Vắc-xin tiểu đơn vị (Subunit Vaccines)

Cơ chế hoạt động

Vắc-xin tiểu đơn vị hoạt động bằng cách đưa các kháng nguyên đặc hiệu của mầm bệnh vào cơ thể. Hệ miễn dịch nhận diện các kháng nguyên này là ngoại lai và khởi động phản ứng miễn dịch, bao gồm:

• Sản xuất kháng thể: Các tế bào lympho B được kích hoạt và sản xuất kháng thể đặc hiệu nhằm vào kháng nguyên của vắc-xin. Những kháng thể này sẽ giúp trung hòa mầm bệnh khi cơ thể tiếp xúc với chúng trong tương lai. Quá trình này tạo ra miễn dịch dịch thể.
• Kích hoạt tế bào T: Các kháng nguyên cũng được trình diện cho tế bào T, giúp kích hoạt phản ứng miễn dịch qua trung gian tế bào, giúp tiêu diệt các tế bào bị nhiễm bệnh. Phản ứng này được gọi là miễn dịch tế bào. Một số loại vắc-xin tiểu đơn vị cần chất bổ trợ (adjuvant) để tăng cường phản ứng miễn dịch.

Ưu điểm của vắc-xin tiểu đơn vị

• An toàn: Do chỉ sử dụng một phần của mầm bệnh, vắc-xin tiểu đơn vị thường an toàn hơn so với vắc-xin bất hoạt hoặc giảm độc lực, đặc biệt cho những người có hệ miễn dịch yếu. Nguy cơ phản ứng phụ nghiêm trọng thường thấp hơn.
• Tính đặc hiệu cao: Vắc-xin tiểu đơn vị nhắm mục tiêu vào các kháng nguyên cụ thể, giúp tạo ra phản ứng miễn dịch hiệu quả và giảm thiểu phản ứng chéo với các kháng nguyên khác.
• Ổn định: Vắc-xin tiểu đơn vị thường ổn định hơn so với vắc-xin sống giảm độc lực, dễ dàng bảo quản và vận chuyển, đặc biệt ở những vùng có nguồn lực hạn chế.

Nhược điểm của vắc-xin tiểu đơn vị

• Phản ứng miễn dịch yếu hơn: So với vắc-xin sử dụng toàn bộ mầm bệnh, vắc-xin tiểu đơn vị có thể tạo ra phản ứng miễn dịch yếu hơn, đôi khi cần nhiều liều tiêm hoặc bổ sung chất bổ trợ (adjuvant) để tăng cường hiệu quả. Việc lựa chọn adjuvant phù hợp rất quan trọng.
• Khó khăn trong việc xác định kháng nguyên: Việc xác định và phân lập các kháng nguyên bảo vệ của mầm bệnh có thể phức tạp và tốn kém. Đòi hỏi nghiên cứu kỹ lưỡng về cấu trúc và chức năng của mầm bệnh.
• Khả năng biến đổi kháng nguyên: Một số mầm bệnh có khả năng biến đổi kháng nguyên, làm giảm hiệu quả của vắc-xin tiểu đơn vị. Ví dụ như virus cúm hay HIV.

Các loại vắc-xin tiểu đơn vị

• Vắc-xin protein tái tổ hợp: Sử dụng công nghệ DNA tái tổ hợp để sản xuất protein kháng nguyên của mầm bệnh trong các hệ thống biểu hiện khác nhau như vi khuẩn, nấm men, hoặc tế bào động vật. Ví dụ: Vắc-xin viêm gan B.
• Vắc-xin polysaccharide: Sử dụng polysaccharide từ vỏ bọc của vi khuẩn làm kháng nguyên. Ví dụ: Vắc-xin phế cầu khuẩn. Một số vắc-xin polysaccharide được liên hợp với protein để tăng cường miễn dịch.
• Vắc-xin peptide: Sử dụng các đoạn peptide ngắn của protein kháng nguyên. Ưu điểm là dễ tổng hợp và tinh sạch, nhưng có thể kém hiệu quả hơn protein nguyên vẹn.
• Vắc-xin dựa trên virus-like particle (VLP): Sử dụng các hạt giống virus nhưng không chứa vật liệu di truyền của virus, do đó không gây nhiễm trùng. VLP có cấu trúc giống virus thật, kích thích phản ứng miễn dịch mạnh mẽ.

Kết luận

Vắc-xin tiểu đơn vị là một bước tiến quan trọng trong công nghệ vắc-xin, mang lại nhiều lợi ích về an toàn và tính đặc hiệu. Tuy nhiên, việc phát triển vắc-xin tiểu đơn vị vẫn còn nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc xác định kháng nguyên bảo vệ và tăng cường hiệu quả miễn dịch. Nghiên cứu và phát triển vắc-xin tiểu đơn vị tiếp tục là một lĩnh vực quan trọng để phòng chống các bệnh truyền nhiễm.

Các phương pháp sản xuất vắc-xin tiểu đơn vị

Việc sản xuất vắc-xin tiểu đơn vị thường liên quan đến các công nghệ sinh học phức tạp, bao gồm:

• Công nghệ DNA tái tổ hợp: Kỹ thuật này cho phép sản xuất protein kháng nguyên với số lượng lớn trong các hệ thống biểu hiện khác nhau. Gen mã hóa cho kháng nguyên được đưa vào vector biểu hiện (ví dụ: plasmid) và sau đó được chuyển vào tế bào chủ (ví dụ: vi khuẩn E. coli, nấm men, hoặc tế bào động vật có vú). Tế bào chủ sau đó sẽ sản xuất protein kháng nguyên. Protein này sau đó được tinh sạch và sử dụng trong vắc-xin.
• Tổng hợp peptide hóa học: Các peptide ngắn có thể được tổng hợp hóa học trong phòng thí nghiệm. Phương pháp này đặc biệt hữu ích khi kháng nguyên là một epitope nhỏ trên protein. Tuy nhiên, peptide tổng hợp có thể kém ổn định và kém hiệu quả hơn protein tái tổ hợp.
• Tinh sạch polysaccharide: Đối với vắc-xin polysaccharide, polysaccharide được chiết xuất và tinh sạch từ vỏ bọc của vi khuẩn. Polysaccharide tinh sạch có thể được sử dụng trực tiếp hoặc liên hợp với protein để tăng cường miễn dịch.

Chất bổ trợ (Adjuvants)

Vắc-xin tiểu đơn vị thường cần sử dụng chất bổ trợ để tăng cường phản ứng miễn dịch. Chất bổ trợ là những chất được thêm vào vắc-xin để kích thích hệ miễn dịch mạnh mẽ hơn, giúp tạo ra phản ứng miễn dịch lâu dài và hiệu quả hơn. Một số chất bổ trợ thường được sử dụng bao gồm muối nhôm, squalene, và các hợp chất khác. Cơ chế hoạt động của adjuvant rất đa dạng, bao gồm kéo dài thời gian tồn tại của kháng nguyên, kích hoạt các tế bào trình diện kháng nguyên, và kích thích sản xuất cytokine.

Ví dụ về vắc-xin tiểu đơn vị

• Vắc-xin viêm gan B (protein tái tổ hợp)
• Vắc-xin HPV (virus-like particle)
• Vắc-xin ho gà (acellular pertussis, chứa các thành phần tinh khiết của vi khuẩn ho gà)
• Vắc-xin phế cầu khuẩn liên hợp (polysaccharide liên hợp với protein)
• Vắc-xin não mô cầu (polysaccharide và protein liên hợp)

Hướng phát triển trong tương lai

Nghiên cứu và phát triển vắc-xin tiểu đơn vị đang tập trung vào việc:

• Xác định các kháng nguyên bảo vệ mới và hiệu quả hơn. Ứng dụng các công cụ tin sinh học và kỹ thuật phân tích protein hiện đại.
• Phát triển các chất bổ trợ an toàn và hiệu quả hơn. Nghiên cứu các adjuvant mới với cơ chế hoạt động khác nhau.
• Sử dụng công nghệ mới như công nghệ mRNA và vector virus để sản xuất vắc-xin tiểu đơn vị. Mở ra những hướng đi mới trong thiết kế và sản xuất vắc-xin.
• Thiết kế vắc-xin đa giá (multivalent) nhằm vào nhiều chủng mầm bệnh cùng lúc. Giúp tăng cường hiệu quả phòng bệnh và giảm số lần tiêm chủng.