Các vắc xin DNA và RNA sử dụng vật liệu di truyền để cung cấp thông tin đến các tế bào người và tạo ra phản ứng miễn dịch. Vaccine DNA an toàn, dễ sản xuất, giá cả phải chăng và, không giống như vắc xin RNA, ổn định ở nhiệt độ phòng. Những thuộc tính này làm cho chúng trở nên hứa hẹn hơn, mọi người được chủng ngừa nhanh chóng, đặc biệt là ở những quốc gia đang phát triển.
Vắc xin DNA sử dụng các phân tử DNA tròn, nhỏ, được gọi là plasmid để giới thiệu một gen từ vi khuẩn hoặc vi rút để kích hoạt phản ứng miễn dịch.
Ví dụ ZyCoV-D, vắc xin COVID-19 DNA được phát triển gần đây được ủy quyền ở Ấn Độ, bao gồm một plasmid mang gen mã hóa cho protein đột biến SARS-CoV-2.
Sau khi xâm nhập vào tế bào người, plasmid phải đi qua tế bào chất, vượt qua màng nhân và đi vào nhân tế bào.
Các enzim trong nhân chuyển đổi gen virut hoặc vi khuẩn mà plasmid mang thành RNA thông tin (mRNA). Sau đó mRNA phải di chuyển đến tế bào chất, nơi các enzym chuyển đổi thành protein của vi khuẩn hoặc virut.
Hệ thống miễn dịch xác định protein của vi khuẩn hoặc vi rút là một vật thể lạ và tạo ra phản ứng miễn dịch.
Phản ứng có xu hướng từ từ bởi vì hệ thống miễn dịch trước đó chưa gặp phải protein của vi khuẩn hoặc vi rút.
Tiêm phòng làm hình thành các tế bào miễn dịch trí nhớ. Khi bị nhiễm trùng hoặc vi rút, các tế bào này nhanh chóng nhận ra vi khuẩn hoặc vi rút và ngăn ngừa bệnh nặng.
DNA plasmid phân hủy trong vòng vài tuần, nhưng các tế bào miễn dịch trí nhớ này cung cấp khả năng miễn dịch liên tục chống lại mầm bệnh.
Vắc xin DNA và mRNA: Chúng khác nhau như thế nào
Tương tự như vắc xin DNA, vắc xin mRNA cung cấp vật liệu di truyền cho tế bào người để tổng hợp thành một hoặc nhiều protein vi rút hoặc vi khuẩn.
Mặc dù vắc xin DNA và mRNA có một số điểm tương đồng, nhưng có một số điểm đáng chú ý là sự khác biệt giữa các vắc xin di truyền này.
Để vắc xin DNA có hiệu quả, DNA plasmid phải vượt qua màng tế bào, đi vào tế bào chất, sau đó đến nhân tế bào bằng cách băng qua màng nhân.
Ngược lại, vắc xin RNA chỉ cần đi qua màng tế bào để vào tế bào chất. Tế bào chất chứa các enzym sử dụng thông tin di truyền trong các phân tử mRNA để tổng hợp các protein của vi khuẩn hoặc virut.
Bởi vì vắc xin DNA cần phải trải qua một bước bổ sung là xâm nhập vào nhân tế bào, chúng tạo ra phản ứng miễn dịch thấp hơn nhiều so với vắc xin mRNA.
Tuy nhiên, một DNA plasmid đơn có thể tạo ra nhiều bản sao mRNA. Một khi DNA plasmid xâm nhập vào nhân, nó có thể tạo ra nhiều protein vi khuẩn hoặc vi rút hơn là một phân tử đơn lẻ của vắc xin mRNA.
Phát biểu với Medical News Today , Tiến sĩ Margaret Liu , chủ tịch hội đồng quản trị của Hiệp hội vắc xin quốc tế, lưu ý rằng vắc xin DNA “vốn dĩ không kích thích miễn dịch như [vắc xin] mRNA, nhưng [không rõ ràng là [rằng] điều này là một bất lợi, vì khả năng gây viêm của vắc-xin mRNA có thể hạn chế các ứng dụng của chúng. ”
Tiến sĩ Liu giải thích: Mặc dù mọi người có thể chịu đựng được tình trạng viêm cơ và các tác dụng phụ khác mà vắc-xin RNA gây ra trong bối cảnh đại dịch COVID-19, nhưng những tác dụng phụ này có thể hạn chế việc sử dụng chúng đối với các bệnh không phải đại dịch.
Vắc xin mRNA rất dễ vỡ và cần được bảo quản và vận chuyển ở nhiệt độ lạnh hoặc cực lạnh. Ngược lại, vắc xin DNA có độ ổn định cao hơn và dễ bảo quản, vận chuyển hơn vắc xin mRNA.
Tiến sĩ Liu lưu ý rằng hậu cần cho việc lưu trữ và vận chuyển vắc xin mRNA đã cản trở việc phân phối vắc xin cho các quốc gia có thu nhập thấp. Vắc xin DNA ổn định với nhiệt độ là một giải pháp thay thế khả thi.
Ví dụ: vắc-xin COVID-19 DNA ZyCoV-D vẫn ổn định ở nhiệt độ phòng trong ít nhất 3 tháng và thậm chí lâu hơn ở 2–8 ° C (35,6–46,4 ° F), làm cho nó trở nên vô giá đối với các cơ sở có nguồn lực hạn chế.
Tuy nhiên, có một số lo ngại liên quan đến tính an toàn của vắc-xin DNA. Tiến sĩ Jeremy Kamil , phó giáo sư tại Đại học Bang Louisiana Y tế Shreveport: lưu ý:
“Có những lo ngại về quy định rằng DNA ngoại lai sẽ tái tổ hợp hoặc tích hợp với DNA của chính chúng ta. Cuối cùng, công nghệ vắc-xin mRNA hiện tại có một con đường thành công dễ dàng hơn nhiều vì nó có thể được dịch trực tiếp thành protein và không cần đến hạt nhân để điều đó xảy ra ”.
Ưu điểm so với vaccine thông thường
Cả vắc xin DNA và mRNA đều là vắc xin di truyền có nhiều ưu điểm hơn các loại vắc xin thông thường khác .
Một số vắc-xin thông thường sử dụng vi-rút hoặc vi khuẩn làm suy yếu hoặc bất hoạt để kích thích hệ thống miễn dịch. Việc sử dụng các mầm bệnh đã bị bất hoạt hoặc bị tiêu diệt có thể dẫn đến phản ứng miễn dịch yếu hơn mong muốn.
Các vắc xin tiểu đơn vị tái tổ hợp sử dụng các protein của vi rút hoặc vi khuẩn mà nấm men hoặc vi khuẩn tổng hợp. Các vắc xin tiểu đơn vị không tạo ra phản ứng miễn dịch mạnh và thường phải tiêm nhiều mũi nhắc lại. Hơn nữa, việc thiết kế và sản xuất vắc xin tiểu đơn vị có thể tốn nhiều thời gian và đầy thách thức.
Không giống như vắc xin sử dụng mầm bệnh đã được làm suy yếu, vắc xin DNA và RNA chỉ mang thông tin cần thiết để tạo ra một hoặc nhiều protein vi khuẩn hoặc vi rút và không thể tạo ra toàn bộ mầm bệnh. Hơn nữa, vắc xin di truyền kích hoạt tất cả các thành phần của hệ thống miễn dịch để bảo vệ tốt hơn các mầm bệnh bất hoạt và vắc xin tiểu đơn vị.
Ngoài ra, quy trình sản xuất vắc xin DNA và RNA không tốn kém và đơn giản hơn quy trình sản xuất vắc xin tiểu đơn vị và các vắc xin thông thường khác. Hơn nữa, có thể sản xuất vắc xin DNA và RNA trên quy mô lớn.
Vaccine DNA và RNA sử dụng các sợi DNA hoặc RNA mang thông tin về protein của vi khuẩn hoặc vi rút mong muốn. Các nhà sản xuất có thể tổng hợp chúng từ đầu bằng cách sử dụng một quy trình hóa học, có nghĩa là họ có thể nhanh chóng thích nghi với quy trình tạo vắc xin DNA và RNA để đáp ứng với sự xuất hiện của một biến thể hoặc vi rút mới.
Vắc xin DNA: Triển vọng
Các nhà khoa học đã thực hiện nhiều nghiên cứu đáng kể trong suốt 3 thập kỷ qua để giải quyết những lo ngại về phản ứng miễn dịch hạn chế do vắc-xin DNA gây ra. Những cách tiếp cận này bao gồm cải thiện tính ổn định của plasmid để làm chậm quá trình thoái hóa của nó, thay đổi trình tự DNA để tăng mức độ biểu hiện protein và sử dụng chất bổ trợ để tăng cường phản ứng miễn dịch do vắc xin tạo ra.
Một số lượng lớn nghiên cứu cũng đã tập trung vào việc cải thiện các phương pháp phân phối vắc-xin DNA để tạo ra phản ứng miễn dịch mạnh hơn. Trong khi các cách tiếp cận thông thường liên quan đến việc tiêm vắc-xin DNA dưới da hoặc vào cơ, các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu một số phương pháp không tiêm.
Cho đến gần đây, vắc-xin DNA chỉ được chấp thuận sử dụng trong thú y do phản ứng miễn dịch được tạo ra ở người rất hạn chế. Vắc-xin COVID-19 DNA do Zydus Cadila phát triển là vắc-xin DNA đầu tiên nhận được sự chấp thuận sử dụng ở người và thể hiện một bước tiến quan trọng đối với vắc-xin DNA.
Đáng chú ý, việc sử dụng vắc-xin ZyCoV-D liên quan đến việc sử dụng một thiết bị đơn giản, không có kim, sử dụng áp suất cao để giúp vắc-xin thẩm thấu qua bề mặt da.
Vài thử nghiệm trên người hiện đang được tiến hành để đánh giá tiềm năng của các ứng cử viên vắc xin DNA chống lại các bệnh truyền nhiễm khác nhau. Chúng bao gồm vắc xin chống lại các bệnh truyền nhiễm do HIV, vi rút Ebola, vi rút Zika, cúm, vi rút herpes và vi rút u nhú ở người.
Các nhà nghiên cứu cũng đang nghiên cứu vắc xin DNA chống lại các loại ung thư, bao gồm ung thư tuyến tụy, vú và cổ tử cung. Các tế bào khối u biểu hiện các protein khác với các tế bào khỏe mạnh, và vắc xin DNA có thể dạy hệ thống miễn dịch nhận biết và loại bỏ các tế bào khối u. (Nguồn https://jeccr.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13046-019-1154-7)
Vắc xin mRNA hoạt động như thế nào?
Hầu hết các loại vắc xin đều chứa mầm bệnh truyền nhiễm hoặc một phần của nó, nhưng vắc xin mRNA cung cấp các hướng dẫn di truyền để tế bào của chúng ta tự tạo ra các protein vi rút hoặc vi khuẩn. Hệ thống miễn dịch của chúng tôi đáp ứng với những điều này và xây dựng khả năng miễn dịch.
Messenger RNA (mRNA) là một phân tử sợi đơn hiện diện tự nhiên trong tất cả các tế bào của chúng ta. Nó mang các chỉ dẫn để tạo ra protein từ gen của chúng ta, nằm trong nhân tế bào, đến tế bào chất, cơ quan chính của tế bào của chúng ta.
Sau đó, các enzym trong tế bào chất sẽ dịch thông tin được lưu trữ trong mRNA và tạo ra các protein.
Vắc xin mRNA cung cấp các hướng dẫn để tạo ra một protein vi khuẩn hoặc vi rút cho các tế bào của chúng ta. Sau đó, hệ thống miễn dịch của chúng ta sẽ phản ứng với các protein này và phát triển các công cụ để phản ứng lại các lần nhiễm mầm bệnh trong tương lai.
Công nghệ vắc-xin mRNA không phải là mới, nhưng không có vắc-xin mRNA nào được chấp thuận sử dụng trên người cho đến gần đây.
Sự khác biệt về vắc-xin mRNA là gì?
Một số loại vắc-xin sử dụng toàn bộ vi-rút hoặc vi khuẩn để dạy cơ thể chúng ta cách xây dựng khả năng miễn dịch đối với mầm bệnh. Các mầm bệnh này bị bất hoạt hoặc giảm độc lực, có nghĩa là bị suy yếu. Các loại vắc xin khác sử dụng các bộ phận của vi rút hoặc vi khuẩn.
Công nghệ vắc xin tái tổ hợp sử dụng các tế bào nấm men hoặc vi khuẩn để tạo ra nhiều bản sao của một loại protein vi khuẩn hoặc virus cụ thể hoặc đôi khi là một phần nhỏ của protein.
Vắc xin mRNA bỏ qua bước này. Chúng được tổng hợp hóa học mà không cần tế bào hoặc mầm bệnh, làm cho quá trình sản xuất đơn giản hơn. vắc xin mRNA mang thông tin cho phép tế bào của chúng ta tự tạo ra các protein hoặc đoạn protein của mầm bệnh.
Điều quan trọng là, vắc xin mRNA chỉ mang thông tin để tạo ra một phần nhỏ mầm bệnh. Từ thông tin này, tế bào của chúng ta không thể tạo ra toàn bộ mầm bệnh.
Cả hai loại vắc xin mRNA COVID-19 mà Pfizer / BioNTech và Moderna đã phát triển đều không thể gây ra COVID-19. Chúng không mang đầy đủ thông tin cho các tế bào của chúng ta để tạo ra vi-rút SARS-CoV-2, và do đó, không thể gây nhiễm trùng.
Mặc dù khái niệm về vắc xin mRNA có vẻ đơn giản, nhưng Công nghệ là khá phức tạp.
Giải quyết sự ổn định và an toàn
RNA là một phân tử nổi tiếng mỏng manh. Cung cấp thành công mRNA cho các tế bào bên trong cơ thể chúng ta và đảm bảo rằng các enzym trong tế bào của chúng ta không làm suy giảm nó là những thách thức quan trọng trong quá trình phát triển vắc-xin.
Các sửa đổi hóa học trong quá trình sản xuất có thể cải thiện đáng kể độ ổn định của vắc xin mRNA.
Đóng gói mRNA trong các hạt nano lipid là một cách để đảm bảo rằng vắc-xin có thể xâm nhập thành công vào tế bào và đưa mRNA vào tế bào chất.
mRNA không tồn tại lâu trong tế bào của chúng ta. Khi nó đã chuyển các hướng dẫn của mình đến bộ máy tạo ra protein trong tế bào của chúng ta, các enzym được gọi làribonucleases (RNases) làm suy giảm mRNA.
Không thể cho mRNA di chuyển vào nhân tế bào vì nó thiếu các tín hiệu cho phép nó đi vào ngăn này. Điều này có nghĩa là RNA không thể tích hợp vào DNA của tế bào được tiêm chủng.
Không có nguy cơ thay đổi gen lâu dài với vắc xin mRNA.
Vắc xin mRNA COVID-19 của Pfizer và Moderna đã trải qua thử nghiệm an toàn trong các thử nghiệm lâm sàng trên người.
Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã cấp Giấy phép Sử dụng Khẩn cấp (EUA) cho vắc xin Pfizer mRNA sau khi xem xét dữ liệu an toàn từ hơn 37.000 người tham gia thử nghiệm.
“Các tác dụng phụ được báo cáo phổ biến nhất, thường kéo dài vài ngày, là đau tại chỗ tiêm, mệt mỏi, nhức đầu, đau cơ, ớn lạnh, đau khớp và sốt,” FDA viết trong tuyên bố của họ. “Lưu ý, nhiều người gặp phải những tác dụng phụ này sau liều thứ hai hơn là sau liều đầu tiên, vì vậy điều quan trọng là người tiêm chủng phải biết rằng có thể có một số tác dụng phụ sau một trong hai liều, nhưng thậm chí còn nhiều hơn sau liều thứ hai. ”
