Các nền tảng công nghệ chính được ứng dụng trong phát triển vaccin COVID-19 gồm những gì?

Bốn nền tảng công nghệ cốt lõi gồm: Vaccin hạt nano lipid chứa mRNA (Pfizer-BioNTech, Moderna) mã hóa protein gai S; Vaccin vector virus không nhân lên (AstraZeneca, Janssen, Sputnik V) sử dụng adenovirus mang gen gai; Vaccin tiểu đơn vị protein tái tổ hợp (Novavax) phối hợp tá dược saponin; và Vaccin toàn hạt virus bất hoạt (Sinopharm, Sinovac) sản xuất theo phương pháp truyền thống.

Vì sao cần phải tiêm các mũi vaccin nhắc lại (booster dose)?

Nồng độ kháng thể trung hòa dịch thể có xu hướng suy giảm tự nhiên theo thời gian sau tiêm mũi cơ bản (thường sau 4-6 tháng). Đồng thời, sự xuất hiện liên tục của các biến thể đột biến né tránh miễn dịch (như các nhánh Omicron) đòi hỏi các liều vaccin nhắc lại hoặc vaccin cập nhật nhị giá (bivalent) để khôi phục nồng độ kháng thể bảo vệ và củng cố trí nhớ miễn dịch tế bào T.

Cơ chế hoạt động của vaccin công nghệ mRNA diễn ra như thế nào trong tế bào?

Phân tử mRNA được bọc trong các hạt nano lipid (LNP) để vượt qua màng tế bào. Khi vào bào tương, ribosome của tế bào túc chủ dịch mã chuỗi mRNA này thành protein gai (Spike protein) của SARS-CoV-2. Kháng nguyên gai sau đó được trình diện trên bề mặt tế bào qua phức hợp MHC, kích hoạt lympho bào B sản sinh kháng thể trung hòa và kích thích lympho bào T CD4+ và CD8+.

Vaccin COVID-19

Vaccin COVID-19 (COVID-19 vaccine) là chế phẩm sinh phẩm y tế được phát triển nhằm kích hoạt hệ thống miễn dịch thu được của cơ thể người, kích thích sản sinh kháng thể trung hòa đặc hiệu và đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào T nhắm vào các kháng nguyên của virus SARS-CoV-2, giúp bảo vệ chống lại bệnh viêm đường hô hấp cấp.

Chiến dịch phát triển và phân phối vaccin COVID-19 toàn cầu bắt đầu từ đầu năm 2020 đại diện cho bước đột phá khoa học công nghệ y sinh có quy mô và tốc độ chưa từng có trong lịch sử nhân loại. Nhờ việc ứng dụng các nền tảng công nghệ tiên tiến như công nghệ acid ribonucleic thông tin (mRNA) và vector virus tái tổ hợp, các loại vaccin an toàn và hiệu lực cao đã được phê duyệt sử dụng khẩn cấp chỉ trong vòng chưa đầy một năm kể từ khi trình tự bộ gen của virus SARS-CoV-2 được công bố công khai.

Các nền tảng công nghệ bào chế vaccin

Các loại vaccin COVID-19 được triển khai trên quy mô lâm sàng toàn cầu dựa trên bốn nền tảng công nghệ sinh học chủ đạo:

Vaccin công nghệ mRNA (Pfizer-BioNTech Comirnaty, Moderna Spikevax): Đây là bước nhảy vọt mang tính cách mạng trong ngành vaccin học. Phân tử mRNA tổng hợp mang mật mã di truyền mã hóa cho protein gai (Spike protein - protein S) của SARS-CoV-2 ở trạng thái tiền dung hợp (prefusion conformation). Do mRNA trần rất kém bền vững và mang điện tích âm, chúng được đóng gói bên trong các hạt nano lipid (Lipid Nanoparticles - LNP). Khi tiêm bắp, LNP hòa màng với tế bào cơ và tế bào trình diện kháng nguyên (APC), đưa mRNA vào bào tương để dịch mã sinh tổng hợp protein S. Phân tử mRNA hoàn toàn không xâm nhập vào nhân tế bào, không tích hợp vào DNA của vật chủ và nhanh chóng bị enzym ribonuclease phân hủy tự nhiên trong vài ngày. Giải Nobel Sinh lý học và Y khoa năm 2023 đã được trao cho Katalin Karikó và Drew Weissman vì những phát hiện biến đổi bazơ nucleoside (như N1-methylpseudouridine) giúp mRNA tránh được sự phát hiện tiêu diệt của miễn dịch bẩm sinh.
Vaccin vector virus không nhân lên (AstraZeneca Vaxzevria, Janssen/Johnson & Johnson, CanSino, Sputnik V): Sử dụng một loại virus đã được làm suy yếu và biến đổi gen để không thể nhân lên trong cơ thể người (chẳng hạn như adenovirus của tinh tinh ChAdOx1 hoặc adenovirus người Ad26, Ad5) làm phương tiện chuyên chở đoạn gen DNA mã hóa protein gai S vào nhân tế bào. Tế bào vật chủ phiên mã DNA này thành mRNA và dịch mã thành protein gai, từ đó kích hoạt đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ của tế bào T CD8+ và tế bào lympho B.
Vaccin tiểu đơn vị protein tái tổ hợp (Novavax Nuvaxovid): Cung cấp trực tiếp các phân tử protein gai S tái tổ hợp được sản xuất trên hệ thống nuôi cấy tế bào côn trùng bằng baculovirus. Protein S tự lắp ráp thành các hạt nano giống virus và được phối hợp với tá dược tăng cường miễn dịch chuyên biệt dựa trên saponin (Matrix-M) để kích thích tạo kháng thể trung hòa hiệu lực cao.
Vaccin toàn hạt virus bất hoạt (Sinopharm BBIBP-CorV, Sinovac CoronaVac, Covaxin): Phương pháp kinh điển nuôi cấy số lượng lớn virus SARS-CoV-2 trên tế bào Vero, sau đó bất hoạt (làm chết) virus bằng hóa chất beta-propiolactone để virus không còn khả năng gây bệnh nhưng vẫn bảo tồn nguyên vẹn cấu trúc kháng nguyên bề mặt. Chế phẩm được phối hợp với tá dược nhôm (alum) để kích thích đáp ứng miễn dịch.

Cơ chế đáp ứng miễn dịch và hiệu lực bảo vệ

Mục tiêu bảo vệ cốt lõi của vaccin COVID-19 là kích hoạt hai nhánh của hệ thống miễn dịch thu được:

Miễn dịch dịch thể (Humoral immunity): Tế bào lympho B biệt hóa thành tương bào sản sinh kháng thể trung hòa đặc hiệu (chủ yếu là kháng thể IgG huyết thanh và một phần IgA niêm mạc). Các kháng thể này gắn kết chặt chẽ vào miền liên kết thụ thể (Receptor-Binding Domain - RBD) của protein gai S, ngăn chặn virus gắn vào thụ thể ACE2 trên bề mặt tế bào biểu mô đường hô hấp của con người, qua đó ngăn chặn sự xâm nhập của virus.
Miễn dịch tế bào (Cell-mediated immunity): Các tế bào T CD4+ (tế bào T hỗ trợ) tiết cytokine điều hòa và hỗ trợ tế bào B sản sinh kháng thể bền vững; đồng thời các tế bào T CD8+ (tế bào T gây độc tế bào) nhận diện và tiêu diệt trực tiếp các tế bào đã bị nhiễm virus, làm giảm tải lượng virus, ngăn chặn sự lan tràn của virus xuống đường hô hấp dưới và phổi. Nhánh miễn dịch tế bào T có tính bảo tồn cao hơn rất nhiều qua các biến thể so với kháng thể trung hòa, đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ cơ thể khỏi bệnh cảnh diễn tiến nặng, suy hô hấp ARDS và tử vong.

Hiện tượng suy giảm miễn dịch và các liều tiêm nhắc lại (Booster)

Các nghiên cứu theo dõi đoàn hệ quy mô lớn trên toàn cầu chỉ ra rằng nồng độ kháng thể trung hòa dịch thể sau phác đồ tiêm cơ bản (2 liều) có xu hướng suy giảm dần theo thời gian sau 4 đến 6 tháng. Đồng thời, sự xuất hiện liên tục của các biến thể đột biến né tránh miễn dịch mới (từ Alpha, Beta, Delta đến các nhánh Omicron biến chủng phụ như BA.1, BA.5, XBB, JN.1) làm giảm sút đáng kể hiệu lực bảo vệ của kháng thể tạo ra từ chủng gốc Vũ Hán.

Để khôi phục mức độ bảo vệ, các tổ chức y tế quốc tế (WHO, CDC, EMA) khuyến nghị triển khai các liều tiêm nhắc lại (booster doses). Sự ra đời của các loại vaccin cập nhật nhị giá (bivalent) và đơn giá (monovalent) chứa trình tự protein gai của các nhánh biến thể Omicron mới nhất đã giúp mở rộng phổ kháng thể trung hòa, tái kích hoạt các tế bào B và T nhớ, duy trì tỷ lệ bảo vệ chống nhập viện và tử vong trên 80-90% cho nhóm người có nguy cơ cao (người cao tuổi, người có bệnh nền mạn tính và suy giảm miễn dịch).

Tính an toàn và giám sát biến cố bất lợi sau tiêm

Vaccin COVID-19 đã trải qua hệ thống giám sát an toàn y tế nghiêm ngặt nhất trong lịch sử (bao gồm hệ thống VAERS, V-safe, Yellow Card). Đại đa số phản ứng phụ sau tiêm là nhẹ và thoáng qua kéo dài 1-3 ngày, bao gồm: đau tại chỗ tiêm, mệt mỏi, sốt nhẹ, đau cơ và nhức đầu.

Một số biến cố bất lợi cực kỳ hiếm gặp đã được phát hiện và quản lý chặt chẽ thông qua các nghiên cứu dịch tễ học:

Hội chứng giảm tiểu cầu huyết khối miễn dịch do vaccin (VITT): Liên quan đến vaccin vector adenovirus (tỷ lệ khoảng vài trường hợp trên một triệu liều), đặc trưng bởi sự hình thành kháng thể kháng yếu tố 4 tiểu cầu (PF4) kích hoạt huyết khối tĩnh mạch xoang màng cứng hoặc tĩnh mạch tạng đi kèm giảm tiểu cầu nặng.
Viêm cơ tim và viêm màng ngoài tim: Liên quan đến vaccin mRNA, gặp chủ yếu ở nam giới trẻ tuổi (16-30 tuổi) sau mũi tiêm thứ hai (tỷ lệ khoảng vài chục ca trên một triệu liều). Đa số các trường hợp diễn biến nhẹ, đáp ứng tốt với nghỉ ngơi và thuốc kháng viêm không steroid (NSAID), phục hồi hoàn toàn chức năng tim mà không để lại di chứng.

Các phân tích nguy cơ - lợi ích trên phạm vi toàn cầu của WHO và các cơ quan y tế đều khẳng định lợi ích bảo vệ tính mạng của việc tiêm chủng vượt trội gấp hàng trăm lần so với các rủi ro biến cố hiếm gặp sau tiêm.