Vắc xin Covid-19: sự phát triển và các loại vắc xin

Sự phát triển vắc xin

Cũng như sự phát triển của dược phẩm, việc phát triển vắc xin tiến triển thông qua đánh giá tiền lâm sàng và ba giai đoạn lâm sàng riêng biệt.

Thử nghiệm giai đoạn I

Đây là những thử nghiệm được thiết kế để kiểm tra tính an toàn của vắc xin, mặc dù tính sinh miễn dịch cũng được đo lường; các nghiên cứu về liều lượng cũng thường được đưa vào.

Thử nghiệm giai đoạn II

Những thử nghiệm này mở rộng hồ sơ an toàn và đánh giá phản ứng miễn dịch với số lượng lớn hơn những người tham gia.

Thử nghiệm giai đoạn III

Những thử nghiệm này được thiết kế để xác định hiệu quả trong việc ngăn ngừa một điểm cuối được xác định trước, thường là bệnh đã được phòng thí nghiệm xác nhận. Hiệu quả của vắc xin tính theo phần trăm là tỷ lệ mắc bệnh giảm giữa những người đã tiêm vắc xin so với những người đã nhận sản phẩm đối chứng và được tính theo công thức sau: (tỷ lệ tấn công ở người chưa tiêm chủng - tỷ lệ tấn công ở người đã tiêm phòng) / (tỷ lệ tấn công ở người chưa được tiêm chủng ) x 100.

Theo truyền thống, các bước này diễn ra tuần tự và mỗi bước thường mất vài năm để hoàn thành. Việc phát triển vắc xin COVID-19 đã tăng tốc với tốc độ chưa từng có, với mỗi bước diễn ra trong vài tháng. Ngoài ra, trong sáng kiến ​​vắc xin COVID-19, các nghiên cứu giai đoạn I và II và giai đoạn II và III thường được kết hợp với sự chuyển đổi liền mạch từ giai đoạn này sang giai đoạn tiếp theo. Tuy nhiên, các tiêu chí an toàn vẫn nghiêm ngặt; Ủy ban giám sát và an toàn dữ liệu (DSMC) bao gồm các chuyên gia vắc xin độc lập và các nhà tài trợ nghiên cứu đánh giá các tác dụng ngoại ý được báo cáo trong mỗi giai đoạn của nghiên cứu lâm sàng và phê duyệt việc tiến hành giai đoạn tiếp theo. Tại Hoa Kỳ, Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) cũng phải phê duyệt tiến trình từng bước tiếp theo trong thử nghiệm trên người,

Bài học từ vắc xin SARS-CoV-1 và MERS-CoV

Sự phát triển vắc xin phòng bệnh SARS-CoV-1 và hội chứng hô hấp coronavirus Trung Đông (MERS-CoV) đã mở đường cho sự phát triển nhanh chóng của vắc xin COVID-19. Các nghiên cứu tiền lâm sàng đã được hoàn thành với vắc xin SARS-CoV-1, và hai vắc xin đã được đánh giá trong các thử nghiệm nhỏ trên người; tuy nhiên, các công việc tiếp theo đã bị dừng lại khi vi rút đã bị loại bỏ khỏi vòng tuần hoàn. Sau khi MERS-CoV xuất hiện, các nghiên cứu vắc xin tiền lâm sàng và nghiên cứu trên người giai đoạn I đã được tiến hành chống lại tác nhân này.

Mục tiêu kháng nguyên

Mục tiêu kháng nguyên chính cho cả vắc xin SARS-CoV-1 và MERS là protein đột biến bề mặt lớn. Một protein tương tự cũng có trong SARS-CoV-2; nó liên kết với thụ thể enzym chuyển đổi angiotensin 2 (ACE2) trên tế bào chủ và gây ra sự hợp nhất màng. Dựa trên dữ liệu từ các nghiên cứu vắc xin SARS-CoV-1 và MERS-CoV, cũng như các quan sát cho thấy các kháng thể liên kết với vùng liên kết thụ thể của protein đột biến SARS-CoV-2 có thể ngăn chặn sự gắn vào tế bào chủ và vô hiệu hóa vi rút, protein đột biến trở thành mục tiêu kháng nguyên chủ yếu để phát triển vắc xin COVID-19.

Bệnh do vắc-xin tăng cường

Các nghiên cứu trên động vật về vắc-xin SARS-CoV-1 và MERS-CoV đã làm dấy lên những lo ngại về bệnh tăng cường khi tiêm vắc-xin; sau khi thử nghiệm với virus hoang dã, một số động vật được tiêm phòng trước đó đã phát triển các phản ứng kháng thể không trung hòa và tế bào Th2 có liên quan đến viêm phổi tăng bạch cầu ái toan. Không có bệnh tăng cường nào được thấy trong bất kỳ nghiên cứu nào trên người. Tuy nhiên, các thông số miễn dịch cụ thể đã được đề xuất cho các nghiên cứu trên động vật và con người để giảm nguy cơ mắc bệnh tăng cường bằng vắc xin COVID-19. Chúng bao gồm các tiêu chí về đáp ứng kháng thể trung hòa và miễn dịch tế bào phân cực Th1.

Cơ sở miễn dịch học cho việc tiêm chủng SARS-CoV-2

Một số quan sát ủng hộ khái niệm rằng tiêm chủng có khả năng ngăn ngừa nhiễm trùng SARS-CoV-2. Trong các nghiên cứu về linh trưởng không phải con người, sự lây nhiễm thực nghiệm với virus SARS-CoV-2 loại hoang dã được bảo vệ khỏi sự tái nhiễm tiếp theo, cho thấy rằng sự lây nhiễm có thể dẫn đến khả năng miễn dịch bảo vệ. Việc tiêm phòng cho các loài linh trưởng cũng được bảo vệ chống lại sự thách thức của virus; sự phát triển của các kháng thể trung hòa chức năng tương quan với khả năng bảo vệ. Các nghiên cứu dịch tễ học ở người cũng cho thấy rằng các kháng thể trung hòa có liên quan đến việc bảo vệ khỏi nhiễm trùng, như được minh họa trong một vụ bùng phát trên tàu đánh cá. Do đó, vắc xin tạo ra phản ứng trung hòa đủ sẽ có thể bảo vệ chống lại COVID-19.

Vị trí phân phối vắc xin có thể ảnh hưởng đến đặc tính của phản ứng miễn dịch. Nhiễm trùng đường hô hấp tự nhiên gây ra các phản ứng miễn dịch cả niêm mạc và hệ thống. Tuy nhiên, hầu hết các loại vắc-xin được tiêm bắp (hoặc tiêm trong da) và chủ yếu gây ra phản ứng miễn dịch toàn thân, với khả năng bảo vệ niêm mạc đường hô hấp trên kém hơn so với sau khi bị nhiễm trùng tự nhiên. Một số vắc-xin có thể được sử dụng qua đường mũi, gần giống với sự lây nhiễm tự nhiên và những vắc-xin này có thể gây ra phản ứng miễn dịch niêm mạc, mặc dù chúng thường không gây ra phản ứng kháng thể toàn thân cao như vắc-xin bất hoạt. Vắc xin COVID-19 sống giảm độc lực dùng cho đường hô hấp đang được nghiên cứu tiền lâm sàng.

Nền tảng vắc xin

Vắc xin COVID-19 đang được phát triển bằng cách sử dụng một số nền tảng khác nhau. Một số cách tiếp cận này là cách tiếp cận truyền thống, chẳng hạn như vi rút bất hoạt hoặc vi rút sống giảm độc lực, đã được sử dụng cho vắc xin cúm bất hoạt và vắc xin sởi, tương ứng. Các phương pháp tiếp cận khác sử dụng các nền tảng mới hơn, chẳng hạn như protein tái tổ hợp (được sử dụng cho vắc xin vi rút gây u nhú ở người) và vectơ (được sử dụng cho vắc xin Ebola). Một số nền tảng, chẳng hạn như vắc xin RNA và DNA, chưa bao giờ được sử dụng trong một loại vắc xin được cấp phép. Mô tả chung về các nền tảng khác nhau được sử dụng cho vắc xin COVID-19 được trình bày tại đây.

Vắc xin bất hoạt

Vắc xin bất hoạt được sản xuất bằng cách nuôi cấy SARS-CoV-2 trong nuôi cấy tế bào, sau đó bất hoạt vi rút về mặt hóa học. Vi rút bất hoạt thường được kết hợp với phèn chua hoặc một chất bổ trợ khác trong vắc xin để kích thích phản ứng miễn dịch. Vắc xin bất hoạt thường được tiêm bắp. Họ yêu cầu cơ sở an toàn sinh học cấp 3 để sản xuất. Các phản ứng miễn dịch đối với vắc xin bất hoạt SARS-CoV-2 sẽ không chỉ nhắm vào protein đột biến mà còn nhắm vào các thành phần khác của vi rút. Vắc xin COVID-19 bất hoạt nguyên mẫu đang được phát triển ở Trung Quốc, Ấn Độ và Kazakhstan; một số đang trong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng muộn.

Vắc xin sống giảm độc lực

Vắc xin sống giảm độc lực được sản xuất bằng cách phát triển các phiên bản làm suy yếu di truyền của vi rút loại hoang dã; các vi rút suy yếu này nhân lên ở người nhận để tạo ra phản ứng miễn dịch nhưng không gây bệnh. Sự suy giảm có thể đạt được bằng cách thay đổi vi rút về mặt di truyền hoặc bằng cách phát triển nó trong điều kiện bất lợi để độc lực mất đi nhưng tính sinh miễn dịch vẫn được duy trì. Một vắc xin COVID-19 sống giảm độc lực hy vọng sẽ kích thích cả miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào đối với nhiều thành phần của toàn bộ vi rút giảm độc lực. Một ưu điểm khác của vắc-xin sống là chúng có thể được sử dụng qua đường mũi, như với vắc-xin cúm sống giảm độc lực, có thể tạo ra các phản ứng miễn dịch niêm mạc tại vị trí vi rút xâm nhập vào đường hô hấp trên. Tuy nhiên, những lo ngại về an toàn đối với vắc xin sống giảm độc lực bao gồm sự đảo ngược hoặc tái tổ hợp với vi rút hoang dã. Một số vắc xin COVID-19 sống giảm độc lực đang trong giai đoạn phát triển tiền lâm sàng, nhưng chưa có vắc xin nào được thử nghiệm trên người.

Vắc xin protein tái tổ hợp

Vắc xin protein tái tổ hợp bao gồm các protein của virus đã được biểu hiện trong một trong các hệ thống khác nhau, bao gồm tế bào côn trùng và động vật có vú, tế bào nấm men và thực vật. Những loại vắc xin này thường được tiêm bắp. Chúng không yêu cầu sự nhân lên của vi rút sống, điều này tạo điều kiện thuận lợi cho sản xuất, mặc dù năng suất sản xuất phụ thuộc vào khả năng biểu hiện của protein đột biến, có thể thay đổi. Các vắc xin tái tổ hợp COVID-19 đang được phát triển bao gồm vắc xin protein đột biến tái tổ hợp, vắc xin vùng liên kết thụ thể tái tổ hợp và vắc xin dạng hạt giống vi rút (VLP).

Vắc xin vectơ

Vắc xin vectơ không có khả năng sao chép

Vắc xin vectơ không đủ năng lực sao chép sử dụng một loại virut vectơ khác đã được thiết kế để không nhân lên trong cơ thể sống và biểu hiện protein của virut là mục tiêu miễn dịch dự kiến. Nhiều ứng cử viên vắc xin vectơ không đủ năng lực sao chép sử dụng vectơ adenovirus, nhưng các vectơ khác bao gồm vắc xin biến đổi Ankara (MVA), vi rút parainfluenza ở người, vi rút cúm, vi rút liên quan đến adeno (AAV) và vi rút Sendai. Một hạn chế đối với vắc xin vectơ là khả năng miễn dịch đã có từ trước đối với vectơ có thể làm giảm khả năng sinh miễn dịch của vắc xin. Điều này có thể tránh được bằng cách sử dụng các vectơ virut không phổ biến ở người, vectơ có nguồn gốc từ virut động vật, chẳng hạn như adenovirus tinh tinh, hoặc các vectơ không tạo ra khả năng tự miễn dịch, chẳng hạn như AAV. Hầu hết các vắc-xin vectơ không có khả năng sao chép SARS-CoV-2 đang được phát triển được tiêm bắp và được thiết kế để biểu hiện protein đột biến, với kết quả là vật chủ có phản ứng miễn dịch với protein đó. Một số đang trong giai đoạn thử nghiệm lâm sàng muộn.

Vắc xin vectơ có khả năng sao chép

Các vectơ có khả năng sao chép có nguồn gốc từ các chủng vi rút đã giảm độc lực hoặc vắc xin. Sử dụng các vectơ có khả năng sao chép thường dẫn đến phản ứng miễn dịch mạnh mẽ hơn so với các vectơ không có khả năng sao chép, vì chúng sao chép trong cá thể được tiêm chủng và kích hoạt phản ứng miễn dịch bẩm sinh. Trong số các ứng cử viên vắc xin COVID-19, các vectơ có khả năng sao chép đã được thiết kế để biểu hiện protein đột biến trong các vectơ chủng vắc xin sởi, vectơ dựa trên vi rút cúm, vi rút viêm miệng mụn nước (VSV), và vi rút gây bệnh Newcastle (NDV). Các vectơ dựa trên NDV lan truyền đến hiệu giá cao trong trứng và có thể được sản xuất bằng cách sử dụng đường ống sản xuất vắc xin cúm toàn cầu; chúng cũng có thể được tiêm qua đường mũi để kích thích miễn dịch niêm mạc tại vị trí vi rút xâm nhập. Một số vắc xin vectơ có khả năng nhân bản đang được thử nghiệm lâm sàng giai đoạn đầu.

Vắc xin vectơ vi rút bất hoạt

Các vectơ vi rút bất hoạt được thiết kế để biểu hiện protein đích nhưng đã bị bất hoạt và do đó an toàn hơn vì chúng không thể tái tạo, ngay cả ở vật chủ bị suy giảm miễn dịch. Vắc xin vectơ vi rút COVID-19 bất hoạt có hiển thị protein tăng đột biến trên bề mặt vẫn đang trong giai đoạn phát triển tiền lâm sàng.

Vắc xin DNA

Vắc xin DNA bao gồm DNA plasmid chứa các chất thúc đẩy biểu hiện của động vật có vú và gen mục tiêu, để protein đích được biểu hiện ở người nhận vắc xin. Một lượng lớn DNA plasmid ổn định có thể được tạo ra ở Escherichia coli, đây là một lợi thế sản xuất chính. Tuy nhiên, vắc xin DNA thường có tính sinh miễn dịch thấp và cần các thiết bị phân phối đặc biệt, chẳng hạn như máy điện cực, điều này hạn chế việc sử dụng chúng. Hơn nữa, vắc xin DNA phải đến được nhân để được phiên mã thành RNA thông tin (mRNA) để các protein có thể được tạo ra để kích thích phản ứng miễn dịch. Vắc xin SARS-CoV-2 DNA đang được phát triển có chứa gen protein đột biến làm mục tiêu.

Vắc xin ARN

Vắc xin ARN là vắc xin đầu tiên cho SARS-CoV-2 được sản xuất và đại diện cho một cách tiếp cận vắc xin hoàn toàn mới. Sau khi được sử dụng, RNA được dịch mã thành protein đích, nhằm mục đích tạo ra phản ứng miễn dịch. MRNA vẫn còn trong tế bào chất của tế bào và không đi vào nhân; vắc xin mRNA không tương tác hoặc tích hợp vào DNA của người nhận. Các vắc xin này được sản xuất hoàn toàn trong ống nghiệm, tạo điều kiện thuận lợi cho việc sản xuất. Tuy nhiên, do công nghệ mới nên khả năng sản xuất số lượng lớn vắc-xin RNA chưa được thử nghiệm trước đây, và một số vắc-xin phải được duy trì ở nhiệt độ rất thấp, gây phức tạp cho việc bảo quản. Một số vắc xin RNA SARS-CoV-2 hiện đã có sẵn.