Vắc xin mRNA Covid-19 đoạt giải Nobel Y học 2023 | Tạp chí Quanta

Ủy ban Nobel đã trao giải Nobel Sinh lý học và Y học năm 2023 cho Katalin Kariko và Drew Weissman vì công việc tiên phong của họ trong việc phát triển công nghệ vắc xin mRNA, giúp tạo ra phản ứng vắc xin kịp thời đối với đại dịch Covid-19. Vắc xin chống lại vi rút SARS-CoV-2 được cho là đã giúp hạn chế sự lây lan của đại dịch và tiết kiệm chi phí giữa 14.4 triệu và 19.8 triệu sinh mạng chỉ trong năm đầu tiên sử dụng; Vắc-xin mRNA đóng một vai trò quan trọng trong thành tựu đó.

Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học trên khắp thế giới đã theo đuổi việc sử dụng mRNA (RNA thông tin) làm thuốc. Các tế bào sử dụng mRNA một cách tự nhiên, dựa trên DNA di truyền, làm hướng dẫn tạo ra protein. Các nhà nghiên cứu nhằm mục đích phát triển các công cụ để tạo ra các chuỗi mRNA mới - chẳng hạn như các chuỗi mã hóa protein của virus - trong phòng thí nghiệm, sau đó đưa các phân tử mRNA đó vào tế bào. Sau đó, các tế bào sẽ dịch các chuỗi mRNA này thành protein của virus, từ đó cảnh báo hệ thống miễn dịch để tăng cường khả năng phòng vệ chống lại virus. Trên thực tế, vắc xin mRNA biến tế bào thành nhà máy sản xuất protein vi rút như một chiến lược chống lại những kẻ tấn công vi rút.

Tuy nhiên, những nỗ lực đầu tiên sử dụng mRNA để tạo ra phản ứng miễn dịch đã thất bại vì các tế bào quá dễ dàng nhận ra các phân tử mRNA được đưa vào là kẻ xâm lược và tiêu diệt chúng.

Năm 2005, khi đang làm việc cùng nhau tại Đại học Pennsylvania, Karikó và Weissman phát hiện một cách để điều chỉnh một chút trình tự nucleotide của các phân tử mRNA để chúng có thể vượt qua sự giám sát miễn dịch tế bào và tránh gây ra phản ứng viêm lớn. Họ tiếp tục trình diễn ở 2008 và 2010rằng các phân tử mRNA được biến đổi có thể tạo ra hàm lượng protein cao. Những đột phá này đã giúp công nghệ mRNA có thể áp dụng để tạo ra vắc xin an toàn và hiệu quả.

Chỉ 15 năm sau, các phương pháp này đã được chứng minh trên phạm vi toàn cầu. Đến đầu năm 2021, chỉ một năm sau khi đại dịch Covid-19 lần đầu tiên bùng phát trên khắp thế giới, nhiều công ty dược phẩm đã sử dụng công cụ mRNA của Karikó và Weissman để tung ra vắc xin chống lại vi rút. Đại dịch đóng vai trò là bằng chứng về khái niệm của vắc xin và thành công của chúng đã giúp đưa thế giới thoát khỏi giai đoạn nguy hiểm nhất của đại dịch.

Rickard Sandberg, thành viên của Ủy ban Nobel, cho biết trong thông báo sáng nay rằng những khám phá của Karikó và Weissman “về cơ bản đã thay đổi sự hiểu biết của chúng ta về cách mRNA tương tác với hệ thống miễn dịch của chúng ta và có tác động lớn đến xã hội của chúng ta trong đại dịch Covid-19 gần đây”. Vắc xin, cả loại thông thường và vắc xin mRNA, “đã cứu sống hàng triệu người, ngăn chặn Covid-19 nghiêm trọng, giảm gánh nặng bệnh tật nói chung và giúp xã hội mở cửa trở lại”. 

MRNA là gì?

Messenger RNA là một chuỗi mã di truyền mà tế bào sử dụng làm hướng dẫn để tạo ra protein. Các phân tử mRNA có nguồn gốc từ tế bào và là bộ phận quan trọng trong các chức năng tế bào hàng ngày: Chúng là sứ giả mang các chuỗi DNA được phiên mã ra khỏi nhân được bảo vệ và vào tế bào chất của tế bào, nơi chúng có thể được dịch mã thành protein bởi các bào quan gọi là ribosome. Ribosome đọc chuỗi này, dịch các nhóm ký tự di truyền thành chuỗi axit amin. Chuỗi axit amin dài thu được sẽ gấp lại thành protein thích hợp.

Vắc xin mRNA Covid-19 hoạt động như thế nào?

Các nhà khoa học đã học cách viết mã mRNA để hình thành các protein mới - bao gồm các protein có thể giúp tế bào nhận ra các loại virus mà chúng chưa từng thấy. Công nghệ mRNA do những người đoạt giải Nobel phát triển mượn bộ máy tạo protein của tế bào, tạo ra các tế bào tạo ra protein virut giúp hệ thống miễn dịch nhận ra một loại virus nhất định nếu chúng gặp phải nó sau đó.

Khi được đưa vào tế bào, vắc xin Covid-19 cung cấp công thức tạo ra protein “tăng đột biến” SARS-CoV-2, được tìm thấy trên bề mặt bên ngoài của vi rút. Sau đó, các tế bào sử dụng những hướng dẫn đó để tạo ra protein tăng đột biến như thể chúng đã bị nhiễm vi rút thực sự. Nó giống như một vòng thực hành miễn dịch: mRNA kích hoạt hệ thống miễn dịch nhận biết protein tăng đột biến của SARS-CoV-2 thực sự, để nếu một người sau đó tiếp xúc với vi rút, hệ thống miễn dịch sẽ nhanh chóng “ghi nhớ” cách khởi động cơ chế miễn dịch. phản ứng để chống lại nó.

Bước đột phá dẫn đến sự thành công của vắc xin là gì?

Vào đầu những năm 2000, trở ngại lớn đối với công nghệ mRNA là nó gây ra phản ứng viêm nghiêm trọng trong tế bào. Các tế bào nhận ra mRNA được đưa vào là vật chất lạ và cố gắng loại bỏ nó, khiến hệ thống phòng thủ của tế bào rơi vào tình trạng hoạt động quá mức. Sau khi nhận ra rằng các tế bào thường sửa đổi mRNA bản địa của chúng, Karikó và Weissman quyết định xem điều gì sẽ xảy ra nếu họ cũng điều chỉnh một chút mã di truyền của mRNA mà họ đang đưa vào.

Trong một khám phá mang tính đột phá được công bố vào năm 2005, họ báo cáo rằng phản ứng viêm gần như đã biến mất. Trong những năm sau đó, họ tiếp tục cải tiến công nghệ để tăng đáng kể số lượng protein mà tế bào có thể tạo ra dựa trên trình tự mRNA.

Vắc xin mRNA có được sử dụng để chống lại bệnh tật trước đại dịch không?

Một số công ty và nhà nghiên cứu đã thử nghiệm những hứa hẹn về vắc xin mRNA trước đại dịch để chống lại các loại vi rút như Zaloka và MERS-CoV, tương tự như SARS-CoV-2. Nhưng không có loại vắc xin nào được phê duyệt kể từ năm 2020, khi đại dịch Covid-19 bùng phát. Việc triển khai thành công vắc xin mRNA trong thời kỳ đại dịch đã chứng tỏ khái niệm về công nghệ này và trở thành bàn đạp để khuyến khích sử dụng vắc xin này để ngăn ngừa hoặc điều trị các bệnh khác.

Lợi ích của vắc xin mRNA so với vắc xin truyền thống là gì?

Lời hứa của vắc xin mRNA là chúng có thể được phát triển dễ dàng và nhanh chóng. Thông thường, các nhà khoa học phải mất nhiều thời gian hơn - tính theo thời gian tính bằng năm - để tạo ra và thử nghiệm các loại vắc xin truyền thống, thường là phiên bản bị suy yếu hoặc biến tính của vi rút thực. Và ngay cả sau khi vắc-xin truyền thống được phát triển, các nhà khoa học vẫn phải vượt qua rào cản thứ hai – học cách phát triển khối lượng lớn vi-rút hoặc protein trong phòng thí nghiệm – trước khi họ có thể sản xuất thuốc trên quy mô lớn cần thiết để tiêm chủng cho hàng triệu hoặc hàng tỷ người.

Vào năm 2020, ngay khi các nhà nghiên cứu công bố cấu trúc và mã di truyền của protein tăng đột biến SARS-CoV-2, các nhà nghiên cứu đã bắt tay vào làm. Trong vòng vài tháng, gã khổng lồ dược phẩm Pfizer và Moderna đã sử dụng công nghệ mRNA để phát triển vắc-xin có khả năng miễn dịch chống lại vi-rút. Họ có thể nhanh chóng sản xuất hàng loạt vắc xin mRNA, tiến hành các thử nghiệm lâm sàng để chứng minh rằng vắc xin này an toàn và hiệu quả, sau đó triển khai những mũi tiêm đầu tiên cho công chúng vào mùa xuân năm 2021. Điều này có thể thực hiện được vì các công cụ mRNA có thể được sử dụng để tạo ra nhiều loại vắc xin khác nhau. protein mà không cần phải phát triển các phương pháp mới để phát triển virus ở quy mô lớn.

Vắc-xin mRNA sẽ được sử dụng như thế nào bây giờ?

Như Sandberg đã lưu ý trong nhận xét của mình tại buổi công bố giải thưởng Nobel, “Các loại vắc xin mRNA thành công chống lại Covid-19 đã có tác động to lớn đến sự quan tâm đến các công nghệ dựa trên mRNA”. Công nghệ mRNA hiện đang được sử dụng để phát triển vắc-xin chống lại các bệnh truyền nhiễm khác, cung cấp protein trị liệu và điều trị ung thư.

Bài viết này sẽ được cập nhật với các chi tiết bổ sung trong suốt cả ngày.