ đã phát triển thành công một loại vắc-xin “thiên biến vạn hóa”. Nó có thể dễ dàng được lập trình và tùy biến để tạo ra nhiều loại vắc-xin khác nhau chỉ trong vòng 7 ngày. Cho đến nay, vắc-xin đã thành công trong việc chống lại Ebola, cúm H1N1 và Toxoplasma gondii (một họ hàng với ký sinh trùng sốt rét). Thử nghiệm được chứng minh là hiệu quả 100% trên chuột.

Chưa dừng lại ở đó, các nhà khoa học nhận định đây có thể sẽ là loại vắc-xin tạo nên cuộc cách mạng trong công cuộc kiểm soát dịch bệnh. Kể cả những dịch bệnh với chủng virus tự nhiên mới hoàn toàn, những đại dịch có thể gây ra bởi nguyên nhân khủng bố, vắc-xin có thể ngay lập tức được điều chế trong vòng 1 tuần.

Nghiên cứu cho phép mọi dịch bệnh sẽ có ngay vắc-xin trong 7 ngày

“Hướng tiếp cận dựa trên thao tác lắp ghép nano cho phép chúng tôi tạo ra các loại vắc-xin chống lại nhiều căn bệnh mới chỉ trong vòng 7 ngày, mở ra khả năng đối phó với sự bùng phát đột ngột hoặc diễn biến thay đổi và tiến hóa nhanh chóng [của mầm bệnh]”, giáo sư Daniel Anderson đến từ MIT cho biết.

Đáng hi vọng hơn nữa, các nhà nghiên cứu còn sử dụng phương pháp này để tạo ra vắc-xin chống ung thư. Nó có khả năng “đào tạo” hệ thống miễn dịch nhận biết và tiêu diệt các khối u. Dự án nghiên cứu này được dẫn đầu bởi hai nhà khoa học: tiến sĩ Jasdave Chahal và tiến sĩ Omar Khan đến từ MIT.

Vắc-xin tùy biến nhanh

Loại vắc-xin mà tiến sĩ Khan và Chahal đang phát triển chứa các sợi vật liệu di truyền RNA thông tin. Chúng có thể được thiết kể để mã hóa bất kỳ loại protein của virus, vi khuẩn hay kí sinh trùng nào. Những phân tử này, sau đó, được đóng gói thành một phân tử mang RNA. Sau khi tiêm vắc-xin vào vật chủ (trong thử nghiệm là những con chuột), phân tử được “dịch” thành các protein kích hoạt phản ứng miễn dịch để chống lại mầm bệnh.

Hầu hết các loại vắc-xin truyền thống ngày nay chứa trong đó một dạng bất hoạt của virus hoặc mầm bệnh. Chúng sẽ đòi hỏi thời gian dài mới có thể sản xuất. Hơn nữa, đối với một số bệnh, tiêm vắc-xin truyền thống cũng hàm chứa một rủi ro lớn. Nó cũng được xem như trò đánh cược.

Một số loại vắc-xin tiên tiến hơn chứa protein của vi khuẩn. Tuy nhiên, loại vắc-xin này không tạo ra được phản ứng miễn dịch mạnh ở con người. Vì vậy, nếu muốn nó hoạt động hiệu quả, các nhà khoa học lại phải nghiên cứu thêm một chất bổ trợ, giúp phản ứng được tăng cường.

Trong bối cảnh đó, vắc xin RNA là một hướng tiếp cận cực kỳ hứa hẹn. Sử dụng cơ chế tương tự vắc-xin protein nhưng thay vì tiêm trực tiếp protein vào vật chủ, các nhà khoa học tiêm vào đó RNA. Sau khi đi vào cơ thể, RNA lúc này mới khiến tế bào vật chủ tự sản sinh ra nhiều bản sao protein được mã hóa. Vì vậy, khác với vắc-xin protein thông thường, phản ứng miễn dịch trở nên mạnh mẽ hơn mà không cần dùng đến chất bổ trợ.

Các hạt nano dendrimer sẽ đóng gói vắc-xin và mang chúng đến mục tiêu

Ý tưởng về vắc-xin sử dụng RNA đã ra đời từ 30 năm trước. Tuy nhiên, như mọi cơ chế sinh học đều rất phức tạp, cho đến nay chúng ta vẫn phải tìm cách để sử dụng chúng một cách an toàn và hiệu quả.

Trong nghiên cứu của mình, tiến sĩ Khan đã đóng gói vắc-xin RNA trong một hạt nano, được tạo từ các phân tử dendrimer (một dạng phân tử có nhánh đối xứng rất đặc biệt). Lợi thế của việc sử dụng dendrimer là các nhà khoa học có thể nhiễm điện dương chúng trong một khoảng thời gian nhất định. Điều này cho phép dendrimer liên kết chặt chẽ hơn với RNA tích điện âm.

Kích thước và cấu trúc cuối cùng của hạt vắc-xin cũng có thể được kiểm soát. Tiến sĩ Khan có thể thao tác khiến các hạt dendrimer-RNA gập gọn lại nhiều lần. Tới khi các hạt vắc-xin trở thành một hình cầu có đường kính chỉ 150 nm, nó đã đạt được kích thước tương đương nhiều loại virus. Các hạt vắc-xin lúc này có thể lọt vào bên trong tế bào, sử dụng đúng cách mà virus đã làm là lợi dụng các protein bề mặt.

Đặc điểm quan trọng nhất ở loại vắc-xin này chính là các RNA. Các nhà nghiên cứu có thể tùy biến để RNA tạo được hầu hết các loại protein mà họ muốn. Đây là cơ sở để chúng ta gọi đó là một vắc-xin cho bách bệnh.

Vắc-xin được thiết kế để đưa vào cơ thể theo đường tiêm bắp, một phương pháp rất đơn giản trong y tế và dễ dàng quản lý. Khi các hạt vắc-xin vào bên trong tế bào, chúng gây ra quá trình sản xuất protein và kích thích hệ miễn dịch. Tuyệt vời hơn, vắc-xin này có thể kích thích cả hai cơ chế riêng biệt của hệ miễn dịch. Đó là phản ứng tế bào T và đáp ứng kháng thể.

Thử nghiệm trên chuột đã cho thấy sự thành công nhất định. Những con chuột được tiêm một liều duy nhất vắc-xin RNA không thể hiện triệu chứng sau khi tiếp xúc với mầm bệnh bao gồm Ebola, cúm H1N1 và ký sinh trùng Toxoplasma gondii.

“Không quan trọng việc chúng tôi đã chọn loại kháng nguyên nào, vắc-xin vẫn có thể tạo ra đầy đủ kháng thể và cả phản ứng tế bào T”, tiến sĩ Khan nói.

Vắc-xin có thể được đưa vào cơ thể qua đường tiêm bắp đơn giản

Các nhà nghiên cứu cũng tin rằng vắc-xin của họ an toàn hơn nhiều so với loại vắc-xin DNA mà nhiều nhà khoa học khác đang theo đuổi. Không giống như DNA, RNA không thể được tích hợp vào hệ gen vật chủ, một hoạt động tiềm ẩn nguy cơ tạo ra đột biến.

Nói thêm về điều này, giáo sư sinh học Hidde Ploegh cũng đến từ MIT cho biết: loại vắc-xin tùy biến này có thể trở thành một chiến lược quan trọng để giải quyết bệnh dịch, bên cạnh cách chúng ta đang dự trữ kháng sinh truyền thống như hiện nay. Điều quan trọng bây giờ chỉ là đánh giá thêm sự an toàn của nó và tìm cách tối ưu hóa chi phí sản xuất.

Có ngay vắc-xin sau 7 ngày dịch bùng phát

Hãy nhìn vào cách mà chúng ta đang loay hoay để đối phó với các dịch bệnh gần đây: Zika năm 2015, Ebola năm 2014 hay cúm H1N1 năm 2009. Một nguyên nhân quan trọng khiến chúng ta không thể kiếm soát các dịch bệnh này là phải mất tới vài tháng cho đến hàng năm trời để tạo ra được vắc-xin.

Đơn cử, năm 2009, vắc xin cúm H1N1 được sản xuất nhờ việc phát triển virus bên trong trứng gà. Quá trình này tiêu tốn tới vài tháng. Khi một chủng virus cúm mới bất ngờ xuất hiện, không có cách nào để tạo ra vắc-xin một cách nhanh hơn thế.

“Thông thường, một mắc-xin chỉ sẵn sàng sau thời gian rất lâu dịch bùng phát”, tiến sĩ Chahal nói. Bây giờ, nếu chỉ mất 7 ngày để tạo ra vắc-xin, đó sẽ là một cuộc cách mạng. Giáo sư Joseph Rosen đến từ Đại học Dartmouth cho biết chúng ta có thể phản ứng ngay khi dịch bệnh bùng phát, ngay cả khi đó là những chủng virus và vi khuẩn chưa từng được biết đến.

“Để đối phó với một đại dịch, dù đến từ tự nhiên, sự vô tình hay cố ý [của con người], vắc-xin có thể được sản xuất chỉ trong 1 tuần”, Rosen nói. Vắc-xin RNA, vì thế, cho phép chúng ta can thiệp và chặn đứng những hậu quả nghiêm trọng của một cuộc khủng hoảng sinh học, nếu chúng có không may xảy ra.

Phản ứng nhanh là điều cần thiết trong một vụ tấn công khủng bố sinh học

Để hiện thực hóa điều không tưởng này, tiến sĩ Khan và Chahal bây giờ đang khởi động một công ty để cấp phép và thương mại hóa công nghệ vắc xin mới. Ngoài những vắc-xin họ đã thiết kế, hai nhà khoa học sẽ phát triển nó nhắm đến cả Zika và bệnh Lyme.

Và cả vắc-xin ung thư

Không chỉ dừng lại ở việc phát triển vắc-xin cho các loại bệnh truyền nhiễm, các nhà khoa học tại MIT còn muốn sử dụng nó để chống lại ung thư. Tham gia một cuộc thi có tên “Mission: Possible”, tổ chức bởi Viện nghiên cứu ung thư David H. Koch, MIT, tiến sĩ Khan và Chahal đã rút lui giữa chừng. Họ chấp nhận bỏ qua cơ hội nhận tới 300.000 USD tài trợ vì một đề nghị khác hấp dẫn hơn từ các tổ chức bên ngoài.

Quỹ Nghiên cứu Y tế tiên tiến, Hoa Kỳ đã đề nghị hỗ trợ họ trong một dự án thiết kế vắc-xin nhắm đến các gen thường chỉ được kích hoạt trong quá trình phát triển phôi thai. Những gen này không hoạt động ở người trưởng thành nhưng lại được tái kích hoạt khi một loại ung thư phổi phát triển.

Vì vậy, bằng cách tiếp cận các gen này, các nhà khoa học đã nhìn thấy hướng đi cho mình để phát triển vắc-xin có thể chống lại cả căn bệnh ung thư. “Chúng tôi rất phấn khởi khi nghĩ về tiềm năng của phương pháp mới này”, giáo sư Robert Langer đến từ Viện nghiên cứu ung thư David H. Koch, MIT kết luận.

Tham khảo MIT