Nền tảng RNA thông tin, hay mRNA, có thể mới đối với công chúng toàn cầu, nhưng đó là công nghệ mà các nhà nghiên cứu đã đặt cược trong nhiều thập kỷ. Giờ đây, những vụ đặt cược đó đang thành công, không chỉ với cách kiểm soát đại dịch COVID-19.

Cách tiếp cận này đang hứa hẹn các loại vắc xin an toàn và hiệu quả đáng kể chống lại những kẻ thù cũ như HIV và các bệnh nhiễm trùng đe dọa trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ, chẳng hạn như virus hợp bào hô hấp (RSV) và siêu vi trùng.

Công nghệ này đang được thử nghiệm như một phương pháp điều trị ung thư, bao gồm cả khối u ác tính và khối u não. mRNA có thể cung cấp một phương pháp mới để điều trị các bệnh tự miễn dịch và cũng đang được coi là một giải pháp thay thế khả thi cho liệu pháp gen đối với các tình trạng khó chữa như bệnh hồng cầu hình liềm.

Nguồn gốc mRNA

Câu chuyện về vắc-xin mRNA bắt nguồn từ đầu những năm 1990, khi nhà nghiên cứu người Hungary gốc Hungary Katalin Kariko của Đại học Pennsylvania bắt đầu thử nghiệm công nghệ mRNA như một hình thức liệu pháp gen.

Các nhà khoa học thích ví công nghệ này với một cuốn sách nấu ăn. DNA của cơ thể là cuốn sách nấu ăn. Messenger RNA là một bản sao của công thức, một bản sao sẽ biến mất nhanh chóng.

Trong trường hợp bệnh di truyền, mRNA có thể được sử dụng để hướng dẫn các tế bào tạo ra một bản sao lành mạnh của protein. Trong trường hợp vắc-xin, mRNA được sử dụng để giúp cơ thể tạo ra các kháng thể và các tế bào hệ thống miễn dịch đặc biệt để chống lại virus.

Trong khoảng 15 năm trở lại đây, bà Kariko đã hợp tác với Tiến sĩ Drew Weissman, một chuyên gia về bệnh truyền nhiễm tại Penn Medicine, để ứng dụng công nghệ mRNA vào vắc-xin. Kể từ khi các nhà khoa học bắt đầu tập trung vào mối đe dọa của đại dịch của virus SARS-CoV-2, họ đã nhận ra rrằng vắc-xin mRNA có thể nhanh chóng xoay chuyển tình hình.

"Nếu bạn muốn tạo ra một loại vắc-xin cúm mới bằng các phương pháp truyền thống, bạn phải phân lập virus, học cách phát triển, học cách bất hoạt và tinh chế. Điều đó có thể mất hàng tháng. Với RNA, bạn chỉ cần trình tự gien", ông Weissman nói với CNN.

"Chúng tôi thậm chí không cần một mẫu virus. Khi người Trung Quốc công bố trình tự của virus SARS-CoV-2, chúng tôi bắt đầu quá trình tạo RNA vào ngày hôm sau. Vài tuần sau, chúng tôi tiêm đã thử tiêm vắc-xin cho động vật".

Những nghiên cứu về mRNA được triển khai trước đại dịch COVID-19

Mặc dù nghe có vẻ mang tính cách mạng, nhưng ý tưởng này không hề mới đối với Weissman, Kariko và những người khác.

"Trong phòng thí nghiệm của tôi, chúng tôi đã nghiên cứu vắc-xin trong nhiều năm. Chúng tôi đã có 5 thử nghiệm lâm sàng giai đoạn 1 trước khi Covid-19 xuất hiện", ông Weissman, người đã làm việc với Kariko cho biết để tạo ra vắc xin Covid-19 của Pfizer / BioNTech, cho biết.

Các thử nghệm này đã bị trì hoãn vì đại dịch. Kế hoạch của chúng tôi là hoàn thành chúng trong năm tới", ông nói.

Hai trong số những vắc-xin thử nghiệm này nhắm vào bệnh cúm, trong đó có một vắc-xin ông Weissman hy vọng sẽ giúp bảo vệ chống lại các chủng cúm đột biến nhanh chóng và có thể cung cấp cho mọi người nhiều năm bảo vệ chỉ với một mũi tiêm duy nhất, loại bỏ nhu cầu chủng ngừa cúm mỗi năm.

Họ cũng đang nghiên cứu hai loại vắc xin chống lại virus suy giảm miễn dịch ở người, hoặc HIV và một loại để ngăn ngừa bệnh Herpes.

Các nhà nghiên cứu cũng đã nghiên cứu vắc xin mRNA để chống lại Ebola, Zika, bệnh dại và cytomegalovirus. Một mục tiêu khác nữa là virus hợp bào hô hấp.

RSV lây nhiễm cho hầu hết mọi người khi còn nhỏ và khiến trẻ sơ sinh mỏng manh rơi vào tình trạng nguy kịch. Ước tính virus này giết chết khoảng 100-500 trẻ em và khoảng 14.000 người lớn, chủ yếu trên 65 tuổi mỗi năm, theo ước tính của Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ.

Ông Jason McLellan, một nhà sinh vật học cấu trúc và Robert A. Welch, Trưởng khoa Hóa học tại Đại học Texas ở Austin, cho biết: “RSV lây nhiễm cho tất cả mọi người dưới 2 tuổi”.

Một trở ngại sẽ là tìm ra phiên bản tốt nhất của virus. Ông McLellan chuyên tìm kiếm cấu trúc phù hợp của virus mục tiêu ngằn cho phép hệ thống miễn dịch của con người nhận ra và xây dựng khả năng phòng thủ tốt nhất để chống lại chúng.

Ông McLellan cho biết một loại virus cảm cúm thông thường khác được gọi là virus ở người, có thể gây viêm phổi ở người lớn và trẻ em, là một mục tiêu tiềm năng khác của vắc xin, và cả GlaxoSmithKline và Pfizer đều đang làm việc về căn bệnh này. 

Ông nhấn mạnh rằng những nghiên cứu đã và đang được tiến hành đã giúp đẩy nhanh tiến độ nghiên cứu vắc xin Covid-19. Trong trường hợp này, nghiên cứu về hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng năm 2003-2004, còn được goi là SARS, và virus gây bệnh hô hấp Trung Đông, gọi tắt là virus MERS, đã giúp các nhà nghiên cứu hiểu và nhanh chóng phát hiện protein đột biến cần thiết để sử dụng trong việc sản xuất vắc xin.

Ông McLellan cho biết: “Chúng tôi đã tìm ra cách để ổn định mức tăng đột biến của SARS vào năm 2016, vì vậy chúng tôi đã chuẩn bị sẵn mọi kiến ​​thức khi Covid-19 xuất hiện".

"Mọi thứ đã đã sẵn sàng để sản xuất thử chỉ trong vòng vài giờ", ông nói.

Ông Weissman cho biết các loại vắc xin tiềm năng khác bao gồm sốt rét, lao và các virus hiếm như virus Nipah, tất cả đều có thể thực hiện được nhờ công nghệ mRNA.

Phòng thí nghiệm của ông Weissman hiện đang nghiên cứu một loại vắc-xin phổ quát có thể bảo vệ chống lại Covid-19, SARS, MERS và các chủng trong tương lai.

Ông Weissman cho biết: “Chúng tôi đã bắt đầu nghiên cứu vắc-xin phòng virus Corona vào mùa xuân năm ngoái. "Đã có ba vụ dịch do virus Corona gây nên trong 20 năm qua. Sẽ còn nhiều hơn thế nữa".

Vắc xin mRNA cũng hoạt động rất tốt. Ông Weissman nói rằng: “Chúng tôi biết ở chuột và khỉ, thỏ, lợn và gà rằng vắc xin rất mạnh. Vắc-xin của Pfizer tạo ra phản ứng kháng thể lớn hơn gấp 5 lần so với những gì được thấy ở những người khỏi bệnh một cách tự nhiên".

Ung thư

Một công dụng rõ ràng khác của công nghệ mRNA là chống lại bệnh ung thư. Cơ thể con người chống lại ung thư mỗi ngày và sử dụng mRNA có thể giúp cơ thể làm điều đó tốt hơn nữa.

Ông McLellan nói: “Bạn có thể sử dụng mRNA để cơ thể sản sinh ra một phân tử có lợi".

Các loại tế bào khối u khác nhau có cấu trúc khác nhau, dễ nhận biết ở bên ngoài mà hệ thống miễn dịch có thể nhận ra. Ông McLellan cho biết: “Bạn có thể tưởng tượng có thể tiêm cho ai đó mRNA mã hóa kháng thể nhắm mục tiêu cụ thể vào thụ thể đó".

Moderna, một công ty được thành lập đặc biệt để phát triển công nghệ mRNA, đang nghiên cứu vắc xin ung thư.

Công ty cho biết trên trang web của mình: “Chúng tôi xác định các đột biến được tìm thấy trên tế bào ung thư của bệnh nhân. Các thuật toán máy tính dự đoán 20 loại đột biến phổ biến nhất".

“Sau đó, chúng tôi tạo ra một loại vắc-xin mã hóa cho từng đột biến này và tải chúng vào một phân tử mRNA duy nhất. Nó được tiêm vào bệnh nhân để giúp điều chỉnh phản ứng miễn dịch tốt hơn chống lại các khối u", Moderna cho biết.

Đây mới là nghiên cứu lâm sàng sớm, giai đoạn 1.

Những người sáng lập BioNTech, tiến sĩ Ugur Sahin và Ozlem Tureci cũng đã nghĩ đến vắc xin ung thư ngay từ đầu. Công ty có 8 phương pháp điều trị ung thư tiềm năng trong các thử nghiệm trên người. Công ty cho biết trên trang web của mình: "Mặc dù chúng tôi tin rằng phương pháp tiếp cận của mình có thể áp dụng rộng rãi trên một số lĩnh vực điều trị, nhưng các chương trình tiên tiến nhất của chúng tôi tập trung vào ung thư học, nơi chúng tôi đã điều trị cho hơn 250 bệnh nhân trên 17 loại khối u".

Các bệnh về hệ miễn dịch

Ông McLellan nói: "Sử dụng mRNA để chống lại các bệnh tự miễn dịch là một "lĩnh vực thú vị".

Các phương pháp điều trị hiện tại là thô sơ và có thể khiến bệnh nhân mắc bệnh tự miễn dịch như lupus hoặc viêm khớp dạng thấp dễ bị nhiễm trùng.

BioNtech đã làm việc với các nhà nghiên cứu học thuật để sử dụng mRNA điều trị cho chuột được biến đổi gen mô phỏng lại bệnh đa xơ cứng, một bệnh tự miễn dịch bắt đầu khi hệ thống miễn dịch tấn công nhầm vào myelin, một chất béo bao phủ các tế bào thần kinh.

Ở chuột, phương pháp điều trị dường như giúp ngăn chặn cuộc tấn công, trong khi giữ nguyên phần còn lại của hệ thống miễn dịch.

Liệu pháp gen

Ý tưởng đằng sau liệu pháp gen là thay thế một gen bị lỗi bằng một gen hoạt động bình thường. Bất chấp nhiều thập kỷ làm việc, các nhà nghiên cứu đã không gặt hái được nhiều thành công, ngoại trừ một số bệnh thiếu hụt miễn dịch và một số bệnh về mắt.

Rất khó để tìm một vectơ mang gen đã chỉnh sửa vào tế bào mà không gây ra tác dụng phụ và kéo dài thời gian.

Phương pháp mRNA hứa hẹn sẽ gửi các hướng dẫn để tạo ra phiên bản lành mạnh của protein và ông Weissman nhận thấy có triển vọng đặc biệt trong việc điều trị bệnh hồng cầu hình liềm.

Trong bệnh hồng cầu hình liềm, các tế bào hồng cầu có hình dạng gấp khúc và có thể làm tắc nghẽn các mạch máu nhỏ, gây đau và tổn thương các cơ quan. mRNA có thể được sử dụng để thay đổi các hướng dẫn đi đến tủy xương, nơi tạo ra các tế bào hồng cầu, bảo chúng tạo ra các tế bào có hình dạng khỏe mạnh hơn.

Ông Weissman cho biết: “Bây giờ chúng tôi có thể hy vọng tiêm RNA để nhắm mục tiêu vào các tế bào gốc của tủy xương và sửa chữa bệnh tật. Đó là liệu pháp gen phù hợp mà không có giá nửa triệu đô la. Thay vào đó, người bệnh chỉ cần một mũi tiêm IV".

Các thử nghiệm trên chuột đang cho thấy nhiều hứa hẹn, ông Weissman nói.

Vào năm 2008, một công ty có tên Shire Pharmaceuticals bắt đầu phát triển phương pháp điều trị mRNA cho bệnh xơ nang, một căn bệnh di truyền chết người do bất kỳ một trong số các đột biến nhỏ đối với gen có tên là CFTR gây ra.

Công nghệ đó hiện thuộc sở hữu của Translate Bio, một công ty chuyên sản xuất vắc xin và liệu pháp mRNA.  Phương pháp điều trị có vẻ an toàn trong các thử nghiệm giai đoạn đầu trên người và đã giành được sự ủng hộ từ Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ.