Vắc-xin chống Covid-19 được chế tạo như thế nào, quy trình phức tạp ra sao?

Nhìn chung, có hai cách sản xuất vắc-xin kháng virus. Một, đã được thử và kiểm nghiệm, liên quan đến việc phát triển bên trong các lò phản ứng sinh học - nơi nuôi cấy tế bào hoạt động như vật chủ cho virus, và bằng cách này hay cách khác sẽ tạo ra vắc-xin theo yêu cầu. Tế bào được nuôi theo cách này có thể thuộc nhiều chủng loại - côn trùng, thận người, thận khỉ, buồng trứng chuột đồng - những thứ có thể tạo ra vắc-xin. Ký sinh trên đó có thể là các phiên bản virus bị suy yếu hoặc đã bị giết, hoặc virus sống thuộc loại khác ít nguy hiểm hơn mang một hoặc hai gen từ virus mục tiêu, hoặc thậm chí chỉ là các protein của virus đích bị cô lập. Vấn đề là vắc-xin nên được đưa vào cơ thể, hoặc khiến cơ thể tạo ra thứ gì đó mà hệ thống miễn dịch có thể học cách nhận biết và tấn công lại nếu virus mục tiêu thực sự xuất hiện.

Một phương pháp mới

Phương pháp thay thế, được phát triển gần đây và được sử dụng để sản xuất vắc-xin mrna như của công ty Moderna và Pfizer đã tiến hành để đối phó với đại dịch, chỉ yêu cầu nuôi cấy tế bào khi bắt đầu quy trình. mrna là chất mang các chỉ dẫn về cách tạo ra protein từ tế bào dna đến các nhà máy phân tử, được gọi là ribosome, nơi thực hiện quá trình sản xuất thực tế.

Trong trường hợp của Covid-19, các hướng dẫn được đề cập tạo ra đột biến, một loại protein được tìm thấy trên bề mặt các phần tử của sars-cov-2, loại virus gây ra bệnh này. Được đóng gói và phân phối một cách phù hợp, mrna như vậy có thể khiến một số tế bào trong cơ thể vật chủ tăng đột biến, giúp hệ thống miễn dịch sau đó học cách nhận ra. Do đó, để tạo ra loại vắc-xin này, bạn phải tạo ra rất nhiều mrna có liên quan.

Quá trình đó thực sự bắt đầu với các tế bào, mặc dù chúng là tế bào của vi khuẩn chứ không phải của động vật. Nhưng nó không dừng lại ở đây. Vi khuẩn được sử dụng, thường là một loài được hiểu rõ có tên là E-coli, đã ghép vào chúng một phiên bản dna của một phần của bộ gen sars-cov-2 mô tả sự đột biến. Sau đó, vi khuẩn được phép nhân lên trong vài ngày trước khi bị phá vỡ, dna của chúng được lọc ra và các phiên bản dna của gen đột biến được chiết xuất dưới dạng một mẫu dna.

Sau khi được tinh chế, tiêu bản này được trộn với một tổ hợp các enzym thích hợp và các phân tử được gọi là nucleotide, "các chữ cái" hóa học mà rna được cấu tạo. Khi được cung cấp, các enzym sử dụng các khuôn mẫu để chạy ra các mrnas thích hợp với một số lượng vô cùng lớn. Chúng được chiết xuất và đóng gói thành các bong bóng nhỏ, nhiều mỡ để tạo thành vắc-xin.

Cả phương pháp nuôi cấy tế bào và phương pháp mrna đều có những lợi ích và hạn chế. Phương pháp đầu tiên có lợi thế là đã được quy chuẩn rõ ràng. Nhưng giữ cho các tế bào động vật được nuôi cấy còn sống và khỏe mạnh là một công việc khó khăn. Toàn bộ lĩnh vực kỹ thuật sinh học được đang dồn sức nghiên cứu cho nhiệm vụ này. Các nhà sản xuất vắc-xin dựa vào các tế bào sống thường xuyên phải vật lộn với vấn đề sản lượng. Sử dụng phương pháp này để tạo ra nhiều vắc-xin một cách nhanh chóng là rất khó khăn.

Đó là những khó khăn thuộc mà Pascal Soriot, ông chủ của AstraZeneca, đã trích dẫn vào ngày 26 tháng 1 để bào chữa cho việc công ty của ông không cung cấp được nguồn vắc-xin đã cam kết với Liên minh châu Âu. AstraZeneca là một công ty Anh-Thụy Điển, phối hợp với Đại học Oxford, tạo ra một trong những loại vắc-xin đầu tiên được chấp thuận.

Giải quyết khó khăn

Tối đa hóa năng suất của lò phản ứng sinh học cũng là một nghệ thuật giống như một môn khoa học. Sức khỏe cơ bản của các tế bào là một vấn đề vô cùng quan trọng. Điều kiện môi trường tại nơi sản xuất cũng vậy. Việc AstraZeneca không thể đạt được các mục tiêu sản xuất cho thấy rất khó để dự đoán khi nào xảy ra sự cân bằng sinh học phù hợp. Công ty cho biết có thể mất từ ​​sáu đến chín tháng để tạo ra một địa điểm sản xuất từ ​​đầu, và thậm chí lịch trình này chỉ có thể thực hiện được bằng cách làm việc với các đối tác có kinh nghiệm và với tốc độ nhanh chóng. Hiện tại, AstraZeneca đang làm việc với 25 tổ chức sản xuất tại 15 quốc gia để sản xuất vắc-xin.

Việc sản xuất vắc xin mrna ở quy mô lớn cũng gặp rất nhiều vấn đề. Điều quan trọng nhất là làm thế nào để bảo vệ các phân tử mrna khỏi môi trường mà chúng phải đi qua để đến được với vật chủ, và từ cơ thể của chính người nhận - thứ sẽ tấn công chúng khi chúng di chuyển đến các ribosome sẽ giải mã chúng.

Tạo ra môi trường thuận lợi chủ yếu là cần phải có dây chuyền lạnh quy mô lớn. Tuy nhiên, bảo vệ khỏi cơ thể mới là khó khăn hơn cả, bởi đây là nơi các bong bóng béo đi vào.

Sản xuất những bong bóng này là một ngành công nghiệp nhỏ trước đại dịch. Một công ty nhỏ của Áo có tên Polymun Scientific, là một trong số ít công ty có thể làm ra chúng. Việc mở rộng quy mô sản xuất bong bóng béo - điều đang diễn ra ngay bây giờ, chưa từng được thực hiện trước đây và càng làm tăng thêm sự không chắc chắn cho việc tiếp tục cung cấp vắc-xin mrna.

Cũng có những điểm nghẽn khác. Đặc biệt, các nhà máy sản xuất vắc-xin phải được xây dựng theo tiêu chuẩn cao, được gọi là GMP, về "Thực hành sản xuất tốt". Hiện tại đang thiếu các phương tiện để đáp ứng điều này. Andrey Zarur, ông chủ của GreenLight Biosciences, một công ty ở Boston đang phát triển vắc-xin mrna, cho biết công ty của ông có những nhân viên mà hiện tại, toàn bộ công việc của họ là làm việc trên điện thoại nhằm cố gắng tìm kiếm các cơ sở sản xuất vắc-xin phù hợp. Tuy nhiên, không có gì sẵn có. Do đó, ông đang tìm cách mua các công ty sản xuất không còn khả năng hoạt động, chỉ đơn giản là để có được các cơ sở mình cần.

Nguồn cung cấp nguyên liệu thô như nucleotide cũng rất eo hẹp. Theo Tiến sĩ Zarur từ Thermo Fisher, một công ty cung cấp hóa chất của Mỹ, đã chi 200 triệu USD cho một cơ sở mới ở Lithuania để tạo ra các phân tử này, mặc dù bản thân công ty không xác nhận điều này.

Trên hết, việc vận chuyển và phân phối vắc xin sẽ còn nhiều thách thức hơn nữa. Vắc-xin phải được bảo quản trong các thùng thủy tinh đặc biệt không phản ứng. Một số, chẳng hạn như phiên bản hiện tại của vắc-xin của Pfizer cũng phải được giữ ở nhiệt độ cực thấp, mặc dù vấn đề đó có thể sớm được giải quyết. Drew Weissman, một trong những người phát minh ra công nghệ vắc-xin mrna, cho biết các nhà sản xuất hiện đang thử nghiệm các mũi tiêm ổn định trong ba tháng khi được giữ ở 4°C.

Một khi chuỗi cung ứng cho cả vắc-xin nuôi cấy tế bào và vắc-xin mrna đã được mở rộng và các điểm tắc nghẽn được giải quyết, quy trình sản xuất có thể phải đối mặt với một vấn đề - đó là họ có thể sản xuất vắc-xin mới nhanh như thế nào để đối phó với các biến thể virus mới khi chúng xuất hiện. Hiệu quả liên tục của các vắc-xin đã được phê duyệt chống lại các biến thể như vậy chưa được đảm bảo và có thể cần phải chế tạo các vắc-xin khác.

Ở đây, cách tiếp cận mrna có thể có lợi thế hơn. Hệ thống sản xuất chỉ yêu cầu một sự tinh chỉnh đơn giản. Ngược lại, các hệ thống nuôi cấy tế bào sẽ phải được xây dựng lại ở một mức độ nào đó cho mọi biến thể mới có thể được loại trừ khi tiêm phòng.

Mô hình quy mô

Các nhà sản xuất, chẳng hạn như ở Trung Quốc, những người sử dụng các kỹ thuật nuôi cấy tế bào kiểu cũ sẽ phải hiệu chỉnh lại toàn bộ hoạt động của họ. Các hệ thống mới hơn, như của AstraZeneca, sử dụng các tế bào được thiết kế đặc biệt để không bị ảnh hưởng bởi phiên bản mới của gen đột biến trong virus mà chúng đang mang, sẽ có thể đi đúng hướng trong thời gian cần thiết để bắt đầu nuôi cấy từ đầu - khoảng một tháng. Đối với hệ thống mrna, Drs Weissman và Zarur nói rằng sẽ mất vài tháng để chuyển từ biến thể mới sang sản xuất vắc-xin quy mô lớn. Nếu các biến thể kháng với loại vắc xin hiện tại phát triển, thì tốc độ và sự chắc chắn trong việc chế tạo vắc xin mới để chống lại chúng sẽ là điều cần thiết.