Vaccine là gì? Các thế hệ vaccine

Giới thiệu chung

Vaccine là sản phẩm y tế có tác dụng kích hoạt phản ứng miễn dịch của cơ thể nhằm tạo khả năng phòng vệ chống lại một số bệnh do vi khuẩn hoặc virus gây ra.

Cơ chế hoạt động chung của các loại vaccine là mô phỏng quá trình xâm nhiễm của vi khuẩn hoặc virus trong cơ thể. Tuy nhiên, các dạng vi khuẩn và virus trong vaccine thường đã chết hoặc bị làm suy yếu nên chúng không gây hại cho con người. Chúng tập cho hệ miễn dịch nhận diện tác nhân xâm nhập và tạo ra kháng thể tương ứng để tiêu diệt mầm bệnh. Vì vậy sau khi tiêm vaccine, cơ thể ghi nhớ quá trình này để sẵn sàng phản ứng ngay nếu bị những tác nhân quen thuộc tấn công trong tương lai.

Vaccine giúp cơ thể chủ động tạo ra trí nhớ miễn dịch thay vì phải trải qua lây nhiễm. Do đó, tiêm chủng đầy đủ vô cùng quan trọng để phòng ngừa bệnh. Ngoài ra, số lượng người tiêm chủng đủ lớn sẽ tạo ra được miễn dịch cộng đồng, từ đó hiệu quả bảo vệ của vaccine được nhân rộng.

Quá trình phát triển vaccine

Theo một số tài liệu, vaccine đã xuất hiện dưới nhiều hình thức từ năm 200 trước Công nguyên. Đến thế kỉ 15, người ta bắt đầu thử nghiệm phòng ngừa bệnh đậu mùa bằng cách cho những người khỏe mạnh chủ động tiếp xúc với vảy hoặc mủ từ vết loét của người bệnh.

Một bác sĩ người Anh tên Edward Jenner đã quan sát thấy những người phụ nữ mắc bệnh đậu bò (từ việc vắt sữa bò) có khả năng miễn dịch với đậu mùa. Dựa trên khám phá này, ông đặt giả thiết tiếp xúc với bệnh đậu bò có thể ngăn ngừa khả năng mắc bệnh đậu mùa. Edward Jenner đã tiêm dịch tiết từ vết loét của người mắc bệnh đậu bò cho cậu bé James Phipps mới 8 tuổi. Hai tháng sau, Jenner tiếp tục thử nghiệm tiêm dịch tiết từ vết loét của người mắc bệnh đậu mùa để kiểm tra khả năng miễn dịch của Phipps. Kết quả là cậu bé không bị bệnh và vẫn khỏe mạnh bình thường. Thuật ngữ “vaccine” sau này được đặt theo từ “vacca” trong tiếng Latin có nghĩa là bò.

Vaccine tiếp tục được nghiên cứu và phát triển trong những năm tiếp theo với một số thành tựu nổi bật như:

• Năm 1885: Louis Pasteur phát minh ra vaccine ngăn ngừa bệnh dại.
• Năm 1937: vaccine 17D phòng ngừa bệnh sốt vàng da ra đời và được phê duyệt vào năm 1938.
• Năm 1945: vaccine cúm đầu tiên ra đời và được cấp phép sử dụng vào năm 1946.
• Năm 1971: vaccine kết hợp sởi, quai bị, rubella ra đời. Vaccine này có khả năng tạo miễn dịch với cả ba loại virus gây bệnh.
• Năm 2006: vaccine HPV phòng ngừa virus gây ung thư cổ tử cung được cấp phép sử dụng.
• Năm 2016: sau 5 năm vaccine viêm màng được tiêm chủng, bệnh viêm màng não nhóm A gần như bị loại bỏ tại những quốc gia Châu Phi thuộc khu vực vành đai viêm màng não.
• Năm 2021: nhiều loại vaccine COVID-19 được phát triển để đối phó với virus SARS-CoV-2.

Các thế hệ vaccine

Sau nhiều thế kỷ nghiên cứu và phát triển, công nghệ sản xuất vaccine đạt được nhiều bước tiến và thay đổi đáng kể. Hiện nay, vaccine được chia thành 3 thế hệ chính.

Thế hệ thứ nhất

Vaccine thế hệ đầu tiên hiện là loại phổ biến nhất hiện nay, phần lớn vaccine được sản xuất trong nước cũng tập trung chủ yếu vô dạng này. Thành phần của chúng bao gồm các vi sinh vật gây bệnh đã chết hoặc mất khả năng hoạt động. Do đó, vaccine thế hệ thứ nhất có một số ưu điểm rõ ràng như khả năng kích hoạt phản ứng miễn dịch bẩm sinh hiệu quả nhất và tạo ra khả năng bảo vệ lâu dài với chi phí thấp.

Tuy nhiên, dạng vaccine này cũng tiềm ẩn một số rủi ro nhất định. BỞi vì vaccine sử dụng trực tiếp virus gây bệnh, độc lực của mầm bệnh có thể được khôi phục, từ đó chúng gây nguy hiểm cho cơ thể người nhận vaccine.

Vaccine thế hệ thứ nhất được phân thành hai loại.

1. Vaccine nhược độc

Thành phần chính là vi sinh vật gây bệnh được giảm độc lực (còn hoạt động nhưng đã yếu) trong phòng thí nghiệm. Do vi sinh vật còn sống nên chúng vẫn tăng trưởng và xâm nhiễm cơ thể giống như trong điều kiện tự nhiên.

Vaccine nhược độc có hiệu quả lâu dài và không cần tiêm nhắc lại. Vaccine sởi, quai bị và rubella (MMR) là dạng nhược độc phổ biến nhất, chúng chứa cả 3 loại virus đã được giảm độc lực.

2. Vaccine bất hoạt

Vaccine sử dụng mầm bệnh đã được bất hoạt hoặc làm chết (bằng hóa chất hoặc tác nhân vật lí) nhằm đảm bảo vi sinh vật không thể phát triển và nhân lên trong cơ thể, từ đó độ an toàn được nâng cao. Vaccine BBIBP-CorV của Sinopharm sản xuất (hay còn gọi là Vero cell) là một ví dụ điển hình của dạng vaccine bất hoạt.

Thế hệ thứ hai

Vaccine thế hệ đầu tiên được tạo ra từ các mầm bệnh toàn phần (sử dụng toàn bộ vi khuẩn hoặc virus), do đó vi sinh vật có khả năng quay trở lại dạng tự nhiên rồi hoạt động bình thường và gây hại cho cơ thể. Vì vậy, vaccine thế hệ thứ hai được nghiên cứu nhằm giải quyết vấn đề trên. Loại vaccine này chỉ sử dụng một phần của vi sinh vật gây bệnh để kích hoạt phản ứng miễn dịch trong cơ thể. Vaccine thế hệ thứ hai là lựa chọn khả thi để thay thế cho những loại vaccine truyền thống do chúng mang lại khả năng miễn dịch với chi phí sản xuất thấp.

Tuy nhiên, bởi vì chỉ sử dụng một phần của mầm bệnh, vaccine thế hệ hai tạo ra phản ứng miễn dịch kém hiệu quả hơn và tác dụng không lâu dài như vaccine thế hệ thứ nhất. Do đó, sau một thời gian tiêm vaccine này, người ta cần tiêm nhắc định kì. Ngoài ra, người ta thường thêm vào chất bổ trợ (tá dược) vào vaccine nhằm tăng cường hoạt động và kéo dài đáp ứng miễn dịch. Vaccine thế hệ hai được chia thành ba loại gồm vaccine tiểu đơn vị, liên hợp và tái tổ hợp.

1. Vaccine tiểu đơn vị

Vaccine tiểu đơn vị được tạo ra từ một phần mầm bệnh của vi khuẩn hoặc virus. Những phần này thường là các protein tạo ra độc tố, cấu trúc quan trọng hoặc đặc trưng của vi sinh vật. Một số vaccine tiểu đơn vị được sử dụng phổ biến hiện nay là Novavax hoặc Nanocovax.

Vaccine tiểu đơn vị d9uo5c chia thành 2 loại nhỏ hơn bao gồm:

• Vaccine toxoid: người ta dùng formaldehyde bất hoạt để vô hiệu hóa chất độc của vi khuẩn và chuyển chúng thành dạng không độc tố (toxoid). Sau đó, vaccine được tiêm vào cơ thể nhằm hoạt hóa hệ miễn dịch để tạo ra kháng thể. Một số vaccine dạng toxoid điển hình như vaccine giải độc tố uốn ván, bạch hầu và ho gà.



• Vaccine protein: các chuỗi protein đặc trưng của vi khuẩn được dùng để bào chế vaccine. Người ta có thể kết hợp phân tử protein với chất bổ trợ để tăng đáp ứng miễn dịch.

2. Vaccine liên hợp

Vaccine liên hợp sử dụng nhiều chuỗi phân tử polysaccharide trên bề mặt tế bào của vi khuẩn kết hợp với tiểu đơn vị protein bổ trợ. Các loại vaccine phòng viêm phổi do liên cầu khuẩn, viêm màng não cầu khuẩn và HIB đều thuộc dạng vaccine liên hợp.

Polysaccharide là tác nhân gây bệnh chính của nhiều vi khuẩn, chúng có khả năng kích hoạt đáp ứng miễn dịch nhanh chóng. Tuy nhiên, phân tử này có khả năng “lẩn trốn” nên hệ miễn dịch không thể nhận diện được chúng là tác nhân lạ để kích hoạt phản ứng của tế bào T. Tế bào T là một thành phần của hệ miễn dịch, chúng ghi nhớ vi sinh vật đã từng xâm nhập và gây bệnh nhằm tăng cường khả năng tiêu diệt các vi sinh vật này nếu gặp lại. Do vậy, người ta kết hợp polysaccharide với protein nhằm tăng khả năng hoạt hóa của tế bào T.

3. Vaccine tái tổ hợp

Vaccine tái tổ hợp được sản xuất bằng cách lấy một đoạn gen mã hóa cho protein kháng nguyên đặc hiệu của virus hoặc vi khuẩn gây bệnh. Sau đó, đoạn gen này được đưa vào trong tế bào một vi sinh vật khác không gây hại hoặc nấm men nhằm tạo thành plasmid tái tổ hợp. Do được chèn đoạn gen mới, vi sinh vật vô hại bắt chước hoạt động tạo ra kháng nguyên bề mặt của virus gây bệnh, từ đó phản ứng miễn dịch xảy ra.

Ví dụ, để tạo ra vắc xin viêm gan B, một đoạn ADN của virus viêm gan B được đưa vào ADN của tế bào nấm men. Sau đó, các tế bào nấm men này có thể tạo ra một dạng protein kháng nguyên trên bề mặt của virus viêm gan B. Protein này được tinh chế và sử dụng làm thành phần hoạt chất trong vaccine.

Xem thêm: Xét nghiệm chức năng gan

4. Vaccine vector virus

Vaccine này sử dụng các virus vô hại (gọi là vector virus) làm công cụ vận chuyển ADN của vi sinh vật mục tiêu vào bên trong tế bào người. Đoạn ADN mục tiêu này cung cấp hướng dẫn tạo ra protein kháng nguyên của mầm bệnh nên protein có khả năng kích hoạt phản ứng miễn dịch. Sau khi ADN được đưa vào cơ thể thông qua vector virus, tế bào của người nhận diện những protein ngoại lai này, từ đó hệ miễn dịch tạo ra kháng thể chống lại bệnh.

Vaccine vector virus có nhiều ưu điểm như dễ áp dụng trên quy mô lớn, chi phí sản xuất rẻ hơn đáng kể so với vaccine tiểu đơn vị.

Vaccine AstraZeneca ngừa COVID-19 cũng áp dụng cơ chế vector virus này. Đoạn gen của virus COVID-19 được đưa vào một loại virus suy yếu khác như adeno. Khi xâm nhập vào tế bào con người, vector virus adeno nhân lên, đồng thời chúng mang vật liệu di truyền (các đoạn gen) từ virus COVID-19 để hướng dẫn tế bào cơ thể tạo ra bản sao của protein S (protein gai). Protein S hiện diện trên tế bào dẫn đến phản ứng miễn dịch, từ đó kháng thể và tế bào bạch cầu phòng thủ được tạo ra.

Thế hệ thứ ba

Đây là dạng vaccine mới và tiên tiến nhất hiện nay. Vaccine sử dụng vật chất di truyền của vi sinh vật như ADN hoặc ARN. ADN hoặc ARN cung cấp hướng dẫn tạo ra protein từ mầm bệnh, sau đó hệ miễn dịch nhận diện protein ngoại lại (kháng nguyên) rồi tạo ra đáp ứng miễn dịch.

Kĩ thuật tạo ra vaccine thế hệ thứ ba tương đối mới và phức tạp. Đồng thời, vaccine cần được bảo quản tại điều kiện âm 70^oC hoặc thấp hơn với thiết bị chuyên dụng. Do đó, chi phí và công nghệ sản xuất hiện nay vẫn là một rào cản lớn đối với vaccine thế hệ thứ ba.

Vaccine thế hệ thứ ba được chia thành hai dạng bao gồm:

1. Vaccine ADN

Dạng vaccine này chứa một đoạn ADN của vi khuẩn hoặc virus gây bệnh. Khác với vaccine vector virus, người ta sử dụng xung điện tạo ra các lỗ trên bề mặt tế bào để đưa ADN vào bên trong. Hiện tại vaccine ADN vẫn chưa được cấp phép trong điều trị bệnh nhưng chúng đang được đẩy mạnh nghiên cứu.

2. Vaccine ARN

Thành phần chính của vaccine ARN được tạo nên từ các phân tử ARN thông tin (mARN). Do dễ bị phân hủy, ARN được bảo vệ bằng cách đóng gói trong màng lipid (chất béo). Ngoài ra, lớp màng này còn có chức năng vận chuyển ARN thông qua cơ chế dung hợp với màng tế bào. Khi ARN di chuyến vào bên trong cơ thể, tế bào miễn dịch nhận diện chúng như protein kháng nguyên và biểu hiện trên bề mặt. Pfizer-BioNTech và ModeRNA là hai dạng vaccine ARN phổ biến nhất hiện nay.