Vắc-xin gốc nano là gì?

Công nghệ nano đã mở ra một hướng đi mới trong việc phát triển vắc-xin. Vắc-xin gốc nano, với kích thước siêu nhỏ và cấu trúc đặc biệt, được kỳ vọng sẽ mang lại những đột phá trong phòng ngừa và điều trị nhiều loại bệnh. Cùng tìm hiểu vắc-xin gốc nano là gì qua bài viết dưới đây.

Các loại vắc-xin dựa trên công nghệ hạt nano thể hiện nhiều đặc tính lý hóa vượt trội có thể hỗ trợ việc phân phối vắc-xin một cách nhắm mục tiêu, đồng thời cải thiện hiệu quả phòng ngừa.

Giới thiệu

Tính đến cuối tháng 9 năm 2020, virus gây hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng mới (SARS-CoV-2) đã khiến hơn một triệu người tử vong trên toàn thế giới. Vào năm 2016, trước khi SARS-CoV-2 xuất hiện, Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã báo cáo rằng khoảng 3,2 triệu ca tử vong có nguyên nhân trực tiếp từ các bệnh nhiễm trùng đường hô hấp dưới, trong đó 1,4 triệu trường hợp là do bệnh lao (TB).

Tổng hợp lại, hàng triệu ca tử vong do cả các bệnh nhiễm trùng cũ và mới gây ra đã tác động đáng kể đến các lĩnh vực kinh tế xã hội và y tế toàn cầu.

Tổng quan về các loại vắc-xin

Vì nhiều bệnh truyền nhiễm khó điều trị, mục tiêu cuối cùng để chống lại sự lây lan và mức độ nguy hiểm của chúng là phát triển các loại vắc-xin hiệu quả. Một loại vắc-xin lý tưởng là loại an toàn, ổn định và có khả năng kích thích đáp ứng miễn dịch lâu dài với số liều tối thiểu.

Nhiều loại vắc-xin được phân phối rộng rãi hiện nay là vắc-xin làm giảm độc lực hoặc vắc-xin với các vi sinh vật bị bất hoạt, một số loại vắc-xin khác đã cho thấy kết quả về mặt miễn dịch. Các vắc-xin tiểu đơn vị, còn được gọi là vắc-xin thế hệ thứ hai, cùng với các vắc-xin thế hệ thứ ba dựa trên RNA hoặc DNA, là những ứng cử viên hàng đầu trong các loại vắc-xin mới.

Mặc dù nhiều phương pháp tiếp cận vắc-xin thay thế này đã cho thấy khả năng kích hoạt miễn dịch bảo vệ chống lại nhiều bệnh khác nhau, nhưng cũng gặp phải một số thách thức nhất định làm hạn chế hiệu quả trong môi trường lâm sàng. Chẳng hạn, vắc-xin DNA và RNA có chi phí hiệu quả và ít nguy cơ gây nhiễm trùng nhưng dễ bị phân hủy khi đưa đến vị trí mục tiêu.

Vắc-xin dựa trên protein, đã được sử dụng thành công trong tiêm chủng chống lại các bệnh truyền nhiễm như ho gà, uốn ván, bạch hầu và phế cầu, thường cần các chất bổ trợ (adjuvant) để tăng cường tính miễn dịch, tuy nhiên điều này cũng có thể làm hạn chế tác dụng của chúng.

Hạt nano tăng cường tính miễn dịch của vắc-xin

Nhiều loại hạt nano có các đặc tính vật lý vốn có có khả năng kích hoạt đáp ứng miễn dịch. Hạt nano vàng, carbon, dendrimer, polymer và liposome đều đã được chứng minh có thể kích thích đáp ứng cytokine và kháng thể. Những đặc tính độc đáo này đã mở rộng tiềm năng sử dụng hạt nano từ các phương tiện vận chuyển vắc-xin đến các chất bổ trợ có thể tăng cường tính miễn dịch của các ứng cử viên vắc-xin.

Các hạt nano được sử dụng với mục đích này còn được gọi là chất kích thích miễn dịch nano (nano-immuno activators hoặc stimulators) và thường có kích thước trong khoảng từ 20 đến 100 nanomet (nm). Một số ví dụ về các chất kích thích miễn dịch nano đã biết bao gồm hạt nano vô cơ như sắt và silica, hạt nano polymer bao gồm chitosan và poly(lactic-co-glycolic) acid (PLGA), liposome từ cholesterol và lipid, cũng như các hạt virus (VLPs).

Trong số các loại hạt nano, sau hạt PLGA, liposome là loại hạt nano được sử dụng phổ biến thứ hai trong các ứng dụng lâm sàng dưới dạng cả vắc-xin lẫn thuốc. Liposome được cấu tạo từ lipid với đầu ưa nước và đuôi kỵ nước, tự sắp xếp trong nước dưới một số điều kiện nhất định.

Tùy thuộc vào kích thước, điện tích và loại lipid cụ thể của một công thức liposome nhất định, loại hạt nano này có khả năng kích thích đáp ứng tế bào và/hoặc thể dịch. Chẳng hạn, việc sử dụng liposome PEG hóa đã cho thấy kích thích đáp ứng bởi các phân tử immunoglobulin M (IgM) trong mô hình in vivo.

Hạt nano trong việc phân phối vắc-xin

So với các phương pháp tiếp cận vắc-xin truyền thống, hệ thống phân phối dựa trên hạt nano mang lại nhiều ưu điểm như chống lại sự phân hủy sớm, tính ổn định cao và khả năng bổ trợ được cải thiện. Khi được sử dụng để bao bọc hoặc phủ bề mặt của kháng nguyên, các hạt nano có thể bảo vệ kháng nguyên khỏi sự phân hủy protein sớm, từ đó cho phép các nhà nghiên cứu khám phá các đường tiêm chủng thay thế.

Ngoài các tính chất bảo vệ, hạt nano còn có thể cải thiện tính đặc hiệu trong việc đưa kháng nguyên đến các tế bào trình diện kháng nguyên (APCs) và kéo dài thời gian trình diện kháng nguyên cho các tế bào này và các tế bào miễn dịch khác cần thiết để đạt được miễn dịch lâu dài.

Nhiều loại hạt nano đã được đánh giá như là phương tiện mang kháng nguyên tiềm năng cho mục đích vắc-xin, bao gồm hạt nano vô cơ và polymer, các hạt giống virus (VLPs), liposome và hạt protein tự lắp ráp. Hạt nano vàng, carbon và silica đều là các hạt nano vô cơ tương thích sinh học đã được sử dụng thành công để đưa kháng nguyên virus.

Hạt nano vàng đã cho thấy hiệu quả đặc biệt trong việc đưa kháng nguyên virus và vi khuẩn nhờ khả năng kích thích đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ của cơ thể. Hạt nano vàng trong vắc-xin đã được sử dụng trong các mô hình in vivo chống lại cúm, virus gây suy giảm miễn dịch ở người (HIV), bệnh lở mồm long móng và lao phổi. Hạt nano vàng cũng như các hạt nano vô cơ khác như silica có chi phí thấp, khả năng tái tạo cao và an toàn, làm cho chúng trở thành phương tiện tiềm năng trong quá trình phát triển vắc-xin.

Bên cạnh tiềm năng miễn dịch, liposome còn có thể vận chuyển vắc-xin thông qua cơ chế hòa màng với màng tế bào đích. Liposome rất linh hoạt nhờ lõi nước cho phép các phân tử ưa nước dễ dàng được tích hợp vào hạt nano này, trong khi các chất kỵ nước có thể được bao bọc trong lớp kép phospholipid của chúng.

Một số loại liposome khác nhau đã được nghiên cứu trong các nghiên cứu về vắc-xin dựa trên hạt nano bao gồm cả các túi đơn lớp và đa lớp, được tạo thành từ các phospholipid có thể phân hủy sinh học như phosphatidylserine, phosphatidylcholine và cholesterol.

Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn đọc hiểu thêm về vắc-xin gốc nano là gì. Với những ưu điểm vượt trội, vắc-xin gốc nano hứa hẹn sẽ mở ra một kỷ nguyên mới trong phòng ngừa và điều trị bệnh tật. Tuy nhiên, để đưa công nghệ này vào ứng dụng rộng rãi, cần có thêm nhiều nghiên cứu và thử nghiệm lâm sàng.