'Lá chắn' vaccine và cơ hội để thoát khỏi đại dịch COVID-19

 10:27 | Thứ sáu, 02/07/2021  0
Những đợt bùng phát COVID-19 trước đây ở Việt Nam, khi dịch chưa lây lan ra cộng đồng thì giải pháp truy vết, phong tỏa, cách ly và chúng ta đã rất thành công (thậm chí được thế giới ngưỡng mộ). Hiện nay giải pháp này vẫn có thể còn hiệu quả nhưng một khi dịch lan rộng ra ngoài cộng đồng thì dễ trở thành một cuộc đấu khó cân sức…

Mà tình huống này rất dễ xảy ra vì xét về địa lý thì nước ta có quá nhiều con đường giao tiếp với các nước lận cận như Campuchia, Lào và Trung Quốc và công tác ngăn chặn dịch bệnh qua biên giới sẽ rất khó thành công 100%. Chính vì vậy, chỉ có một giải pháp có thể giúp chúng ta chiến thắng được dịch bệnh, đó là vaccine (vắc-xin). Giải pháp này thực sự chủ động, là “vũ khí” duy nhất sẽ giúp chúng ta vượt qua được đại dịch COVID-19 để trở lại cuộc sống bình thường.

Nhìn qua các nước Âu Mỹ thời gian qua, chúng ta hẳn đã thấy dịch bệnh bùng phát rất dữ dội, con số lây nhiễm rất cao, các bệnh viện có nhiều khi tràn ngập người bệnh, số người chết nhiều (vì cho dù tỷ lệ tử vong của COVID-19 không cao nhưng với số người mắc cùng lúc quá cao thì nhiều cơ sở y tế bị quá tải).

Ban đầu những nước này cũng chỉ chống lại đại dịch bằng những phương pháp rất thụ động, đó là cách ly, là phong tỏa, là đeo khẩu trang nhưng phải thừa nhận là phương cách này hầu như khó hiệu quả vì chỉ cần nới lỏng là dịch bệnh lại bùng phát. Lý do là vì dịch đã lan rộng ngoài cộng đồng thì nguồn lây không thể truy vết để kiểm soát được. Thế nhưng hiện hay những nước này hầu như đang khép được cánh cửa đại dịch, cuộc sống gần như trở lại bình thường và giải pháp chính yếu đó là vaccine để tạo được miễn dịch cộng đồng.

Hiểu đúng về vaccine ngừa COVID-19

Vaccine là một chế phẩm sinh học được sử dụng để giúp cơ thể chống (tạo được miễn dịch chủ động) được một bệnh nhiễm trùng nào đó mà cơ thể có thể chưa mắc phải trước đó nhưng có thể sẽ gặp trong tương lai vì đây là những bệnh có thể lây lan dễ dàng hay gây thành dịch hoặc có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng cho sức khỏe.

Quang cảnh nhà thi đấu Phú Thọ ngày 25.6, điểm tiêm lớn nhất của TP.HCM trong chiến dịch tiêm vaccine chưa có tiền lệ. Ảnh: Quỳnh Danh


Đưa vaccine vào cơ thể để tạo miễn dịch được gọi là chủng ngừa (vaccination). Chính nhờ chủng ngừa bằng vaccine mà loài người đã thành công trong việc loại bỏ vĩnh viễn một số bệnh như đậu mùa, sốt vàng hay làm giảm được tỷ lệ mắc của một số bệnh như: cúm, bại liệt, lao, thủy đậu, viêm gan B…

Cho đến hiện nay, Tổ chức Y tế thế giới (WHO) ghi nhận có trên 25 bệnh nhiễm trùng đã và đang được ngừa hiệu quả bằng vaccine, tuy nhiên cũng còn nhiều bệnh nhiễm trùng mà y học vẫn chưa thể tìm ra được vaccine phòng ngừa.

Để chống được một tác nhân vi sinh gây bệnh nhiễm trùng thì vaccine phải kích thích được miễn dịch của cơ thể chống lại khả năng gây bệnh của chính tác nhân đó. Như vậy thì vaccine phải chứa một thành phần kích thích được miễn dịch bảo vệ của cơ thể chứ không phải kích thích được miễn dịch chỉ nhận diện được tác nhân mà không giúp bảo vệ được cơ thể không bị bệnh.

Thành phần trong vaccine kích thích được miễn dịch bảo vệ của cơ thể được gọi là kháng nguyên bảo vệ. Hiện nay vẫn còn có nhiều tác nhân vi sinh gây bệnh mà các nhà khoa học chưa chế được vaccine vì chưa biết được thành phần nào của vi sinh vật chính là kháng nguyên bảo vệ. Ví dụ virus (vi-rút) viêm gan C (HCV: Hepatitis C vi rút) hay vi rút HIV là điển hình hai tác nhân mà cho đến nay các nhà khoa học chỉ tìm được các kháng nguyên kích thích cơ thể người nhiễm tạo được miễn dịch nhận biết người bị nhiễm chứ vẫn chưa biết được kháng nguyên nào là kháng nguyên bảo vệ nên chưa chế được vaccine.

Trong khi đó với virus viêm gan B (HBV: Hepatitis B vi rút), chúng ta đã có được vaccine từ sớm vì các nhà khoa học đã biết được kháng nguyên bề mặt của virus (HBsAg: Hepatitis B surface Antigen) chính là kháng nguyên kích thích được miễn dịch bảo vệ nên vaccine ngừa HBV chứa thành phần chính là chế từ kháng nguyên bề mặt của virus (siêu vi).

Đối với tác nhân SARS-CoV-2 gây COVID-19, các nhà khoa học đã rất sớm giải trình tự toàn bộ genome cũng như nuôi cấy được virus nên đã sớm xác định được thành phần gây bệnh chính của nó, đó là các protein gai hay gọi là protein S (Spike) hiện diện trên bề mặt của vrus.

SARS-CoV-2 dùng các protein S này để bám vào các thụ thể là các ACE2 (Angiotensin Converting Enzyme 2) hiện diện nhiều trên bề mặt của tế bào biểu mô hô hấp cũng như biểu mô nội mạch. Nhờ đó mà tác nhân SARS-CoV-2 xâm nhập được vào bên trong tế bào rồi nhân bản thành nhiều virus khác để xâm nhập vào các tế bào mới và lan tràn (hình 1): 

Hình 1: Quá trình nhân bản của SARS-CoV-2 với 8 giai đoạn; (1) bám lên tế bào; (2) xâm nhập vào bên trong tế bào; (3) phóng thích bộ gen RNA vào tế bào chất; (4) nhân bản bộ gen và đồng thời phiên mã các mRNA; (5) tổng hợp các thành của vi rút; (5) dóng gói thành các vi rút hoàn chỉnh trong lưới nội sinh chất của tế bào; (7) tập trung các vi rút hoàn chỉnh trong thể Golgi của tế bào (8) phóng thích các vi rút mới ra ngoài tế bào.


Hiện nay các nhà khoa học đã xác định protein S không chỉ giúp virus xâm nhập để tăng sinh và lan tràn mà còn giết chết tế bào vì chúng làm tê liệt các ti thể của tế bào - là nơi tạo ra được năng lượng cho mọi hoạt động của tế bào.

Nhận diện những loại vaccine ngừa COVID-19

Biết được thành phần chính gây bệnh của SARS-CoV-2 đồng nghĩa là các nhà khoa học đã biết được kháng nguyên kích hoạt hệ thống miễn dịch bảo vệ của cơ thể chống được bệnh COVID-19, đó chính là các protein S của virus. Như vậy thì đích nhắm của chế tạo vaccine là phải chứa được thành phần kích hoạt được miễn dịch của cơ thể ngăn chặn hoạt động protein S của SARS-CoV-2.

Dựa trên nguyên tắc này, hiện nay các nhà khoa học và các công ty đã sản xuất vaccine ngừa COVID-19 với 4 loại sau đây:

- Vaccine bất hoạt: Đây là loại vaccine truyền thống đã và đang được sản xuất để ngừa nhiều bệnh nhiễm vi rút khác nhau như cúm, sởi, trái ra.…Vaccine bất hoạt ngừa COVID-19 là vaccine chế từ vi rút SARS-CoV-2 phân lập từ người bệnh, được nuôi cấy trong cấy tế bào và sau đó làm bất hoạt chúng.

Tiêu biểu là các vaccine do các công ty Sinopharm, Sinovac và Sinopharm-Wuhan của Trung Quốc phát triển. Trong vaccine loại này, ngoài thành phần protein gai của vi rút, còn có chứa các thành phần khác của virus và cả các thành phần của cấy tế bào dùng để nuôi cấy tăng sinh virus. Dĩ nhiên các nhà nghiên cứu và sản xuất phải đánh giá là các thành phần không mong muốn này là vô hại đối với người được chích vaccine trước khi đưa vào sử dụng đại trà.

- Vaccine protein gai tái tổ hợp: Đây là loại vaccine chỉ chứa các protein gai của SARS-CoV-2 được tổng hợp bằng công nghệ tái tổ hợp di truyền. Tóm tắt công nghệ này là chèn gen tổng hợp nguyên cả protein gai hay chỉ một phần chính yếu của protein gai (phần nhận diện và tóm bắt được thụ thể ACE2) của virus vào một vector rồi chuyển vector này vào một loại tế bào để nhờ tế bào này sản xuất được protein gai.

Tóm tắt thì như vậy nhưng trong thực tế thì sản xuất protein gai tái tổ hợp là một công nghệ không phải dễ dàng vì nếu sử dụng vi khuẩn để nhận vector sản xuất protein gai thì cấu trúc không gian của protein gai sẽ khác biệt với cấu trúc thực tế nên không thể làm được vaccine vì không kích thíc cơ thể sinh được miễn dịch bảo vệ. Chính vì vậy nên hiện nay công ty Nanogen của Việt Nam đã nghiên cứu sử dụng dòng tế bào CHO (Chinese Hamster Ovary: tế bào buồng trứng của Hamster Trung Hoa là dòng tế bào đã được quốc tế chấp nhận sử dụng trong sản xuất các dược phẩm protein dành cho điều trị) để sản xuất được protein gai (hình 2) và vaccine Nano-Covax của Nanogen đã qua được hai phase 1 và 2 với đánh giá là an toàn và sinh miễn dịch tốt. Ngoài Nanogen thì Novavax của Mỹ và Vector Institute của Nga cũng đang là hai công ty đang sản xuất vaccine protein gai tái tổ hợp.

Hình 2: Tóm tắt qui trình sản xuất protein S bắng cách dùng vector chèn gen S vào tế bào CHO rồi chọn dòng tế bào biểu hiện được protein S đưa vào sản xuất.


- Vaccine DNA: Đây là loại vaccine dùng một loài virus vô hại với người để làm vector đưa DNA chịu trách nhiệm sản xuất protein của vaccine vào tế bào cơ thể, làm cho tế bào sản xuất các protein này và kích thích hệ miễn dịch tạo được miễn dịch bảo vệ cơ thể chống lại tác nhân vi sinh gây bệnh.

Đầu tiên ý tưởng dùng virus làm vector để đưa DNA vào tế bào được nghiên cứu để giúp điều trị các bệnh lý khiếm khuyết về gen. Sau đó các nhà khoa học đã áp dụng phương pháp này để chế tạo vaccine ngừa các bệnh nhiễm như Ebola hay hội chứng hô hấp Trung Đông do coronavi rút gây ra (MERS-CoV).

Đối với COVID-19 thì các nhà khoa học đã dùng adenovirus để làm vector mang DNA chịu trách nhiệm sản xuất protein S của SAR-CoV-2 bằng cách tăng sinh vi rút trong cấy tế bào rồi thay thế gen E1 của adenovirus bằng gen S và như vậy là virus sẽ không còn khả năng nhân bản mà sẽ trở thành vector mang DNA của gen S. Các adenovector mang DNA này sau khi chích vào người sẽ xâm nhập tế bào và giải phóng DNA vào nhân tế bào để được phiên mã thành mRNA đưa vào tế bào chất. Tại tế bào chất, mRNA sẽ trượt lên các ribosome gắn trên màng lưới nội sinh chất để tổng hợp protein S tập trung trong bộ Golgi và được đưa ra ngoài tế bào. Hệ miễn dịch của cơ thể sẽ nhận diện các protein S này và sẽ tạo ra các đáp ứng miễn dịch đặc hiệu protein S giúp bảo vệ cơ thể. Hình 3 mô tả cụ thể hoạt động của adenovector như là DNA vaccine.

Hình 3: Nguyên tắc tạo DNA vắc xin chống COVID-19 bằng cách sử dụng adenovirus để chuyển gen chịu trách nhiệm tổng hợp protein S của SARS-CoV-2 vào tế bào để chính tế bào tạo ra protein S kích thích đáp ứng miễn dịch bảo vệ của cơ thể chống lại bệnh COVID-19.


Hiện có bốn nhà sản xuất trên thế giới sử dụng adenovector làm vắc xin DNA chống COVID-19, đó là Gameleya của Nga dùng hai loại adenovirus type 26 (Ad26) và type 5 (Ad5), Oxford-AstraZeneca của vương quốc Anh dùng adenovirus của tinh tinh (chimpanzee adenovirus: ChAdOx1), Cansino của Trung Quốc dùng adenovirus type 5 và Johnson & Johnson của Hoa Kỳ dùng adenovirus 26.

- Vaccine mRNA: Đây là một cuộc cách mạng công nghệ trong chế tạo vắc xin với rất nhiều bước tiến kỹ thuật đặc biệt, đó là kỹ thuật tổng hợp được nhân tạo mRNA và kỹ thuật để sau khi chích mRNA cơ thể thì các mRNA này sẽ vào được tế bào bằng cơ chế nội bào tự nhiên mà không cần phải sử dụng bất cứ một tác động nào khác.

Hình 4: Vắc xin mRNA được tổng hợp nhân tạo và được bọc trong các vi hạt lipid để dễ dàng vào bên trong tế bào nhờ cơ chế nội bào, sau đó mRNA được giải phóng sẽ sử dụng các ribosome trên lưới nội sinh chất của tế bào để tổng hợp ra các protein S rồi được trình diện ra ngoài màng tế bào để kích thích miễn dịch bào vệ.


Chúng ta cũng biết là bản thân tế bào có trang bị những enzyme là các endonuclease để phá hủy được các nucleic acid ngoại lai xâm nhập vào tế bào như các DNA hay RNA của virus, vi khuẩn, tế bào lạ. Chính vì vậy cấu trúc của phân tử mRNA được tổng hợp để làm vaccine phải gắn mủ ở đầu 5’ bằng một phân tử guanine được methyl hóa và gắn đuôi poly A ở đầu 3’.

Ngoài ra, trong trình tự của mRNA thì các uridine phải được thay thế bằng N1 methylpseudouridine. Nhờ các biến đổi này mà vắc xin mRNA sẽ không bị phân hủy khi vào tế bào. Không chỉ có vậy, để cho mRNA được ribosome dịch mã tổng hợp ra protein S rất giống protein S tự nhiên của SARS-CoV-2 thì các codon cũng như đuôi poly A của mRNA cũng phải được tối ưu hóa. Đây là công nghệ cốt lõi trong tổng hợp được mRNA làm vaccine.

Một công nghệ rất cách mạng nữa mà chúng ta cũng không thể không nhắc đến trong sản xuất vắc xin mRNA là công nghệ bọc các phân tử mRNA tổng hợp nhân tạo vào các vi hạt lipid (LNP: lipid nano particle) được ion hóa để các vi hạt này khi tiếp xúc với màng tế bào, sẽ vào màng tế bào nhờ cơ chế nội bào tự nhiên. Vắc xin mRNA sau khi nội bào sẽ được phóng thích vào tế bào chất rồi được các ribosome của tế bào nằm sẵn trên lưới nội sinh chất dịch mã thành các protein S đưa ra trên mặt ngoài của tế bào và kích thích được miễn dịch bảo vệ của cơ thể.

Hiện có hai nhà sản xuất trên thế giới đưa ra được vắc xin mRNA ngừa COVID-19, đó là Pfizer BioNTech và Moderna. Do bản chất là mRNA và phải đóng gói trong các vi hạt lipid nên vaccine mRNA đòi hỏi điều kiện bảo quản khá chặt chẽ. Đó là lý do mà các quốc gia nghèo hay đang phát triển sẽ rất khó để có thể sử dụng rộng rãi vaccine này. Tuy nhiên chúng ta phải thừa nhận vaccine mRNA chính là một cuộc cách mạng về công nghệ, mở ra được con đường để loài người chúng ta có thể sản xuất ra được rất nhiều loại vaccine đối phó với các dịch bệnh nhiễm trùng trong tương lai nhờ rút ngắn được con đường chế tạo ra vaccine cũng như rất linh hoạt để có những vaccine kịp thời đối phó với các biến thể của các tác nhân vi sinh gây bệnh.

Bằng cách nào để vaccine trở thành “vệ sĩ”?

Miễn dịch bảo vệ là sự đề kháng của chính cơ thể chống được sự xâm nhập của vi sinh vật gây bệnh vào cơ thể, chống được sự tăng sinh hay nhân lên trong cơ thể và chống lại được khả năng sinh bệnh (hay còn được gọi là độc lực của tác nhân vi sinh gây bệnh).

Miễn dịch bảo vệ của cơ thể có hai loại là miễn dịch bảo vệ không đặc hiệu và miễn dịch bảo vệ đặc hiệu. Miễn dịch bảo vệ không đặc hiệu chính là các hàng rào lý – hóa – sinh ngay tại ngã vào của vi sinh vật, tức là trên da phủ mặt ngoài và niêm mạc phủ mặt trong các tạng rỗng của cơ thể. Ngoài hàng rào này, hiện tượng viêm, quá trình thực bào và các yếu tố thể dịch có trong máu và các dịch ngoại bào của cơ thể cũng phụ trợ thêm cho miễn dịch bảo vệ không đặc hiệu.

Miễn dịch bảo vệ không đặc hiệu lúc nào cũng hiện diện sẵn sàng trong cơ thể nhưng có khi không đủ mạnh để thắng được tác nhân gây bệnh, chính vì vậy nên cơ thể chúng ta có thêm miễn dịch bảo vệ đặc hiệu.

Cơ chế hoạt động của vaccine chính là kích thích hệ thống miễn dịch của cơ thể tạo ra được miễn dịch bảo vệ đặc hiệu.

Miễn dịch bảo vệ đặc hiệu mạnh hơn miễn dịch bảo vệ không đặc hiệu rất nhiều vì đây là miễn dịch chuyên biệt chống tại một tác nhân gây bệnh nào đó mà hệ thống miễn dịch của cơ thể đã từng gặp trước đó. Chính vì vậy cơ chế hoạt động của vaccine chính là kích thích hệ thống miễn dịch của cơ thể tạo ra được miễn dịch bảo vệ đặc hiệu. Các tế bào liên quan trực tiếp đến hệ thống miễn dịch đặc hiệu của cơ thể chính là các thực bào tại chỗ được gọi là tế bào tua (dendritic cell) nằm sẵn tại các mô hay cơ quan của cơ thể và các tế bào lympho với hai loại là lympho B và lympho T lưu thông trong máu, mạch bạch huyết và các cơ quan lympho như lách, tủy xương và hạch bạch huyết.

Cơ chế hoạt động của vaccine ngừa COVID-19 là các protein S có trong vaccine (vaccine protein tái tổ hợp hay vaccine virus SARS-CoV-2 bất hoạt) hoặc được tế bào cơ thể tạo ra do chích vaccine (vaccine DNA hay vaccine mRNA) sẽ được các tế bào tua thực bào rồi trình diện cho các tế bào T (TH là T giúp đở) để kích hoạt chúng, đồng thời các tế bào lympho B mà trên bề mặt có sẵn những thụ thể nhận diện được protein S cũng tóm bắt các protein S này rồi xử lý và trình diện đến các tế bào TH đã bị tế bào tua kích hoạt.

Do sự trình diện protein S của lympho B đến tế bào TH mà các tế bào lympho B này sẽ được các cytokine sản xuất từ tế bào lympho TH kích hoạt biến thành các tế bào plasma sản xuất kháng thể đồng thời một số sẽ biến thành tế bào “lympho B nhớ” phân tán đến các cơ quan lympho và các mô (hình 5A).

Trong lần tiếp xúc đầu tiên của tế bào lympho B với các protein S thì các tế bào plasma sản xuất các kháng thể thuộc lớp IgM và lớp kháng thể này sẽ không tồn tại lâu vì dễ bị phân rã và do các tế bào plasma sản xuất các IgM này có đời sống khá ngắn. Tuy nhiên do các protein S vẫn còn tồn tại nên lại bị các tế bào nhớ tóm bắt rồi trình diện cho tế bào TH để giúp biệt hóa thành các tế bào plasma tạo ra kháng thể và lúc này kháng thể được tạo ra là thuộc lớp IgG có nồng độ cao hơn và tồn tại lâu hơn đồng thời nhiều tế bào nhớ cũng được tạo ra hơn (hình 5B).

Với mũi vaccine được chích nhắc lại lần hai thì lúc này các tế bào lympho B nhận diện được protein S sẽ chủ yếu là lympho B nhớ với số lượng nhiều hơn rất nhiều so với  lần đầu, do vậy mà số lượng biệt hóa thành tế bào plasma sẽ nhiều hơn mũi chích đầu và kháng thể IgG được tạo ra sẽ có nồng độ cao hơn rất nhiều và kéo dài hơn. Nhờ vậy mà lần đáp ứng miễn dịch của mũi chích vaccine lần hai sẽ có nhiều tế bào lympho B biệt hóa thành nhiều tế bào nhớ hơn lần đầu. Vì vậy mà không chỉ cơ thể có lượng kháng thể bảo vệ nhiều hơn để chống lại sự xâm nhập của tác nhân SARS-CoV-2 mà còn có nhiều tế bào nhớ hơn sẽ được huy động một khi tác nhân vi rút xâm nhập vào cơ thể.

Còn tiếp...

TS-BS. Phạm Hùng Vân - Giảng viên môn vi sinh, Khoa Y Đại học Y Dược TP.HCM; Chủ tịch Hội Vi sinh lâm sàng TP.HCM 

bài viết liên quan
để lại bình luận của bạn
có thể bạn quan tâm

Đọc tin nhanh

*Chỉ được phép sử dụng thông tin từ website này khi có chấp thuận bằng văn bản của Người Đô Thị.