Sự thể hiện của một nghệ sĩ về giải phẫu của virus. Anna Tanczos/Hình ảnh chào mừng, CC BY-NC-ND

Không ai muốn bị cúm, và cách phòng ngừa tốt nhất là tiêm vắc xin cúm theo mùa. Nhưng việc tạo ra một mũi tiêm phòng cúm hàng năm hiệu quả phụ thuộc vào việc dự đoán chính xác chủng cúm nào có nhiều khả năng lây nhiễm cho người dân nhất trong bất kỳ mùa nào. Nó đòi hỏi sự phối hợp của nhiều trung tâm y tế trên toàn cầu khi virus di chuyển từ vùng này sang vùng khác. Một khi các nhà dịch tễ học đã xác định được các chủng cúm mục tiêu, việc sản xuất vắc xin sẽ chuyển sang giai đoạn cao điểm; phải mất khoảng sáu tháng để tạo ra hơn 150 triệu liều tiêm cần thiết cho người dân Mỹ.

Vắc-xin cúm hàng năm có tác dụng tốt như thế nào?

Việc tiêm phòng cúm hàng năm hiệu quả phụ thuộc vào việc dự đoán chính xác chủng cúm nào có nhiều khả năng lây nhiễm cho người dân nhất trong một mùa nhất định. CDC tiến hành các nghiên cứu quan sát hàng năm để tính toán "hiệu quả của vắc xin" cho mũi tiêm năm đó.

Dự báo dịch tễ học không chính xác hoặc không đầy đủ có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Năm 2009, trong khi các nhà sản xuất, bao gồm MedImmune và Sanofi Pasteur, đang chuẩn bị vắc-xin chống lại các chủng dự kiến, một chủng cúm bổ sung, H1N1, nổi lên. Vắc-xin đã được điều chế đã không bảo vệ chống lại chủng virus không lường trước được này, gây hoảng loạn trên toàn thế giới và hơn 18,000 ca tử vong được xác nhận - có thể chỉ là một phần nhỏ so với con số thực, ước tính vượt quá 150,000. Muộn còn hơn không, cuối cùng vắc-xin đã được sản xuất để chống lại H1N1, cần phải tiêm phòng cúm lần thứ hai vào năm đó.

Cho rằng bệnh cúm đã gây ra phần lớn các đại dịch trong 100 năm qua – bao gồm cả bệnh cúm năm 1918 gây ra tới 50 triệu ca tử vong – chúng tôi chỉ còn lại câu hỏi: Liệu các nhà khoa học có thể tạo ra một loại vắc xin “phổ quát” có khả năng bảo vệ chống lại nhiều chủng cúm khác nhau, một loại vắc xin không cần các nhà dịch tễ học dự đoán hàng năm và tiêm vắc xin hàng năm cho bạn không?

Vắc-xin giúp hệ thống miễn dịch chiến đấu

Vào thế kỷ 18, và được cho là sớm hơn rất nhiều trong lịch sử, người ta thường biết rằng một người sống sót sau bệnh đậu mùa sẽ không mắc bệnh này nữa khi tiếp xúc tiếp theo. Bằng cách nào đó, nhiễm trùng mang lại khả năng miễn dịch chống lại căn bệnh này. Và mọi người nhận ra rằng những người vắt sữa tiếp xúc với gia súc mắc bệnh đậu bò cũng sẽ được bảo vệ khỏi bệnh đậu mùa.

Vào cuối những năm 1700, người nông dân Benjamin Jesty đã tiêm chủng bệnh đậu mùa cho gia đình mình, tạo miễn dịch hiệu quả cho họ chống lại bệnh đậu mùa, bất chấp việc tiếp xúc trong tương lai. Bác sĩ Edward Jenner sau đó đã đưa nhân loại vào một kỷ nguyên miễn dịch học mới khi ông đặt niềm tin khoa học vào quy trình này.

Vì vậy, nếu một lần tiêm phòng bệnh đậu mùa hoặc một lần tiếp xúc với (và khả năng sống sót của) bệnh đậu mùa mang lại khả năng miễn dịch kéo dài một thập kỷ hoặc thậm chí suốt đời, thì tại sao các cá nhân lại được khuyến khích tiêm vắc xin cúm hàng năm?

Câu trả lời nằm ở chỗ cấu trúc giải phẫu của virus cúm thay đổi nhanh đến mức nào. Mỗi virus bao gồm một màng hình cầu bao bọc vật liệu di truyền liên tục biến đổi. Màng này được bao bọc bởi hai loại “gai”: hemagglutinin, hay HA, và neuraminidase, hay NA, mỗi loại được tạo thành từ một thân và một đầu. HA và NA giúp vi-rút lây nhiễm bằng cách liên kết với tế bào chủ và làm trung gian cho vi-rút xâm nhập vào tế bào và cuối cùng là thoát ra.

Vắc xin thường tạo ra các kháng thể nhắm vào hai phân tử này. Sau khi được tiêm, hệ thống miễn dịch của một cá nhân sẽ hoạt động. Các tế bào chuyên biệt thu thập các phân tử vắc xin như những kẻ xâm lược; các tế bào khác sau đó tạo ra các kháng thể sẽ nhận ra các phân tử lạ. Lần tiếp theo, những kẻ xâm lược đó xuất hiện - dù ở dạng cùng loại vắc-xin hay chủng vi-rút mà nó bắt chước - các tế bào miễn dịch của cơ thể sẽ nhận ra chúng và chống lại chúng, ngăn ngừa nhiễm trùng.

Đối với các nhà phát triển vắc xin, một đặc điểm khó chịu về bộ gen đột biến của cúm là HA và NA thay đổi nhanh như thế nào. Những thay đổi liên tục này là nguyên nhân khiến họ quay trở lại bảng vẽ các loại vắc xin mới vào mỗi mùa cúm.

Các phương pháp khác nhau để thiết kế vắc xin

Vắc xin đậu mùa là loại vắc xin đầu tiên sử dụng “mô hình thực nghiệm” của vắc xin - chiến lược tương tự mà chúng ta chủ yếu sử dụng ngày nay. Nó dựa vào phương pháp thử và sai để bắt chước khả năng miễn dịch do nhiễm trùng tự nhiên gây ra.

Nói cách khác, các nhà phát triển vắc xin tin rằng cơ thể sẽ tạo ra phản ứng kháng thể với thứ gì đó trong quá trình tiêm chủng. Nhưng họ không tập trung vào mảng virus cụ thể nào đang gây ra phản ứng miễn dịch. Chẳng hạn, sẽ không thực sự quan trọng nếu đó là phản ứng với một mảng HA nhỏ mà nhiều chủng có chung. Khi sử dụng toàn bộ vi rút làm nguyên liệu ban đầu, có thể thu được nhiều kháng thể khác nhau nhận biết nhiều phần khác nhau của vi rút được sử dụng trong vắc xin.

Tiêm phòng cúm theo mùa thường phù hợp với phương pháp thực nghiệm này. Mỗi năm, các nhà dịch tễ học dự báo những chủng cúm nào có nhiều khả năng lây nhiễm cho quần thể nhất, thường có ba hoặc bốn người. Sau đó, các nhà nghiên cứu làm suy yếu hoặc bất hoạt các chủng này để chúng có thể hoạt động giống như vắc xin cúm năm đó mà không khiến người nhận bị cúm nặng. Hy vọng là hệ thống miễn dịch của một cá nhân sẽ phản ứng với vắc-xin bằng cách tạo ra các kháng thể nhắm vào các chủng này; thì khi người đó tiếp xúc với bệnh cúm, các kháng thể sẽ chờ đợi để vô hiệu hóa những chủng đó.

Nhưng có một cách khác để thiết kế vắc xin. Nó được gọi là thiết kế hợp lý và thể hiện sự thay đổi mô hình có khả năng thay đổi cuộc chơi trong lĩnh vực vắc xin.

Mục tiêu là thiết kế một số phân tử – hay “chất gây miễn dịch” – có thể tạo ra các kháng thể hiệu quả mà không cần tiếp xúc với vi rút. So với các loại vắc xin hiện tại, chất tạo miễn dịch được thiết kế thậm chí có thể cho phép tạo ra các phản ứng cụ thể hơn, nghĩa là phản ứng miễn dịch nhắm vào các phần cụ thể của vi rút và ở phạm vi rộng hơn, nghĩa là nó có thể nhắm mục tiêu vào nhiều chủng hoặc thậm chí các vi rút có liên quan.

Chiến lược này hoạt động nhằm mục tiêu vào các epitop cụ thể hoặc các bản vá của virus. Vì các kháng thể hoạt động bằng cách nhận biết các cấu trúc nên các nhà thiết kế muốn nhấn mạnh đến hệ thống miễn dịch các đặc tính cấu trúc của các chất gây miễn dịch mà họ đã tạo ra. Sau đó, các nhà nghiên cứu có thể cố gắng thiết kế các loại vắc xin ứng cử viên có cấu trúc đó với hy vọng chúng sẽ kích thích hệ thống miễn dịch tạo ra các kháng thể phù hợp. Con đường này có thể cho phép họ chế tạo một loại vắc-xin tạo ra phản ứng miễn dịch hiệu quả và hiệu quả hơn so với phương pháp thử và sai truyền thống.

Bước tiến đầy hứa hẹn đã được thực hiện trong thiết kế vắc xin phòng virus hợp bào hô hấp sử dụng mô hình hợp lý mới này, nhưng những nỗ lực vẫn đang được tiến hành để sử dụng phương pháp này cho bệnh cúm.

Hướng tới một loại vắc-xin cúm phổ quát

Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã phân lập được một số kháng thể trung hòa bệnh cúm mạnh được tạo ra trong cơ thể chúng ta. Trong khi phản ứng kháng thể với bệnh cúm là chủ yếu hướng vào đầu gai HA, một số đã được tìm thấy rằng nhắm vào thân của HA. Vì phần thân của các chủng vi rút thường xuyên hơn so với phần đầu nên đây có thể là gót chân Achilles của bệnh cúm và các kháng thể nhắm vào vùng này có thể là khuôn mẫu tốt để thiết kế vắc xin.

Các nhà nghiên cứu đang theo đuổi một số phương pháp có thể khiến cơ thể sản sinh ra những kháng thể quan tâm này trước khi bị nhiễm bệnh. Một chiến lược, được gọi là hiển thị hạt nano, liên quan đến việc thiết kế một phân tử kết hợp một phần của virus. Trong phòng thí nghiệm, các nhà khoa học có thể gắn một số tổ hợp hạt HA và NA vào bên ngoài hạt nano hình cầu mà bản thân nó có khả năng gây ra phản ứng miễn dịch. Khi được tiêm như một phần của vắc xin, hệ thống miễn dịch có thể “nhìn thấy” những phân tử này và may mắn tạo ra kháng thể chống lại chúng.

Một trong những câu hỏi chính cần được trả lời là chính xác những gì sẽ được hiển thị bên ngoài các hạt nano này. Một số chiến lược hiển thị các phiên bản khác nhau của phân tử HA đầy đủ, trong khi những chiến lược khác chỉ bao gồm thân cây. Mặc dù cần thu thập thêm dữ liệu về con người để xác nhận các phương pháp này, nhưng dữ liệu từ các nghiên cứu trên động vật sử dụng các chất gây miễn dịch chỉ có gốc đang được khuyến khích.

Với công nghệ hiện tại, có thể sẽ không bao giờ có một mũi tiêm phòng cúm “một lần là xong”. Và việc giám sát dịch tễ học sẽ luôn luôn cần thiết. Tuy nhiên, không phải là không thể tưởng tượng được rằng chúng ta có thể chuyển từ mô hình một năm một lần sang mô hình 10 năm một lần và chúng ta có thể đạt được mục tiêu đó chỉ trong vòng vài năm nữa.

Giới thiệu về Tác giả

Ian Setliff, tiến sĩ Sinh viên, Chương trình Sinh học Hóa học & Vật lý, Trung tâm Vắc xin Vanderbilt, Đại học Vanderbilt và Amyn Murji, Tiến sĩ. Sinh viên, Khoa Vi sinh và Miễn dịch học, Trung tâm Vắc xin Vanderbilt, Đại học Vanderbilt

Bài viết này ban đầu được xuất bản vào Conversation. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan:

at Thị trường InnerSelf và Amazon