Vaccine axit nucleic sử dụng mRNA để hướng dẫn tế bào sản xuất một protein mong muốn. Ảnh: Getty Images
Hai loại vaccine COVID-19 thành công nhất được phát triển ở Mỹ - do Pfizer và Moderna sản xuất- đều là vaccine công nghệ mRNA. Ý tưởng sử dụng vật liệu di truyền để tạo ra phản ứng miễn dịch đã mở ra một thế giới nghiên cứu và các ứng dụng y tế tiềm năng vượt xa tầm với của vaccine truyền thống.
Deborah Fuller là một nhà vi sinh vật học tại Đại học Washington (Mỹ), người đã nghiên cứu vaccine di truyền trong hơn 20 năm. Bà đã chia sẻ với trang Conversation về tương lai của vaccine điều trị các bệnh nan y của thế kỷ như ung thư, HIV/AIDS, các rối loạn tự miễn và bệnh do gien...
Lịch sử phát triển vaccine dựa trên gien
Theo bà Fuller, loại vaccine này đã được nghiên cứu từ khoảng 30 năm trước. Vaccine axit nucleic ( DNA/RNA) ra đời dựa trên ý tưởng rằng DNA tạo ra RNA và sau đó RNA tạo ra protein. Với bất kỳ loại protein nhất định nào, sau khi biết trình tự hoặc mã di truyền, chúng ta có thể thiết kế phân tử mRNA hoặc DNA để thúc đẩy tế bào của một người bắt đầu tạo ra nó.
Khi bắt đầu nghiên cứu ý tưởng đưa mã gien vào tế bào cơ thể người, các nhà khoa học đã xem xét cả DNA và RNA. Nhưng các vaccine mRNA ban đầu không hoạt động tốt. Chúng không ổn định và gây ra các phản ứng miễn dịch khá mạnh, không như mong đợi. Trong một thời gian dài vaccine DNA đã chiếm vị trí hàng đầu, và những thử nghiệm lâm sàng đầu tiên là với một loại vaccine DNA, chứ không phải RNA.
Nhưng khoảng 7, 8 năm trước, vaccine mRNA bắt đầu dẫn đầu. Các nhà nghiên cứu đã giải quyết được rất nhiều vấn đề - đặc biệt là tính không ổn định - và phát hiện ra các công nghệ mới để đưa mRNA vào tế bào, cũng như cách sửa đổi trình tự mã hóa để làm cho vaccine an toàn hơn rất nhiều khi sử dụng ở người.
Minh hoạ virus SARS-CoV-2.
Một khi những vấn đề đó được giải quyết, công nghệ mRNA thực sự sẵn sàng trở thành một công cụ mang tính cách mạng cho y học. Đây cũng là lúc đại dịch COVID-19 bùng phát.
Điều gì làm cho vaccine axit nucleic khác với vaccine truyền thống?
Hầu hết các loại vaccine đều tạo ra phản ứng kháng thể. Kháng thể là cơ chế miễn dịch chính để ngăn chặn nhiễm trùng. Khi bắt đầu nghiên cứu vaccine axit nucleic, các nhà khoa học phát hiện ra rằng vaccine này rất hiệu quả trong việc tạo ra phản ứng tế bào T. Khám phá đó thực sự đã thúc đẩy suy tính về cách sử dụng vaccine axit nucleic không chỉ cho các bệnh truyền nhiễm mà còn cho liệu pháp miễn dịch để điều trị ung thư và các bệnh truyền nhiễm mãn tính, như HIV, viêm gan B và herpes - cũng như các rối loạn tự miễn dịch và thậm chí cả liệu pháp gien.
Làm thế nào vaccine có thể điều trị ung thư hoặc các bệnh truyền nhiễm mãn tính?
Các phản ứng của tế bào T rất quan trọng để xác định các tế bào bị nhiễm bệnh mãn tính và tế bào ung thư. Chúng cũng đóng một vai trò lớn trong việc đào thải các tế bào này ra khỏi cơ thể.
Khi một tế bào trở thành ung thư, nó bắt đầu sản sinh ra chất neoantigens. Trong những trường hợp bình thường, hệ miễn dịch phát hiện ra những chất mới phát sinh này, nhận ra rằng có điều gì đó không ổn với tế bào và loại bỏ nó. Lý do khiến một số người mắc các khối u là do hệ miễn dịch của họ không có đủ khả năng để loại bỏ các tế bào khối u, vì vậy các tế bào sẽ tự sinh sôi.
Có hàng chục thử nghiệm đang diễn ra nhằm kiểm tra hiệu quả của vaccine mRNA hoặc DNA để điều trị ung thư hoặc các bệnh mãn tính. Ảnh: Getty Images
Với vaccine mRNA hoặc DNA, mục đích của chúng là làm cho cơ thể có thể nhận ra tốt hơn các chất neoantigens mà tế bào ung thư đã tạo ra. Nếu hệ miễn dịch của bạn có thể nhận ra và nhìn thấy những thứ đó tốt hơn, nó sẽ tấn công các tế bào ung thư và loại bỏ chúng khỏi cơ thể.
Chiến lược tương tự như vậy có thể được áp dụng để loại bỏ các bệnh truyền nhiễm mãn tính như HIV, viêm gan B và herpes. Những loại virus này lây nhiễm vào cơ thể người và ở trong cơ thể mãi mãi trừ khi hệ miễn dịch loại bỏ chúng. Tương tự như cách vaccine axit nucleic có thể huấn luyện hệ miễn dịch để loại bỏ tế bào ung thư, chúng có thể được sử dụng để huấn luyện các tế bào miễn dịch của chúng ta nhận ra và loại bỏ các tế bào đã nhiễm bệnh mãn tính.
Quá trình phát triển các loại vaccine này đã đến đâu?
Một số thử nghiệm lâm sàng đầu tiên về vaccine axit nucleic đã diễn ra vào những năm 1990 và nhắm vào bệnh ung thư, đặc biệt là với khối u ác tính.
Ngày nay, có một số thử nghiệm lâm sàng mRNA đang diễn ra nhằm điều trị ung thư hắc tố, ung thư tuyến tiền liệt, ung thư buồng trứng, ung thư vú, bệnh bạch cầu, u nguyên bào thần kinh đệm và những thử nghiệm khác, và đã có một số kết quả đầy hứa hẹn. Moderna gần đây đã công bố kết quả đầy hứa hẹn với thử nghiệm giai đoạn 1 sử dụng mRNA để điều trị các khối u rắn và ung thư hạch.
Kính hiển vi điện tử quét hình ảnh quả cầu sần màu xanh của tế bào T. Các vaccine DNA và mRNA sản xuất tế bào T tốt hơn nhiều so với vaccine thông thường. Ảnh: NIAID / NIH
Ngoài ra còn có rất nhiều thử nghiệm đang được tiến hành với vaccne DNA trị ung thư, bởi vì vaccine DNA đặc biệt hiệu quả trong việc tạo ra phản ứng của tế bào T. Một công ty có tên Inovio gần đây đã chứng minh tác động đáng kể đối với bệnh ung thư cổ tử cung do virus u nhú bằng cách sử dụng vaccine DNA.
Vaccine axit nucleic có thể điều trị rối loạn tự miễn dịch không?
Rối loạn tự miễn dịch xảy ra khi các tế bào miễn dịch của một người đang thực sự tấn công một phần cơ thể của chính người đó. Một ví dụ của điều này là bệnh đa xơ cứng. Nếu bạn bị bệnh đa xơ cứng, các tế bào miễn dịch của chính bạn đang tấn công myelin, một loại protein bao phủ các tế bào thần kinh trong cơ của bạn.
Cách để loại bỏ rối loạn tự miễn dịch là điều chỉnh các tế bào miễn dịch của bạn để ngăn chúng tấn công các protein của chính bạn. Ngược lại với vaccine, mục tiêu là kích thích hệ miễn dịch nhận ra điều gì đó tốt hơn, điều trị các bệnh tự miễn tìm cách làm suy giảm hệ miễn dịch để nó ngừng tấn công thứ mà nó không nên làm. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một loại vaccine mRNA mã hóa một protein myelin với các hướng dẫn di truyền được chỉnh sửa một chút để ngăn nó kích thích các phản ứng miễn dịch. Thay vì kích hoạt các tế bào T bình thường làm tăng phản ứng miễn dịch, vaccine khiến cơ thể sản sinh ra các tế bào điều khiển T, có nhiệm vụ ức chế các tế bào T đang tấn công myelin.
Một sơ đồ cho thấy DNA chuyển thành mRNA trước khi biến thành protein. Nhiều bệnh gây ra khi cơ thể người thiếu một số gien nhất định, và vaccine axit nucleic có thể đóng vai trò thay thế cho những gien bị thiếu. Ảnh: Getty Images
Ứng dụng khác của công nghệ vaccine mới?
Ứng dụng cuối cùng thực sự là một trong những điều đầu tiên mà các nhà nghiên cứu nghĩ đến về việc sử dụng vaccine DNA và mRNA cho: liệu pháp gien. Một số người sinh ra đã thiếu một số gien nhất định. Mục tiêu của liệu pháp gien là cung cấp cho các tế bào những hướng dẫn còn thiếu mà chúng cần để tạo ra một loại protein quan trọng.
Một ví dụ tuyệt vời về điều này là bệnh xơ nang, một bệnh di truyền do đột biến ở một gien đơn lẻ. Sử dụng DNA hoặc vaccine mRNA, các nhà nghiên cứu đang tìm hiểu tính khả thi của việc thay thế gien bị thiếu và cho phép cơ thể của người đó sản xuất protein bị thiếu. Khi có protein, các triệu chứng có thể biến mất, ít nhất là tạm thời. mRNA sẽ không tồn tại lâu trong cơ thể con người, cũng như sẽ không tích hợp vào bộ gien của con người hoặc thay đổi bộ gien theo bất kỳ cách nào. Vì vậy, sẽ cần đến các mũi tiêm nhắc lại khi tác dụng giảm đi.