Cơ chế hoạt động của vaccine công nghệ mRNA

Cơ chế hoạt động của vaccine công nghệ mRNA (Moderna)

Moderna, một nhà sản xuất vaccine có trụ sở tại Massachusetts, đã hợp tác với Viện Y tế Quốc gia để phát triển và thử nghiệm vaccine coronavirus, được gọi là mRNA-1273. Thử nghiệm lâm sàng đã chứng minh rằng vaccine đạt hiệu quả ngăn ngừa Covid-19 đến 94,1%.

Một mảnh của Coronavirus

Virus SARS-CoV-2 có gắn các protein hình gai (giống như các giác bám, receptor của các giác bám này của SARS-CoV-2 là ACE2, mà ACE có nhiều ở phổi vì vậy virus có ái lực với phổi và gây tổn thương phổi ở người bị nhiễm) mà nó dùng để xâm nhập vào tế bào con người. Những protein hình gai này sẽ trở thành mục tiêu nhắm đến của các loại vaccine và phương pháp điều trị tiềm năng.

Tương tự như vaccine Pfizer-BioNTech, vaccine Moderna dựa vào các thông tin di truyền của virus để tạo ra protein gai. Vật liệu di truyền đó – gọi tắt là mRNA – rất mỏng manh và sẽ bị cắt nhỏ bởi các enzyme tự nhiên để chỉ lấy đoạn có chứa mã thông tin di truyền tổng hợp protein gai của virus làm vaccine.

Hình 1. Cấu trúc của virus SARS-CoV-2. Đoạn RNA màu đỏ chứa mã thông tin tổng hợp protein gai của virus, đoạn này sẽ được cắt ra bằng các enzyme để làm vaccine.

Đoạn mRNA chứa thông tin tổng hợp protein gai được bọc trong lớp vỏ dầu

Vaccine sử dụng đoạn RNA thông tin, là vật liệu di truyền mà tế bào chúng ta đọc để tạo ra protein. Người ta chỉ lấy đoạn mã hóa thông tin để tổng hợp protein gai và tiêm trực tiếp vào cơ thể người. Vì đoạn mRNA là protein lạ nên khi đưa vào cơ thể sẽ bị hệ miễn dịch của cơ thể thải loại. Để bảo vệ vaccine không bị cơ thể thải loại, Moderna sẽ bao bọc đoạn mRNA trong các bong bóng dầu làm từ các hạt mỡ nano siêu nhỏ.

Hình 2. Đoạn mRNA chứa mã thông tin tổng hợp protein gai của virus được bọc bằng bong bóng các hạt mỡ nano siêu nhỏ để bảo vệ nó khỏi bị hệ miễn dịch cơ thể người thải loại.

Do đặc tính mỏng manh, các phân tử mRNA sẽ nhanh chóng bị phân rã ở nhiệt độ phòng. Vì vậy vaccine của Moderna cần được bảo quản lạnh và chỉ giữ được ổn định trong tối đa sáu tháng khi vận chuyển và bảo quản ở nhiệt độ -4° F (-20°C)

Xâm nhập tế bào

Sau khi tiêm, các hạt vaccine tiếp xúc với tế bào và hợp nhất với chúng, để phóng thích đoạn mRNA. Các tế bào sẽ đọc trình tự của nó và tạo ra các protein gai. Cuối cùng, tế bào sẽ phá hủy đoạn mRNA từ vaccine, và không để lại dấu vết vĩnh viễn.

Hình 3. Các protein gai được tổng hợp trong tế bào di chuyển lên bề mặt tế bào và nhô ra ngoài thành các gai. Các gai protein này là lạ với hệ miễn dịch và nó được hệ thống miễn dịch nhận diện.

Một số protein gai tạo thành các gai di chuyển lên trên bề mặt tế bào và nhô ra khỏi đầu của chúng. Các tế bào đã tiêm chủng cũng sẽ phá vỡ một số protein thành các mảnh nhỏ trên bề mặt của chúng. Sau đó, các gai nhô ra và các mảnh protein gai này là các protein lạ sẽ được hệ thống miễn dịch nhận diện.

Phát hiện kẻ xâm nhập

Tế bào này sẽ đưa các mảnh vỡ của protein hình gai lên trên bề mặt của nó. Khi các tế bào khác (gọi là tế bào T hỗ trợ) phát hiện những mảnh vỡ này, chúng sẽ báo động và giúp điều khiển các tế bào miễn dịch khác chống lại nhiễm trùng.

Hình 4. Tế bào đã tiêm chủng chết và giải phóng ra các protein gai.

Khi một tế bào đã tiêm chủng chết đi, mảnh vỡ của tế bào sẽ chứa nhiều protein gai và mảnh protein, sau đó nó sẽ được một loại tế bào miễn dịch (gọi là tế bào trình diện kháng nguyên) tiếp nhận.

Tạo kháng thể

Các tế bào miễn dịch khác (gọi là tế bào B) tiếp xúc với các gai của coronavirus trên bề mặt tế bào đã tiêm chủng, hoặc các mảnh protein gai tự do. Một vài tế bào B có thể bám chặt vào các protein hình gai. Sau đó, nếu các tế bào B này được kích hoạt bởi các tế bào T hỗ trợ, chúng sẽ bắt đầu tăng sinh và tiết ra các kháng thể nhắm vào protein gai.

Hình 5. Tế bào lympho B có thể bám chặt vào các protein hình gai. Sau đó, nếu các tế bào B này được kích hoạt bởi các tế bào T hỗ trợ, chúng sẽ bắt đầu tăng sinh và tiết ra các kháng thể nhắm vào protein gai.

Ngăn chặn vi-rút

Các kháng thể có thể bám vào gai của coronavirus, đánh dấu virus để tiêu diệt và phòng ngừa nhiễm trùng bằng cách ngăn chặn các gai bám vào các tế bào khác.

Hình 6. Các kháng thể có thể bám vào gai của coronavirus.

Tiêu diệt tế bào nhiễm khuẩn

Các tế bào trình diện kháng nguyên cũng có thể kích hoạt một loại tế bào miễn dịch khác (gọi là tế bào T tiêu diệt) để tìm kiếm và phá hủy bất kỳ tế bào nào bị nhiễm coronavirus có các mảnh protein hình gai trên bề mặt của chúng.

Hình 7. Tế bào giết tự nhiên (Tk) được kích hoạt sẽ tìm kiếm và phá hủy bất kỳ tế bào nào bị nhiễm coronavirus có các mảnh protein hình gai trên bề mặt.

Ghi nhớ thông tin của vi-rút

Vaccine của Moderna cần tiêm hai lần, cách nhau 28 ngày, để tạo ra hệ thống miễn dịch đủ tốt để chống lại coronavirus. Tuy nhiên, vì đây là loại vaccine mới nên các nhà nghiên cứu vẫn chưa biết khả năng phòng ngừa của nó kéo dài trong bao lâu.

Có thể trong vài tháng đầu sau khi tiêm, số lượng kháng thể và tế bào T tiêu diệt sẽ giảm. Tuy nhiên, hệ thống miễn dịch cũng có các tế bào đặc biệt được gọi là tế bào B nhớ và tế bào T nhớ có thể lưu trữ thông tin về coronavirus trong nhiều năm hoặc thậm chí nhiều thập kỷ.

Một nghiên cứu ban đầu cho thấy vaccine Moderna có thể phòng ngừa trong ít nhất ba tháng.

Chuẩn bị và tiêm phòng

Mỗi lọ vaccine chứa 10 liều 0,5 ml. Các lọ cần được làm ấm đến nhiệt độ phòng trước khi tiêm. Không cần pha loãng với nước muối sinh lý.

Hình ảnh điều dưỡng chuẩn bị tiêm vaccine Moderna. Theo Hans Pennink/Associated Press

Tiến trình phát triển vaccine

– Tháng 1/2020, Moderna bắt đầu nghiên cứu vaccine coronavirus.

– Ngày 16/3, các nhà khoa học Moderna lần đầu tiên thử nghiệm vaccine Covid-19 trên người.

– Ngày16/4, Moderna thông báo rằng chính phủ Hoa Kỳ sẽ cung cấp 483 triệu đô la hỗ trợ cho việc phát triển và thử nghiệm vaccine của Moderna. Các nhà nghiên cứu của Viện Y tế Quốc gia sẽ giám sát phần lớn nghiên cứu, bao gồm việc thử nghiệm lâm sàng.

– Ngày 27/7, Sau khi các nghiên cứu ban đầu mang lại kết quả đầy hứa hẹn, Moderna và N.I.H. bắt đầu thử nghiệm Giai đoạn 3 trên 30.000 tình nguyện viên ở khắp Hoa Kỳ. Trong đó 1/4 số người tham gia là từ 65 tuổi trở lên.

– Ngày 28/7, Moderna phát hiện rằng vaccine có thể chống coronavirus ở khỉ.

– Ngày 11/8, Chính phủ Hoa Kỳ thưởng cho công ty thêm 1,5 tỷ đô la để đổi lấy 100 triệu liều, nếu vaccine được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm cấp phép.

– Ngày 16/11, Moderna công bố dữ liệu sơ bộ về kết quả thử nghiệm giai đoạn 3. Các nhà nghiên cứu ước tính rằng vaccine có thể đạt hiệu quả đến 94,1%, cao hơn nhiều so với dự kiến của các chuyên gia khi bắt đầu thử nghiệm vaccine.

– Ngày 30/11, Moderna xin cấp phép sử dụng khẩn cấp từ F.D.A.

– Ngày 2/12, Moderna đăng ký thử nghiệm vaccine trên trẻ em từ 12 đến 18 tuổi.

– Ngày 18/12, F.D.A. cấp phép sử dụng vaccine Moderna trong trường hợp khẩn cấp. Những mũi tiêm vaccine đầu tiên bắt đầu vào ngày 21 tháng 12.

– Ngày 23/12, Canada cấp phép sử dụng vaccine.

– Ngày 31/12, Công ty dự kiến sản xuất 20 triệu liều vào cuối năm nay và lên đến một tỷ liều vào năm 2021. Mỗi người tiêm chủng sẽ cần hai liều.

– Ngày 4/1, Israel cấp phép sử dụng vaccine trong trường hợp khẩn cấp.

Mùa xuân năm 2021, vaccine của Moderna và Pfizer-BioNTech được phân phối trên quy mô lớn.

(Theo Jonathan Corum và Carl Zimmer). Cập nhật ngày 21/01/2021

Nguồn: Trung tâm Thông Tin Quốc Gia về Công nghệ Sinh học; Nature; Florian Krammer, Trường Đại học Y Icahn ở Mount Sinai. https://www.fvhospital.com/ban-can-biet/co-che-hoat-dong-cua-vac-xin-moderna/