Nghiên cứu sinh Uri Zvi làm việc trong phòng thí nghiệm Esser-Kahn tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker thuộc Đại học Chicago. Phòng thí nghiệm là một trong số những phòng thí nghiệm đã nhanh chóng chuyển hướng sang nghiên cứu vắc-xin COVID-19. Credit: John Zich

Khi các nhà khoa học trên khắp thế giới đổ xô tìm hiểu thêm về COVID-19, một số phòng thí nghiệm tại Trường Kỹ thuật Phân tử Pritzker của Đại học Chicago đang áp dụng một cách tiếp cận sáng tạo để phát triển vắc xin.

PGS. Giáo sư Aaron Esser-Kahn. Credit: Đại học Chicago

Trong khi một số công ty đã bắt đầu thử nghiệm các công thức vắc-xin trong các thử nghiệm nhỏ, có rất nhiều trở ngại tiềm ẩn để về đích. Các nhà khoa học nói rằng điều quan trọng là phải khám phá các phương pháp tiếp cận từ nhiều góc độ.

Aaron Esser-Kahn, một phó giáo sư về kỹ thuật phân tử, người có phòng thí nghiệm đã nhanh chóng chuyển sang giải quyết đại dịch coronavirus cho biết: “Thực tế của công việc vắc-xin là rất nhiều trong số chúng sẽ không thành công, vì vậy tốt hơn là nên có một băng ghế sâu.

Phòng thí nghiệm của ông là một trong số các phòng thí nghiệm tại PME đang thực hiện một nỗ lực hơi khác trong việc khám phá sự phát triển vắc-xin so với hầu hết các phòng thí nghiệm thương mại. Hai người khác là Melody Swartz, Giáo sư Kỹ thuật Phân tử William B. Ogden và Jeff Hubbell, Giáo sư Eugene Bell về Kỹ thuật Mô.

Hiệu suất của vắc-xin ‘tăng áp’

Esser-Kahn nghiên cứu hệ thống miễn dịch và vắc-xin, nhưng trước đây ông đã nghiên cứu về các bệnh khác bao gồm cả bệnh cúm. Bởi vì vi rút cúm biến đổi quá nhanh, một trong những cách tiếp cận của họ là tìm ra các phân tử có tác dụng thúc đẩy bất kỳ loại vắc xin nào mà chúng được thêm vào. COVID-19 không biến đổi nhanh như bệnh cúm, nhưng cách tiếp cận tương tự cũng hữu ích, vì các nhà khoa học đang khám phá song song nhiều cách tiêm vắc-xin khác nhau cho một loại vắc-xin — và chúng có thể được bổ sung cho bất kỳ ứng cử viên triển vọng nào.

Esser-Kahn cho biết: “Ý tưởng là bạn có thể thêm các phân tử này vào nhiều loại vắc xin và nó sẽ cải thiện phản ứng mà bạn nhận được.

Hầu như tất cả các loại vắc xin đều có hai phần. Một phần là phiên bản nào đó của vi rút được đề cập, thường là một số bộ phận thiết yếu được lược bỏ để làm cho nó thuần hóa, để hệ thống miễn dịch có thể học cách nhận ra nó. Sau đó, có một ‘chất bổ trợ’, đó là lời cảnh tỉnh cho hệ thống miễn dịch.

Giáo sư Melody Swartz. Credit: Đại học Chicago

Một trong những cách tiếp cận của Esser-Kahn là điều chỉnh chất bổ trợ để kích hoạt tế bào miễn dịch được gọi là tế bào CD4 +. Các tế bào này bảo vệ phổi trong các bệnh nhiễm trùng cúm, SARS và Zika; và vì COVID-19 có xu hướng tấn công phổi, có thể việc điều chỉnh phản ứng CD4 + mạnh có thể bảo vệ tốt hơn. Esser-Kahn cho biết: “Chúng tôi đã thử cách này gần đây với bệnh đậu mùa và thấy phản ứng tốt.

“Một góc độ khác là thêm thành phần thứ ba vào vắc xin, được tạo thành từ các phân tử kiểm soát cách cơ thể phản ứng với vắc xin. Những điều này sẽ điều chỉnh các quá trình truyền tín hiệu của tế bào để giúp cơ thể phản ứng tốt hơn với COVID-19 mà ít có nguy cơ bị các phản ứng phụ hơn. ”

Cuối cùng, Esser-Kahn cũng quan tâm đến cách tiếp cận được gọi là “khả năng miễn dịch được đào tạo”. “Đây là một trong những giai đoạn rất sớm, nhưng chúng tôi nghĩ rằng nó có rất nhiều tiềm năng,” ông nói.

Người ta quan sát thấy rằng việc tiêm vắc-xin đôi khi làm giảm khả năng mắc bệnh nói chung của một người — ngay cả với những bệnh mà vắc-xin không điều trị trực tiếp. Ví dụ, những người chủng ngừa bệnh lao ít có khả năng bị cúm vào mùa đông năm đó.

Esser-Kahn nói: “Chúng tôi nghĩ rằng điều này là do hệ thống miễn dịch đang ở trong tình trạng cảnh giác hơn. Họ đã đưa vào một phân tử cụ thể được gọi là beta-glucan, là một phân tử đường không độc hại. Ông nói: “Chúng tôi tự hỏi, nếu chúng tôi chỉ tiêm beta-glucan mà không tiêm phần còn lại của vắc xin, nó có thể tăng cường phản ứng miễn dịch tổng thể chống lại bất kỳ mầm bệnh nào.

Thay vì một loại vắc xin thực sự, điều này thay vào đó sẽ tăng cường phản ứng miễn dịch ban đầu của một người nếu họ bị nhiễm bệnh, kéo dài thời gian trong khi hệ thống miễn dịch tạo ra các kháng thể cụ thể đối với COVID19. Công thức giải phóng chậm sẽ cho phép hệ thống gắn kết một phản hồi đã đo được trong nhiều ngày.

Esser-Kahn cho biết, nếu nó hoạt động, nó có thể được sử dụng cho bất kỳ đại dịch nào – được sử dụng như một biện pháp phòng ngừa cho những người có nguy cơ cao nhất, chẳng hạn như nhân viên y tế. Nhưng vì đó là một ý tưởng mới nên trước tiên họ phải thực hiện thử nghiệm khá rộng rãi.

Một hệ thống phân phối mới lạ

Một cách tiếp cận khác là làm việc trên hệ thống phân phối vắc xin. Swartz và Hubbell, cả hai đều là kỹ sư phân tử, trước đây đã phát triển vắc-xin hạt nano.

Giáo sư Jeffrey Hubbell. Credit: Đại học Chicago

Các hạt nano rất dễ chế tạo và chúng hình thành một cách tự nhiên thành những viên nang nhỏ có thể dễ dàng tùy chỉnh với bất kỳ loại protein nào của virus được xác định là tốt cho vắc xin. Swartz cho biết: “Chúng tôi biết từ nghiên cứu trước rằng bạn có thể nhận được phản ứng tốt hơn nếu bạn kết hợp protein virus và chất bổ trợ trong các hạt nano.

Ví dụ, các nhà nghiên cứu có thể gắn các phân tử đóng vai trò như một loại “địa chỉ gửi thư” để đưa vắc xin đến các khu vực hoặc loại tế bào cụ thể mà họ muốn kích hoạt, điều này có thể nâng cao hiệu quả của vắc xin. Swartz cho biết: “Làm thế nào bạn nhắm mục tiêu hạt nano đến đúng quần thể tế bào, và làm thế nào bạn khiến các tế bào hấp thụ chúng và trở nên kích hoạt, là rất quan trọng,” Swartz nói.

Trong trường hợp này, họ muốn nhắm vào các hạch bạch huyết, các cơ quan trong cơ thể vốn là một trong những tiền tuyến cho hệ thống miễn dịch. Trong nút, có các ô cụ thể kích hoạt các loại phản hồi khác nhau; Swartz và Hubbell muốn tạo ra một loại kháng thể cụ thể được gọi là “kháng thể trung hòa trên diện rộng”. Đây là những kháng thể dường như hoạt động trên nhiều chủng vi rút khác nhau, và do đó có thể loại bỏ một số chủng vi rút.

Swartz cho biết: “Chúng tôi sẽ bắt đầu bằng cách tạo ra các biến thể khác nhau của vắc-xin và thử nghiệm chúng trên chuột để xem loại nào thúc đẩy phản ứng tốt nhất, xét về bề rộng và hiệu lực của các kháng thể đặc hiệu với vi rút,” Swartz nói. Họ cũng đang phát triển một cách để kiểm tra một lượng nhỏ tế bào miễn dịch của con người trong các thiết bị siêu nhỏ trên bàn để bổ sung cho kết quả từ chuột.

Trước đây, họ đã thấy thành công với phương pháp tiếp cận vắc-xin sốt rét cũng như bệnh lao và sốt Lassa, vì vậy họ hy vọng sẽ nhanh chóng thích ứng với COVID-19.

Swartz cho biết: “Chúng tôi mới bắt đầu thử nghiệm trên chuột. “Nếu mọi việc suôn sẻ, chúng tôi có thể sẵn sàng cho các nghiên cứu nâng cao về động vật vào đầu mùa thu”.

Nguồn: scitechdaily