Thời hoàng kim của vaccine
27/05/26
Vaccine đầu tiên ra đời từ quan sát may mắn: bệnh đậu bò có thể bảo vệ con người khỏi đậu mùa. Hơn 200 năm sau Edward Jenner, vaccine không chỉ dựa vào tình cờ hay nuôi cấy mầm bệnh trong động vật; con người có thể nhìn thấy virus ở cấp độ nguyên tử, đọc bộ gen của mầm bệnh, chọn đúng kháng nguyên, dùng tá dược để tăng miễn dịch và thiết kế vaccine mRNA trong vài tuần. Nhân loại bước vào thời hoàng kim mới của phát triển vaccine.
Từ phát hiện tình cờ
Năm 1796, Edward Jenner phát triển vaccine đầu tiên chống bệnh đậu mùa. Lúc này, chưa ai biết virus là gì, càng chưa hiểu chúng liên quan thế nào đến bệnh tật. Thành công của Jenner phần lớn đến từ may mắn: virus đậu bò đủ giống đậu mùa để tạo miễn dịch chéo, nhưng lại đủ nhẹ để dùng tương đối an toàn. Tuy nhiên, công nghệ ban đầu vô cùng thô sơ. Vaccine có thể “chết” nhiều lần và phải được tạo lại từ đầu. Thế kỷ 19, để giữ vaccine tồn tại, người ta phải truyền vật liệu vaccine từ cánh tay người này sang cánh tay người khác. Tiếp đến, bác sĩ học cách nuôi virus vaccine đậu mùa trên da bê, trộn với glycerin để chậm hỏng, rồi đông khô để chịu nhiệt và vận chuyển xa.
Đến thập niên 1960, kim chích hai nhánh chỉ cần dùng 1/4 liều vaccine thông thường, góp phần mở rộng tiêm chủng; cuối cùng giúp xóa sổ đậu mùa trên toàn cầu. Phát hiện tình cờ trở thành chiến thắng y tế công cộng lớn nhất lịch sử.
Pasteur biến vaccine thành khoa học
Gần 90 năm sau Jenner, Louis Pasteur tìm ra cách lặp lại thành công một cách có hệ thống. Ông nghiên cứu bệnh tả gà bằng cách nuôi vi khuẩn trong phòng thí nghiệm. Một lần, mẫu vi khuẩn cũ bị để lâu, yếu đi và không còn giết chết gà như trước. Điều bất ngờ là những con gà sống sót lại chống được chủng vi khuẩn mới, độc hơn.
Từ đây, Pasteur hiểu rằng có thể làm yếu mầm bệnh để cơ thể học cách chống lại. Ông tiếp tục phát triển vaccine bệnh than ở động vật, rồi vaccine bệnh dại – một trong những căn bệnh gần như chắc chắn gây tử vong khi triệu chứng xuất hiện.
Với bệnh dại, Pasteur và Émile Roux truyền tác nhân gây bệnh qua nhiều thế hệ thỏ, làm yếu nó bằng cách sấy khô mô thần kinh. Năm 1885, họ điều trị cho hai cậu bé bị chó dại cắn và thấy dấu hiệu phương pháp có hiệu quả. Vaccine không còn là phép may của đậu bò; mà trở thành kỹ thuật: làm yếu hoặc bất hoạt mầm bệnh để huấn luyện hệ miễn dịch.
Nuôi cấy, đĩa Petri và nền móng vaccine hiện đại
Muốn sản xuất vaccine cho dân số lớn, con người không thể mãi dựa vào động vật nguyên con. Cần nuôi mầm bệnh và tế bào trong phòng thí nghiệm. Robert Koch, đối thủ khoa học của Pasteur, đóng góp lớn bằng cách nuôi vi khuẩn trên môi trường rắn. Từ gelatin, rồi agar, cùng chiếc đĩa có nắp do Julius Petri phát triển, các nhà khoa học có thể tách, quan sát và nuôi vi khuẩn tốt hơn.
Tuy nhiên, virus khó hơn vì chúng cần tế bào sống để nhân lên. Năm 1907, Ross Harrison phát triển phương pháp “giọt treo”, giúp mô thần kinh phôi ếch sống và phát triển ngoài cơ thể. Từ đây, kỹ thuật nuôi cấy tế bào dần tiến bộ: tế bào được chuyển sang đĩa mới, bảo quản lạnh, nuôi trong môi trường dinh dưỡng chuẩn hóa, sản xuất bằng chai lăn hoặc bồn phản ứng sinh học. Công nghệ biến vaccine học thành ngành khoa học thực nghiệm có thể mở rộng. Giữa thế kỷ 20, nhân loại có vaccine chống thương hàn, bạch hầu, uốn ván, ho gà, cúm, bại liệt, sốt vàng và nhiều bệnh khác.
Nhìn thấy kẻ thù
Pasteur từng tạo vaccine mà không nhìn thấy mầm bệnh; nhưng khi kính hiển vi tiến bộ, vaccine cũng thay đổi. Thế kỷ 19, các cải tiến về thấu kính, thuốc nhuộm, cố định mô và cắt lát mỏng giúp các nhà khoa học nhìn thấy tế bào, vi khuẩn và cách chúng gây bệnh. Năm 1882, Koch phát hiện vi khuẩn lao, một trong những thủ phạm giết người lớn nhất thời đó.
Virus vẫn quá nhỏ với kính hiển vi quang học. Thập niên 1930, kính hiển vi điện tử của Ernst Ruska và Max Knoll mới cho phép con người nhìn trực tiếp virus. Sau này, kỹ thuật cryo-EM – kính hiển vi điện tử đông lạnh – giúp giữ phân tử trong trạng thái gần tự nhiên và dựng lại cấu trúc ba chiều của virus đến cấp độ nguyên tử.
Đây là bước ngoặt: với virus RSV, các nhà khoa học nhận ra protein dung hợp trên bề mặt virus có hình dạng “trước dung hợp” đặc biệt quan trọng. Nếu khóa protein ở đúng hình dạng trước khi virus xâm nhập tế bào, vaccine có thể tạo miễn dịch hiệu quả hơn. Nhờ hiểu cấu trúc nguyên tử, vaccine RSV an toàn và hiệu quả cuối cùng ra đời sau nhiều thập niên thất bại.
Vaccine chính xác, ít thừa hơn
Phần lớn lịch sử, vaccine dùng toàn bộ mầm bệnh: làm yếu hoặc bất hoạt. Tuy nhiên, hệ miễn dịch không nhất thiết cần cả virus hay vi khuẩn; mà chỉ cần nhận ra đúng phần quan trọng – gọi là kháng nguyên.
Đây là nền tảng của vaccine tiểu đơn vị. Vaccine bạch hầu là ví dụ sớm: thay vì dùng cả vi khuẩn, người ta bất hoạt độc tố của nó để cơ thể học cách phòng vệ. Sau này, vaccine ho gà vô bào thay thế vaccine toàn tế bào cũ bằng một số kháng nguyên cần thiết hơn, giúp giảm tác dụng phụ.
Cách tiếp cận này an toàn hơn vì loại bỏ nhiều thành phần không cần thiết. Trẻ em ngày nay nhận nhiều vaccine hơn trước, nhưng tổng số kháng nguyên trong các vaccine lại ít và chọn lọc hơn nhiều so với thời chỉ có vaccine đậu mùa.
Tuy nhiên, vaccine càng tinh gọn đôi khi càng yếu. Vì vậy, các nhà khoa học phát triển tá dược như muối nhôm hoặc nhũ tương dầu để tăng phản ứng miễn dịch, đồng thời nghiên cứu cách trình bày kháng nguyên sao cho hệ miễn dịch nhận diện tốt nhất.
Bộ gen mở ra kỷ nguyên mới
Nửa thế kỷ qua, giải trình tự gene biến vaccine từ nuôi cấy thành thiết kế. Trước đây, đọc gen có thể mất nhiều tuần hoặc nhiều tháng. Thập niên 2010, các nhà khoa học có thể đọc cả bộ gene với chi phí thấp hơn rất nhiều; thậm chí có thiết bị nhỏ như USB.
Nhờ vậy, họ so sánh hàng nghìn chủng virus, theo dõi biến thể cúm hay Covid-19 theo thời gian thực, tìm các gen ổn định giữa nhiều chủng để chọn mục tiêu vaccine. Phương pháp “vaccine học đảo ngược” đã tạo ra vaccine viêm màng não B hiệu quả đầu tiên năm 2013.
Công nghệ DNA tái tổ hợp còn biến vi khuẩn, nấm men hoặc tế bào côn trùng thành nhà máy sản xuất protein vaccine. Vaccine viêm gan B tái tổ hợp và vaccine HPV là những ví dụ lớn. Với HPV, các protein vỏ virus tự lắp thành hạt giống virus nhưng rỗng bên trong, đủ để kích thích miễn dịch mà không gây nhiễm.
mRNA và vaccine trong vài tuần
Bước nhảy mới nhất là mRNA; thay vì sản xuất protein vaccine trong nhà máy vi sinh, ta đưa chỉ dẫn mRNA vào cơ thể để chính tế bào người tạm thời tạo protein mục tiêu. mRNA nhanh chóng biến mất sau khi hoàn thành nhiệm vụ.
Công nghệ này từng gặp nhiều rào cản: mRNA dễ hỏng, dễ kích hoạt phản ứng miễn dịch quá mạnh và khó đưa vào tế bào. Tuy nhiên, nhờ các cải tiến của Katalin Karikó, Drew Weissman và hệ hạt nano lipid, mRNA trở thành nền tảng vaccine linh hoạt. Khi mầm bệnh mới xuất hiện, thiết kế vaccine có thể được điều chỉnh trong vài tuần.
Từ truyền vaccine qua cánh tay người đến thiết kế phân tử bằng dữ liệu gene, vaccine đi chặng đường phi thường. Những căn bệnh từng định hình nỗi sợ của nhân loại nay phần lớn bị lãng quên. 5 năm gần đây, các nhà khoa học phát triển vaccine hiệu quả đầu tiên cho thêm nhiều bệnh nữa.
Thời hoàng kim của vaccine không nằm phía sau mà đang mở ra trước mắt – miễn thế giới tiếp tục đầu tư cho khoa học, sản xuất và niềm tin vào một trong những công nghệ cứu mạng mạnh nhất từng được tạo ra.
shared via wip,
