✴️ Đáp ứng miễn dịch và độ bảo vệ của Vắc xin

HIỂU THẾ NÀO VỀ KHÁNG VẮC-XIN COVID

Hiện nay đã có 7 loại vắc xin thường được nhắc đến: Moderna (mRNA-1273), Pfizer (BNT162b2), Sputnik (rAd26-S+rAd5-S), Aztrazeneca(ChAdOx1 nCoV-19), Janssen, J&J(Ad26.COV2.S), CoronaVac - Sinovac COVID-19, Nonavax Mỹ (NVX-CoV2373).

VẮC-XIN SỬ DỤNG VIRUS BẤT HOẠT

Virus bị bất hoạt bằng phương pháp vật lý hay hoá học nhưng vẫn còn cấu trúc toàn vẹn được sử dụng như là kháng nguyên để kích thích miễn dịch.

Loại vắc-xin này tạo các kháng thể IgG đặc hiệu (chống lại) protein gai S, khu vực kết nối kháng nguyên RBD (receptor binding domain) và kháng thể đặc hiệu chống protein N cũng như kháng thể trung hoà nAb (trên các vật thí nghiệm như chuột và linh trưởng không thuộc giống người (NHP). Vắc xin này không tạo đáp ứng tế bào TH1 và TH2 trên người.

VẮC-XIN SỬ DỤNG HẠT GIỐNG VIRUS / HẠT NANO

Loại vắc-xin này sử dụng các protein cấu trúc của virus được trình diện trên một hạt "giống như virus" nhưng không có bộ gen

VẮC-XIN SỬ DỤNG TIỂU ĐƠN VỊ PROTEIN

Loại vắc-xin này sử dụng một số protein hay peptides của virus làm kháng nguyên. Các proteins này có thể sản xuất trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng vi khuẩn, nấm men, tế bào côn trùng hay tế bào của động vật có vú.

Thường sử dụng bộ ba RBD (trimer RBD) của gen mã hoá protein gai, tạo đáp ứng sinh kháng thể cao và đáp ứng của miễn dịch tế bào (Th1) nhưng đáp ứng Th2 kém.

Nhiều vắc-xin Covid-19 sử dụng công nghệ này như Novavax (Mỹ) hay Nanocovax (VN).

- Novavax (Mỹ) sử dụng toàn trình tự gen S (Full-length S) có hai thay đổi ở hai vị trí là K986P và V987P và 3 thay đổi (R682Q, R683Q and R685Q); tạo miễn dịch đặc hiệu với kháng thể IgG chống protein S cao hơn nồng độ kháng thể trong huyết thanh người lành bệnh; tạp đáp ứng miễn dịch tế bào Th1 cao nhưng Th2 vẫn thấp.

VẮC-XIN SỬ DỤNG GIÁ ĐỠ VIRUS (Virus-vectored vaccines)

Gen mã hoá một hay nhiều protein-kháng nguyên được gắn vào trong một loại virus không còn/hay còn, khả năng nhân lên như Adenovirus. Các kháng nguyên được taọ ra bởi tế bào cơ thể sau khi được tiêm chủng – virus làm giá đỡ sẽ xâm nhập tế bào cơ thể rồi điều khiển sản xuất tạo kháng nguyên; sau đó hệ miễn dịch sẽ đáp ứng với các kháng nguyên này hình thành miễn dịch chống lại kháng nguyên mới được tạo ra.

Trong nhóm này có vắc-xin AstraZeneca, sử dụng toàn bộ trình tự mã hoá protein gai S (full length S) tạo kháng thể đặc hiệu với kháng nguyên gai S với kháng thể trung hoà cũng như đáp ứng miễn dịch tế bào Th1 tốt ngang với kháng thể sinh ra sau nhiễm trùng tự nhiên; nhưng đáp ứng Th2 kém

VẮC-XIN SỬ DỤNG DNA hay mRNA

- Trong vắc-xin DNA, sử dụng DNA tái tổ hợp để mã hoá protein-kháng nguyên trên một mảnh DNA gọi là plasmid rồi đưa vào tế bào cơ thể để tạo kháng nguyên qua chuỗi các giai đoạn chuyển mã - dịch mã (transcription-to-translation process).

- Trong vắc-xin mRNA thì mRNA mã hoá protein-kháng nguyên được tổng hợp bên ngoài và đưa vào tế bào cơ thể; kháng nguyên được tạo ra qua giai đoạn dịch mã trong tế bào chất của cơ thể người được tiêm chủng.

- Vắc-xin Moderna/Pfizer ở nhóm này sử dụng toàn trình tự gen S (Full-length S) có hai thay đổi ở hai vị trí là K986P và V987P; tạo miễn dịch đặc hiệu với kháng thể IgG chống protein S cao hơn nồng độ kháng thể trong huyết thanh người lành bệnh; tạp đáp ứng miễn dịch tế bào Th1 cao nhưng Th2 vẫn thấp.

VẮC-XIN SỬ VIRUS GIẢM ĐỘC LỰC (Live-attenuated virus vaccines)

Trong công nghệ này virus sẽ được làm giảm độc lực ở trong phòng thí nghiệm hay bằng cách nuôi cấy chuyền trong tế bào (passage) hay bằng công nghệ đảo ngược di truyền (reverse-genetic mutagenesis) như thế sẽ không còn có thể gây bệnh nhưng bảo toàn tính sinh miễn dịch như virus sống.

Như vậy vắc-xin Covid-19 sử dụng nhiều công nghệ khác nhau và trong cùng công nghệ cũng sử dụng kháng nguyên có khác nhau. Đa số chọn protein gai S làm đích vì đây là protein giúp virus xâm nhập tế bào qua thụ thể ACE2 (Angiotencil converting enzynme) trên tế bào cơ thể. Một lý do khác nữa là các protein M, E, N gây đáp ứng miễn dịch kém do đó chưa bao giờ là đích nhắm trong việc sản xuất vắc-xin.

Vì SARS-CoV-2 liên tục biến đổi (2 đột biến /tháng) nên vấn đề có nhiều biến thể cũng là hiện tượng phổ biến trong sinh học và lẽ tất nhiên đáp ứng của vắc-xin cũng sẽ thay đổi theo thời gian và chính vắc-xin cũng cần thay đổi theo...

Đến đây thì câu hỏi sẽ là vắc-xin có còn tác dụng không?

Có hai vấn đề:

1. SARS-CoV-2 tiếp tục sử dụng ACE2 như cánh cửa để xâm nhập tế bào cơ thể thì vắc-xin nhắm vào gen S vẫn còn tác dụng, tuy sẽ phải thay đổi ít nhiều theo các đột biến và việc này không phải là bất khả thi về công nghệ cũng như thời gian, đối với vắc-xin mRNA.

2. SARS-CoV-2 có thể tấn công tế bào qua các cánh cửa khác: một số nghiên cứu công bố gần đây cho thấy virus có thể xâm nhập tế bào không cần có thụ thể ACE2 mà lợi dụng các thụ thể khác như C-lectin type receptors (CLR), toll-like receptors (TLR) và neuropilin-1 (NRP1), hay những thụ thể không có tính miễn dịch như glucose regulated protein 78 (GRP78). (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33498183)

Lúc ấy phải chọn thêm kháng nguyên khác hay kết hợp nhiều kháng nguyên như đã từng làm.

Với diễn tiến hiện nay khả năng Đại Dịch này sẽ trở thành lưu hành (endemic) với những bộc phát nhỏ theo mùa như Cúm. Chúng ta cần nhớ rằng từ 1918 virus Influenza gây đại dịch đầu tiên và kéo theo 3 Đại Dịch 1956 , 1968, và 2009 trước khi trở thành lưu hành, cho thấy khả năng chúng ta phải tiêm phòng chống virus Covid-19 mỗi năm dần trở thành hiện thực!

Nhưng điều cần nhấn mạnh ở đây vắc-xin vẫn là phương án tối ưu để phòng các bệnh truyền nhiễm đặc biệt là bệnh do virus và không thể nào có một giải pháp cho tất cả mọi vấn đề.

Trong quá trình xét duyệt để cấp phép khẩn cấp cho vắc-xin Nanocovax các giới chức có thẩm quyền đã chấp thuận cho nhà sản xuất dùng các dữ liệu về sinh miễn dịch để suy diễn đáp ứng bảo vệ trên người được tiêm chủng trong khi chờ đợi hiệu lực vắc- xin VE (vaccine efficacy) tính toán từ sự khác biệt của tỷ lệ mắc bệnh, nhập viện và tử vong của 2 nhóm. Đây là bước đi chưa có tiền lệ nhằm rút ngắn thời gian sản xuất trong tình trạng khẩn cấp hiện nay.

Chúng ta cần tìm hiểu nội dung và những khó khăn của phương án này

KHÁNG THỂ TRUNG HOÀ (Neutralizing antibodies)

Kháng thể là những proteins -immunoglobuline (Ig), được hệ miễn dịch cơ thể tạo ra nhằm giúp cơ thể đối phó với tác nhân xâm nhập. Kháng thể trung hoà là một thành phần quan trọng chống lại virus xâm nhập: không những bám vào virus mà kháng thể trung hoà còn ngăn chặn virus xâm nhập vào tế bào cơ thể hoặc gắn vào bao virus (capsid) ngăn chặn hiện tượng thoát vỏ (uncoated) để phóng thích RNA nhằm nhân lên trong tế bào người bệnh. Trong số những kháng thể được hệ miễn dịch cơ thể tạo ra chỉ có một vài nhóm có khả năng trung hoà virus. Cần một thời gian để cơ thể tạo kháng thể trung hoà nhưng những kháng thể này tồn tại lâu dài để bảo vệ cơ thể trong tương lai nếu bị virus cùng loại xâm nhập qua trung gian các tế bào “có trí nhớ” (memory cell); một khi gặp lại tác nhân này thì sẽ tạo ra số lượng khánh thể tăng gấp nhiều lần (đây là cơ sở của mũi tiêm nhắc vắc-xin).

Không phải kháng thể nào cũng có lợi cho cơ thể; có những “nghịch tử” không những không giúp bảo vệ cơ thể mà còn giúp cho virus dễ dàng xâm nhập tế bào! Đó là trong hiện tượng “tăng cường phụ thuộc vào kháng thể” ADE (antibody dependent enhancement). Trong bệnh sốt xuất huyết Dengue, kháng thể sinh ra trong lần sơ nhiễm (primo-infection) với một type huyết thanh không những không bảo vệ cơ thể mà còn giúp virus Dengue thuộc type huyết thanh khác trong lần nhiễm tiếp theo phát triển nhanh chóng gây bệnh cảnh nặng!

LIÊN QUAN GIỮA KHÁNG THỂ TRUNG HOÀ VÀ MỨC ĐỘ BẢO VỆ CỦA VẮC-XIN COVID-19

Sau khi được tiêm các loại vắc-xin covid-19 mức độ kháng thể trung hoà trong máu là một chỉ dấu của sự bảo vệ chống lại bệnh này. Đây là kết luận của một nghiên cứu mô hình được công bố hồi tháng 4-2021.

Trong tình hình Đại Dịch Covid-19 vẫn đang hoành hành thì vắc-xin vẫn là vũ khí tốt nhất để đối phó. Theo những quy trình để một vắc-xin được công nhận (ICH-GCP) thì thử nghiệm giai đoạn 3 là quan trọng và là cơ sở để các cơ quan quản lý chấp nhận cho sử dụng cho cộng đồng. Với cỡ mẫu khoảng 30,000-40,000 người tham gia và kéo dài nhiều tháng thì đây quả là một trở ngại khó vượt qua để có một vắc xin thích hợp đúng thời điểm. Vì vậy một mô hình tiên đoán được mức độ bảo vệ của một vắc-xin rất cần thiết và khẩn cấp. Các nhà nghiên cứu của Australia đã sử dụng kết quả của 7 nghiên cứu về vắc xin covid-19 khác nhau gồm (mRNA-1273- Moderna, NVX-CoV2373- Nonavax, BNT162b2 -Pfizer, rAd26-S+rAd5-S -Sputnik 5, ChAdOx1 nCoV-19- Aztrazeneca, Ad26.COV2.S -Janssen, and CoronaVac - Sinovac COVID-19) để xây dựng mô hình.

Nghiên cứu đã ước lượng được mức độ kháng thể trung hoà tương ứng với một tỷ lệ bảo vệ ở mức 50% chống lại nhiễm virus SARS-CoV-2 là vào khoảng 20.2% của trung bình kháng thể bảo vệ trong huyết thanh của người lành bệnh (the mean convalescent level) với khoảng tin cậy 95% CI = 14.4 - 28.4%. Còn với một tỷ lệ bảo vệ 50% chống lại thể bệnh nặng thì mức tương ứng thấp hơn, chỉ vào khoảng (3% của trung bình kháng thể bảo vệ trong huyết thanh của người lành bệnh; 95% CI = 0.7–13%, P = 0.0004).

Nghiên cứu này là một cố gắng để xác định sự liên quan giữa đáp ứng miễn dịch và tác dụng bảo vệ của vắc-xin; được xem như là một đại diện cho sự bảo vệ của vắc xin chống lại SARS-CoV-2. Nếu các nhà nghiên cứu có thể xác định chắc chắn sự liên quan này thì người ta có thể tiên đoán khá chính xác tác dụng của vắc-xin từ thời điểm sớm hơn trong thử nghiệm lâm sàng và có thể giảm bớt nhu cầu của một nghiên cứu pha III rất tốn kém về tiền bạc và thời gian.

Qua nghiên cứu này thì các nhà nghiên cứu cũng biết được rằng nhưng vắc-xin tạo ra đáp ứng sinh kháng thể trung hoà mạnh mẽ như vắc-xin mRNA Moderna và Pfizer thì có độ bảo vệ tốt; vắc xin có đáp ứng kháng thể trung hoà yếu hơn như loại vắc -xin AZ thì độ bảo vệ thấp hơn.

Trong khi chờ đợi có thêm nghiên cứu để tối ưu hoá sự liên quan này thì một vấn đề khác còn là trở ngại kỹ thuật là làm thế nào đo lường chính xác kháng thể trung hoà?

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO LƯỜNG KHÁNG THỂ TRUNG HOÀ

Hiện nay phương pháp sử dụng “trung hoà giảm mảng virus” (plaque reduction neutralization test) PRNT được xem là tiêu chuẩn vàng để đánh giá kháng thể trung hoà trong nhiều bệnh khác nhau. Nhưng PRNT có nhiều giới hạn khó mà thực hiện với lượng bệnh phẩm lớn trong các thử nghiệm lâm sàng pha III như năng xuất thấp vì phải làm thủ công, cần phòng xét nghiệm an toàn sinh học cấp III (BSL III) vì sử dụng virus sống, thời gian chờ đợi virus tạo thành mảng có thể nhìn thấy...

Phương pháp vi trung hoà (microneutralization assay) MNA có thuận lợi hơn vì giảm thời gian thực hiện, tăng hiệu suất nhưng vẫn phải cần sử dụng virus sống nghĩ là cũng phải dùng BSL III

Một biến đổi của phướng pháp vi trung hoà MNA có tên là PNA - sử dung một loại virus khác ít nguy hiểm hơn là virus ở nhóm II độc lực thấp gọi là pseudovirus bao gồm virus không phát triển và đã được biến đổi di truyền mang protein bề mặt của một virus khác như virus VSV (vesicular stomatis virus) mang thêm protein gai của SARS-CoV-2.

Phương pháp sVNT (surrogate Virus Neutralization test): năm 2020 một công trình nghiên cứu sử dụng “đoạn kết hợp thụ thể”RBD từ protein S và thụ thể ACE2 để thiết kế tương tác virus - ký chủ trong những giếng của một tấm thử phản ứng ELISA. Tương tác virus – người bị ngăn cản bởi các kháng thể trung hoà nAb từ huyết thanh của các bệnh nhân đã hồi phục hay của người đã tiêm chủng vắc-xin có thể đại diện tính bảo vệ của vắc xin. Phương pháp này đơn giản không sử dụng virus sống không cần BSL III

Tuy nhiên các phương án thay thế pha III trong thử nghiệm lâm sàng chưa được chính thức công nhận bởi các cơ quan quản lý có thẩm quyền như US- FDA.

Hiện nay ở Việt Nam có thể nói là chưa có một cơ sở xét nghiệm nào có đủ khả năng để thực hiện tốt các phương pháp đo lường trên với số lượng lớn như trong thử nghiệm lâm sàng pha III và hình như một vài nghiên cứu đã có kế hoạch gởi sinh phẩm ra nước ngoài để đo lường?

ĐÁNH GIÁ MIỄN DỊCH TẾ BÀO

Ngoài ra đáp ứng miễn dịch bao gồm cả đáp ứng kháng thể và đáp ứng tế bào thường được gọi là đáp ứng tế bàp T. Cho đến nay chúng ta chỉ biết nhiệm vụ của tế bào lympho T trong vắc-xin là giúp tế bào lympho B phát triển và tạo kháng thể trong các hạch lympho. Người bị suy giảm miễn dịch thiếu kháng thể thì dễ bị nhiễm trùng nhưng hồi phục như người bình thường; nhưng người suy giảm miễn dịch tế bào (thiếu tế bàoT) thì sẽ bị nhiễm virus nhẹ Varicell zoster (thuỷ đậu), không kiểm soát được nhiễm trùng và có thể tử vong.

Có các loại tế bào T như T killer- trực tiếp huỷ diệt tế bào nhiễm virus, T helper; Th1 và Th2 tham gia vào miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào.

- Th1 tạo ra cytokines (Th1-cytokines) là những chất “thông tin tế bào” mà cytokine chính là interferon gamma - trong các phản ứng thúc đẩy hiện tượng viêm (pro-inflammatory responses) có nhiệm vụ huỷ diệt các ký sinh trùng nội bào và các đáp ứng tự miễn. Nhưng nếu đáp ứng quá mức có thể đưa đến tổn thương mô cơ thể.

- Th2 gồm có các cytokine như interleukins 4, 5, and 13, có liên quan đến IgE và đáp ứng của eosinophile trong các dị ứng và interleukin-10, có tính cách kháng viêm chống lại các tác dụng của nhóm Th1

Làm thế nào đánh giá đáp ứng miễn dịch tế bào của vắc-xin

Kỹ thuật thông dụng hiện nay là IFN-γ ELISPOT (interferon-gamma enzyme-linked immunospot) để định lượng các tế bào tiết IFN-γ hay các dụng cụ như Flow cytometry để dịnh tính và định lượng các tế bào đơn nhân (PBMC). Hiện nay vẫn còn nhiều điều cần tìm hiểu để có thể đánh giá dáp ứng miễn dịch tế bào của vắc-xin chính xác hơn

Có thể nói rằng thử nghiệm lâm sàng 3 giai đoạn vẫn là phương pháp đánh giá thực tế và toàn diện nhất và mặc dù có những tiến bộ về sinh học phân tử cho đến nay vẫn chưa có có phương án nào có thể thay thế...

----------------------------------

Tham khảo:

https://www.nature.com/articles/s41587-020-0631-z

https://www.nature.com/articles/s41596-021-00536-y.pdf

https://www.pig333.com/.../laboratory-techniques-to.../

https://clinicaltrials.gov/.../NCT04713163/Prot_SAP_000.pdf

GS. TS. BS Trần Tịnh Hiền

(GS.TS.BS Trần Tịnh Hiền tốt nghiệp Đại Học Y Dược TPHCM năm 1978 và nhận bằng Tiến sĩ tại Đơn vị Nghiên cứu Lâm sàng của Đại học Oxford và Đại học Mở Vương quốc Anh năm 2004.

Ông làm Giáo sư thỉnh giảng về Bệnh truyền nhiễm tại Đại học Oxford và là thành viên của Bác sĩ Hoàng gia Anh Quốc từ năm 2004.

Từ năm 2008, GS.TS.BS Trần Tịnh Hiền là Thành viên Ban đánh giá về đạo đức trong nghiên cứu Y sinh học trên người Bộ Y Tế và từ năm 2010, ông đảm nhiệm cương vị Giám đốc Nghiên cứu Đơn vị Nghiên cứu lâm sàng Đại Học Oxford Anh Quốc.

Trước đó, GS.TS.BS Trần Tịnh Hiền công tác tại Bệnh viện Chợ Quán, nay là Bệnh viện Bệnh Nhiệt đới từ năm 1978. Ông kinh qua nhiều vị trí quan trọng của bệnh viện, đầu tiên là Trưởng khoa Hồi sức cấp cứu, sau đó vào năm 1985 là Trưởng khoa Sốt rét và vào năm 1987 là Trưởng phòng Y vụ. Ông được bổ nhiệm làm Phó Giám đốc vào năm 1989.)