Vaccine là gì? Các công bố nghiên cứu khoa học về Vaccine

Định nghĩa và nguyên lý cơ bản

Vaccine là chế phẩm sinh học chứa kháng nguyên đã bị vô hiệu hóa hoặc suy giảm độc lực, được thiết kế nhằm kích thích hệ miễn dịch tạo ra đáp ứng bảo vệ khi tiếp xúc với tác nhân gây bệnh thật. Kháng nguyên có thể là virus, vi khuẩn toàn phần đã bất hoạt, các protein bề mặt hoặc đoạn mRNA mã hóa protein kháng nguyên. Sau tiêm, hệ miễn dịch sẽ nhận diện kháng nguyên, kích hoạt tế bào B sản xuất kháng thể và hình thành tế bào nhớ (memory cells), bảo vệ cơ thể khi gặp lại mầm bệnh.

Nguyên lý hoạt động của vaccine gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn trình diện kháng nguyên và giai đoạn đáp ứng miễn dịch. Trong giai đoạn trình diện, đại thực bào và tế bào trình diện kháng nguyên (APC) bắt giữ kháng nguyên, xử lý và trình diễn trên phân tử MHC II cho tế bào T CD4⁺. Giai đoạn đáp ứng miễn dịch diễn ra khi tế bào T trợ giúp kích hoạt tế bào B, dẫn đến sản xuất kháng thể đặc hiệu (IgM ban đầu và IgG lâu dài) và tạo ra tế bào nhớ có khả năng phản ứng nhanh khi tái nhiễm.

• Kích hoạt tế bào B: sản xuất kháng thể trung hòa độc tố hoặc ngăn cản xâm nhập tế bào.
• Kích hoạt tế bào T CD8⁺: tiêu diệt tế bào nhiễm nội bào.
• Tạo tế bào nhớ: phản ứng nhanh và mạnh mẽ hơn khi tiếp xúc lại kháng nguyên.

Lịch sử phát triển

Năm 1796, Edward Jenner tiến hành tiêm mủ trích từ mụn phỏng bò (cowpox) cho một cậu bé 8 tuổi và chứng minh khả năng bảo vệ khỏi bệnh đậu mùa (smallpox), mở đầu cho ngành vaccine học. Jenner đặt tên phương pháp này là “vaccination” từ tiếng Latin “vacca” nghĩa là bò, để phân biệt với “variolation” truyền thống dùng mủ đậu mùa người.

Cuối thế kỷ 19, Louis Pasteur mở rộng thành tựu của Jenner bằng cách phát triển vaccine sống giảm độc lực chống bệnh dại (rabies) và bệnh tả (cholera) ở động vật thử nghiệm. Pasteur chứng minh rằng có thể điều chỉnh nhiệt độ hoặc nuôi cấy lâu để giảm độc lực vi sinh vật trong khi vẫn giữ khả năng kích thích miễn dịch.

Thế kỷ 20 chứng kiến nhiều đột phá: vaccine bại liệt đầu tiên của Salk (1955) và Sabin (1961), vaccine ho gà – bạch hầu – uốn ván (DTP) phối hợp, vaccine Hib chống viêm màng não do Haemophilus influenzae. Chương trình Tiêm chủng Mở rộng (Expanded Programme on Immunization, EPI) của WHO ra đời năm 1974, từng bước loại trừ đậu mùa (1980) và cắt giảm tỷ lệ mắc bại liệt toàn cầu đến mức gần như loại trừ (WHO Immunization).

Cơ chế tác dụng

Cơ chế lâm sàng của vaccine dựa trên việc mô phỏng quá trình nhiễm mà không gây bệnh nghiêm trọng. Sau tiêm, APC tại vị trí tiêm bắt giữ kháng nguyên, di chuyển đến hạch lympho và trình diện kháng nguyên qua MHC II. Tế bào T CD4⁺ nhận diện, giải phóng interleukin và cytokine, thúc đẩy tế bào B biệt hóa thành tương bào sản xuất kháng thể.

Tế bào T CD8⁺ được kích hoạt khi vaccine chứa kháng nguyên nội bào hoặc vector virus, làm nhiệm vụ tiêu diệt tế bào đã nhiễm tác nhân giả lập. Sự phối hợp giữa tế bào chuyên biệt (humoral immunity) và tế bào (cellular immunity) giúp vaccine tạo ra mức bảo vệ toàn diện.

Một số vaccine hiện đại như mRNA và vector viral còn kích hoạt mạnh mẽ đáp ứng tế bào T nhớ và tạo môi trường kích thích sản xuất kháng thể đột phá nhanh chóng. Vaccine mRNA nhúng vào lipid nanoparticle, được tế bào chủ hấp thụ, phiên mã thành protein kháng nguyên nội bào, trình diện qua MHC I và II, đồng thời không sử dụng virus sống.

Thành phần vaccine	Vai trò
Kháng nguyên bất hoạt	Kích thích miễn dịch an toàn, ít phản ứng phụ
Adjuvant (trợ miễn)	Tăng cường đáp ứng miễn dịch, kéo dài thời gian tồn dư kháng nguyên
Lipid nanoparticle	Chở mRNA vào tế bào, bảo vệ và hỗ trợ giải phóng kháng nguyên
Vector virus bất hoạt	Đưa gen kháng nguyên vào tế bào, kích hoạt mạnh tế bào T CD8+

Phân loại vaccine

Căn cứ vào cấu trúc và công nghệ sản xuất, vaccine được phân loại thành:

• Vaccine sống giảm độc lực (Live-attenuated): tận dụng chủng vi sinh vật còn khả năng nhân lên trong cơ thể nhưng mất độc lực, ví dụ BCG, MMR (sởi – quai bị – rubella).
• Vaccine bất hoạt (Inactivated): vi khuẩn hoặc virus đã bị tiêu diệt hoàn toàn, ví dụ vaccine Salk (poliovirus bất hoạt), vaccine viêm gan A.
• Vaccine tiểu đơn vị (Subunit) và toxoid: chứa protein kháng nguyên hoặc độc tố đã mất độc lực, ví dụ vaccine viêm gan B (HBsAg), uốn ván (tetanus toxoid).
• Vaccine vector (Viral vector): sử dụng virus vô hại mang gen kháng nguyên, ví dụ vaccine COVID-19 adenovirus (AstraZeneca).
• Vaccine mRNA: chứa đoạn mRNA mã hóa kháng nguyên, ví dụ Pfizer-BioNTech, Moderna; ưu điểm sản xuất nhanh, linh hoạt với biến thể mới (CDC Vaccines).

Quy trình phát triển

Phát triển vaccine bắt đầu từ giai đoạn tiền lâm sàng, trong đó kháng nguyên hoặc vector được kiểm tra tính an toàn và sinh miễn dịch trên mô hình tế bào in vitro và động vật thí nghiệm (chuột, thỏ hoặc linh trưởng nhỏ). Thử nghiệm tiền lâm sàng đánh giá độc tính cấp tính, độc tính mạn tính và khả năng tạo kháng thể, đồng thời xác định liều khởi đầu hợp lý cho giai đoạn lâm sàng.

Thử nghiệm lâm sàng được chia thành ba pha chính: pha I đánh giá tính an toàn và sinh miễn dịch ở nhóm nhỏ 20–100 tình nguyện viên; pha II mở rộng đối tượng (200–500 người) để xác định liều tối ưu và kiểm tra đáp ứng miễn dịch tinh vi hơn; pha III tiến hành trên hàng nghìn đến chục nghìn người, so sánh nhóm tiêm vaccine với nhóm giả dược để xác định hiệu quả bảo vệ (Vaccine Efficacy, VE) theo công thức:
$VE=\frac{AR_{unvax}-AR_{vax}}{AR_{unvax}}\times100\%$

Sau khi pha III thành công, nhà sản xuất nộp hồ sơ xin cấp phép tại cơ quan quản lý (FDA, EMA, Bộ Y tế Việt Nam). Quy trình phê duyệt bao gồm đánh giá báo cáo lâm sàng, đánh giá chất lượng sản xuất (GMP) và giám sát hậu cấp phép (pharmacovigilance). Giai đoạn sản xuất thương mại đòi hỏi quy mô lớn, kiểm soát chặt chẽ về tính ổn định và đồng nhất giữa các lô vaccine.

An toàn và hiệu quả

An toàn vaccine được theo dõi cả trong thử nghiệm lâm sàng và giai đoạn hậu thị trường. Tác dụng phụ thường gặp bao gồm đau tại chỗ tiêm, sốt nhẹ, mệt mỏi và triệu chứng giống cúm. Các phản ứng nghiêm trọng như sốc phản vệ hiếm gặp (<1/100.000 liều) được giám sát qua hệ thống báo cáo VAERS (Mỹ) hoặc hệ thống tương tự tại từng quốc gia.

Hiệu quả bảo vệ không chỉ được đo bằng tỷ lệ mắc bệnh giảm mà còn xem xét khả năng giảm mức độ nặng, tử vong và lây truyền cộng đồng. Vaccine mRNA chống COVID-19 đạt VE khoảng 94–95 % trong điều kiện thử nghiệm pha III, đồng thời giảm 80–90 % nguy cơ nhập viện và tử vong. Hiệu lực thực tế (vaccine effectiveness) có thể dao động tùy biến thể virus và thời gian sau tiêm.

Để duy trì đáp ứng miễn dịch, nhiều vaccine yêu cầu liều tăng cường (booster) sau 6–12 tháng. Việc theo dõi kháng thể IgG và chức năng trung hòa (neutralization titer) giúp xác định thời điểm tiêm nhắc. Các nghiên cứu dài hạn cũng đánh giá khả năng tạo tế bào T nhớ và đột biến kháng nguyên gây giảm hiệu quả bảo vệ.

Đường dùng và liều lượng

Đường tiêm bắp (IM) là phổ biến nhất với vaccine bất hoạt và mRNA, giúp kháng nguyên tiếp xúc với mô cơ giàu đại thực bào. Vaccine sống giảm độc lực thường dùng đường tiêm dưới da (SC) hoặc tiêm trong da (ID) để kích hoạt mạnh mẽ đáp ứng tế bào và bạch huyết.

Một số vaccine đường uống hoặc xịt mũi (oral/nasal) như vaccine bại liệt sống (Sabin) và vaccine cúm sống giảm độc lực (LAIV) tận dụng niêm mạc tiêu hóa hoặc hô hấp, kích thích miễn dịch tại chỗ (mucosal immunity). Lịch tiêm chủng được thiết kế theo độ tuổi và nguy cơ, ví dụ trẻ sơ sinh tiêm 3 liều cơ bản (2, 4, 6 tháng) và nhắc lại ở 12–15 tháng tuổi.

• Tiêm bắp (IM): vaccine mRNA, bất hoạt, tiểu đơn vị.
• Tiêm dưới da (SC): vaccine sống giảm độc lực như MMR.
• Uống (Oral): vaccine bại liệt (OPV).
• Xịt mũi (Nasal): vaccine cúm sống giảm độc lực (LAIV).

Tác động cộng đồng và miễn dịch cộng đồng

Miễn dịch cộng đồng (herd immunity) đạt được khi tỷ lệ tiêm chủng đủ cao để ngăn chặn lan truyền mầm bệnh. Ngưỡng bảo vệ cộng đồng H_c phụ thuộc vào hệ số lây lan cơ bản R₀ theo công thức:
$H_c=1-\frac{1}{R_0}$

Ví dụ, với R₀ của sởi ~15, cần >93 % dân số được miễn dịch để ngăn chặn dịch; với R₀ của SARS-CoV-2 ~3, ngưỡng là ~67 %. Không đồng đều về tiêm chủng giữa các vùng dẫn đến nguy cơ bùng phát ổ dịch cục bộ, như các ca bại liệt tại những cộng đồng không tiêm vaccine bại liệt.

Ứng dụng vaccine trong chương trình tiêm chủng mở rộng giảm đáng kể tỷ lệ mắc, tử vong và gánh nặng bệnh tật. WHO ước tính vaccine ngừa sởi, quai bị, rubella và bại liệt đã ngăn chặn hàng triệu ca tử vong mỗi năm. Tuy nhiên, bất bình đẳng về tiếp cận vaccine giữa các nước phát triển và đang phát triển vẫn là thách thức lớn.

Thách thức và triển vọng tương lai

Một trong những thách thức lớn là phát triển vaccine phổ rộng (universal vaccines) chống virus biến đổi nhanh như cúm và HIV. Công nghệ mRNA và nanoparticle cho phép thiết kế vaccine đa kháng nguyên và sửa đổi nhanh theo biến thể mới, rút ngắn quy trình từ mẫu bệnh đến liều thử nghiệm.

Các nghiên cứu về adjuvant thế hệ mới (TLR agonists, cytokine mimic) và tá dược tái lập trình miễn dịch giúp tăng cường đáp ứng tế bào T và tế bào nhớ. Liệu pháp vaccine ung thư cá thể hóa (personalized cancer vaccines) sử dụng neoantigen từ đột biến riêng của khối u đang bước vào giai đoạn thử nghiệm lâm sàng pha II–III.

Hợp tác toàn cầu qua sáng kiến CEPI và GAVI thúc đẩy phân phối công bằng vaccine, hỗ trợ sản xuất địa phương tại châu Phi và châu Á. Xu hướng tích hợp dữ liệu lớn (big data) và AI giúp dự báo chuỗi cung ứng, tối ưu lịch tiêm và giám sát an toàn tự động.

Tài liệu tham khảo

1. World Health Organization. Immunization, Vaccines and Biologicals. 2024. Link
2. U.S. Centers for Disease Control and Prevention. Types of Vaccines. 2023. Link
3. Food and Drug Administration. Vaccine Safety & Availability. 2024. Link
4. Plotkin SA. History of Vaccine Development. Springer, 2011.
5. Burton DR, Mascola JR. Rational Vaccine Design in the Time of COVID-19. Cell Host Microbe, 2021.