Công nghệ mRNA không chỉ ngăn chặn nguy cơ lây lan và tử vong do đại dịch
Giải chính VinFuture Grand Prize trị giá lớn nhất (3 triệu USD) đã được trao cho nhóm nghiên cứu gồm ba nhà khoa học đứng sau thành công của vaccine mRNA phòng Covid-19. Hội đồng giải thưởng ghi nhận công trình nghiên cứu nền tảng với hai công trình lớn là lõi mRNA biến đổi và vỏ bọc nano lipid hiệu quả ổn định và tăng hoạt tính của mRNA.
Các tác giả gồm "mẹ đẻ" công nghệ mRNA - TS Katalin Kariko, nhà khoa học Hungary, Phó Chủ tịch cấp cao công ty BioNTech (Mỹ); GS Drew Weissman, nhà khoa học nghiên cứu vaccine tại Đại học Pennsylvania; GS Pieter Rutter Cullis, Giám đốc Viện Khoa học Sự sống tại Đại học British Columbia (UBC).
Cụ thể, công nghệ sử dụng mRNA đã được sửa đổi, bao bọc trong các hạt nano lipid giúp ngăn hệ thống miễn dịch phản ứng với mRNA khi được đưa vào cơ thể và không gây ra các phản ứng cytokine, không gây độc tính hoặc tác dụng phụ. Dựa trên khám phá của Kariko và Weissman cùng với việc tạo ra hạt nano lipid của Cullis, các công ty dược phẩm như Pfizer-BioNTech, Moderna đã sản xuất được các loại vaccine phòng, chống Covid-19 hữu hiệu trong thời gian kỷ lục.
Nghiên cứu mang tính đột phá trong việc sửa đổi mRNA giúp ngăn hệ thống miễn dịch phản ứng với mRNA khi được đưa vào. Hệ thống miễn dịch tự nhiên của cơ thể có khả năng nhận ra sự hiện diện đột ngột của RNA ngoại lai và phản ứng như thể đó là một cuộc tấn công của virus thực sự. Nghiên cứu năm 2004-2005 của bà Kariko và các cộng sự đảm bảo rằng RNA đi vào tế bào và hoạt động đúng chức năng mà không gây ra các phản ứng cytokine, không gây độc tính hoặc các tác dụng phụ.
Kết quả là 150 quốc gia đã được hưởng lợi từ sự ra đời của vaccine Covid-19 mRNA. Theo CDC, hiệu quả của loại vaccine này là 95,3% phòng bệnh nặng; 95% chống lại bệnh nặng hoặc nguy cơ tử vong do các biến chủng Alpha và Beta; 96% hiệu quả ngăn ngừa việc nhập viện; 88% chống lại bệnh có triệu chứng từ biến chủng Delta; Hiệu quả của mũi tiêm đầu tiên: 52%.
Việc sửa đổi mRNA của hai TS Kariko và Weissman mang lại sự ổn định đáng kể cho phân tử, làm giảm khả năng sinh miễn dịch của chính nó đối với tế bào vật chủ và có khả năng điều hòa miễn dịch rất lớn. Công nghệ này giúp tạo ra vaccine mRNA trong thời gian ngắn nhất, đồng thời mở ra triển vọng cho việc ứng dụng mRNA như một thuốc điều trị đối với nhiều bệnh hiểm nghèo ở người.
Ý tưởng về vaccine mRNA đã được áp dụng để tạo ra phản ứng miễn dịch chống lại các kháng nguyên ung thư hoặc các neoepitope của các protein đột biến có trong tế bào ung thư.
Vì thế, không chỉ tạo ra vũ khí ngăn chặn nguy cơ lây lan và tử vong do đại dịch trên phạm vi toàn cầu, công nghệ mRNA còn có tiềm năng tạo các loại vaccine ngăn ngừa HIV, ung thư, miễn dịch và các bệnh di truyền… Công nghệ mRNA có thể được ứng dụng trong điều trị các bệnh như ung thư, các bệnh về gan và tim, có thể bảo vệ sức khỏe cho hàng tỷ người trên thế giới trong tương lai.
Hai nhà khoa học gặp nhau trong cùng một ý tưởng
Bà Katalin Kariko sinh năm 1955 trong một gia đình làm nghề bán thịt ở Kisújszállás, một thị trấn cách Budapest (Hungary) 150 km về phía đông. Kariko theo học tại các trường địa phương và bà vẫn luôn ca ngợi các giáo viên ở trường trung học Móricz Zsigmond của mình, những người đã khắc sâu trong bà tình yêu toán học và khoa học. Sau khi tốt nghiệp trung học, Kariko đăng ký vào Đại học Szeged. Bà theo học chuyên ngành hóa sinh và hoàn thành khóa học tương đương trình độ Thạc sĩ vào năm 1978.
Kariko nhận học bổng Tiến sĩ khi làm việc tại Trung tâm Nghiên cứu Sinh học Szeged (BRC) của Học viện Khoa học Hungary. Người hướng dẫn của bà là Jenő Tomasz, một nhà hóa học hữu cơ giàu tâm huyết với tầm nhìn rộng. Ông là người đã tác động và cổ vũ cho những cống hiến của Kariko với ngành hóa sinh. Kariko luôn ghi nhớ không khí khoa học sôi sục tại phòng thí nghiệm. Bà nhận bằng Tiến sĩ năm 1982 tại Đại học Szeged.
Bà Kariko bắt đầu làm việc tại Đại học Pennsylvania, thành phố Philadelphia năm 1989, tập trung nghiên cứu về ứng dụng trị bệnh của mRNA được phiên mã trong ống nghiệm.
Năm 1997, bà tình cờ gặp Drew Weissman, một giáo sư mới được bổ nhiệm của Trường Y Perelman thuộc Đại học Pennsylvania. Cuộc gặp gỡ đã gieo hy vọng mới để Kariko tiếp tục nỗ lực. Là một chuyên gia về miễn dịch học, Giáo sư, Tiến sĩ Weissman từng có thời gian nghiên cứu sau tiến sĩ với Anthony Fauci, Giám đốc Viện Quốc gia về Dị ứng và Bệnh truyền nhiễm thuộc Viện Y tế quốc gia Hoa Kỳ (NIH). Anthony Fauci hiện là Cố vấn Y tế trưởng cho Tổng thống Joe Biden (2021).
Tại Đại học Pennsylvania (UPenn), Weissman có những kế hoạch đầy tham vọng trong việc tìm kiếm vaccine cho bệnh nhân AIDS. Khi Kariko chia sẻ về nghiên cứu tạo ra mRNA của bà, Weissman đã nhận ra những tiềm năng độc đáo của công nghệ này. Từ đây, hai nhà nghiên cứu đã có thời gian dài cộng tác cùng nhau.
Tại lễ trao giải, TS Kariko xúc động bày tỏ lòng biết ơn tới nhà sáng lập và hội đồng giải thưởng. "Giải thưởng này là điểm sáng về khoa học công nghệ và hợp tác quốc tế", bà nói và cho biết rất vui mừng có mặt ở Việt Nam.
Trong sự nghiệp của mình, GS Weissman đã dành hơn 15 năm nghiên cứu về RNA nhằm sản xuất vaccine với một niềm tin lớn vào khả năng chữa bệnh dường như vô tận của mRNA tùy chỉnh. Tuy nhiên, bản thân ông không ngờ rằng, công nghệ mRNA mà ông đồng sáng tạo với đồng nghiệp cũ, TS Katalin Kariko, đã trở thành một công nghệ bước ngoặt được sử dụng trong một số vaccine Covid-19 dựa trên mRNA.
Tại lễ trao giải, GS Weissman khẳng định, đây không phải là dấu chấm dứt của tất cả mọi thứ mà là mở ra liệu pháp vaccine mới, thế thệ vaccine mới cho những bệnh tật khác nhau, điều quan trọng hơn nữa là sự mở đầu cho hợp tác giữa các quốc gia Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam.
"Điều quan trọng nhất, tôi không phải là người nhận giải thưởng này. Mà hàng nghìn nhà khoa học đã di trước tôi, hàng nghìn nhà khoa học sau tôi sẽ tiếp bước nghiên cứu này để đưa ra cách chữa bệnh mới cho các căn bệnh mới", ông nói.
Người phát triển các hạt nano lipid để ổn định và tăng hoạt tính của mRNA
Không giống với Kariko và Weissman, GS Pieter Rutter Cullis, Khoa Hóa sinh và Sinh học phân tử, Đại học British Columbia (Canada) đi theo một hướng nghiên cứu khác.
GS Cullis là Giám đốc Viện Khoa học Sự sống tại Đại học British Columbia (UBC). Ông đồng thời là Giáo sư tại Khoa Hóa sinh và Sinh học Phân tử và Trưởng nhóm Nghiên cứu NanoMedicines, UBC.
Ông và các đồng nghiệp đã đạt được những tiến bộ mang tính nền tảng trong việc tạo ra và đưa hệ thống các hạt nano lipid (LNP) vào tĩnh mạch dưới hình thức các loại thuốc dạng phân tử nhỏ và thuốc đại phân tử như RNA can thiệp nhỏ (siRNA). Công trình này góp phần tạo ra ba loại thuốc đã được các cơ quan quản lý ở Mỹ và châu Âu phê chuẩn để điều trị ung thư và các biến chứng liên quan.
GS Cullis đã đồng sáng lập 10 công ty công nghệ sinh học, đã xuất bản hơn 300 bài báo khoa học và là người sở hữu hơn 60 bằng sáng chế. Ông cũng là người đồng sáng lập Personalized Medicine Initiative (Sáng kiến Y học cá nhân hóa) tại UBD năm 2012.
Ông đã nghiên cứu, phát triển Patisiran, một loại thuốc sử dụng RNA can thiệp nhỏ được phân phối qua các hạt nano lipid. Loại thuốc này được FDA phê chuẩn năm 2018.
Ông Cullis là người đưa công nghệ hạt nano lipid từ lý thuyết trở thành hiện thực. Ông cũng đóng vai trò trung tâm trong việc thành lập Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển thuốc phi lợi nhuận (nay là Admare BioInnovations) và các tổ chức phi lợi nhuận khác như Mạng lưới đổi mới NanoMedicines. Sau đó, trong nhiều năm, ông còn thành lập một số công ty để thương mại hóa những phát triển mới trong công thức LNP, cho phép phát triển vaccine BioNTech/Pfizer.
Những thành công của 11 công ty mà Cullis đồng sáng lập và khám phá của ông về công nghệ LNP đã tạo ra gần 400 việc làm và hơn 10.000 năm lao động tại BC.
Thành tựu nghiên cứu của Cullis đã đặt nền móng cho sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp trị liệu gene sử dụng công nghệ LNP, với các đại diện tiêu biểu như: Moderna, CureVac, BioNTech và Intellia.
GS Cullis đã được trao Giải thưởng Chính VinFuture vì nhiều thành tựu đột phá của ông trong việc phát triển các hạt nano lipid cần thiết để bao bọc và bảo vệ mRNA hoạt động. Điều này đã mở ra một ngành khoa học mới và các phương pháp mới trong sản xuất vaccine mRNA Covid-19 giúp cải thiện cuộc sống hàng ngày của hàng triệu người.
Kỹ thuật do GS Cullis tiên phong tạo ra đã được sử dụng thành công để phát triển hệ thống phân phối LNP cho vaccine mRNA, bao gồm cả những kỹ thuật đang được sử dụng để ứng phó với đại dịch Covid-19.
Công trình tiên phong của GS Cullis về các hạt nano lipid (LNP) đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển vaccine Covid-19 mRNA và các loại thuốc cứu người khác.
Hệ thống phân phối thuốc LNP còn được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau, chẳng hạn như phân phối thuốc chống ung thư đến các mô ung thư. Trong một bước đột phá quan trọng, GS Cullis và các đồng nghiệp UBC đã phát triển một loại LNP cải tiến chứa lipid cation có thể ion hóa. Những LNP này không chỉ có khả năng bao bọc hiệu quả các phân tử lớn, chẳng hạn như mRNA, mà còn có thể cung cấp các loại thuốc dựa trên axit nucleic này vào tế bào chất của tế bào đích.
“Hầu hết mọi căn bệnh, từ ung thư đến Alzheimer, đều có thể được giải quyết bằng công nghệ mRNA được kích hoạt bởi các hạt nano lipid”, GS. Cullis nói.
Tại lễ trao giải, GS Cullis chia sẻ đây là niềm vinh dự khó mà tin được và cho rằng các nhà khoa học hợp tác rất chặt chẽ để hiện thực hóa công trình trình nghiên cứu để phục vụ cho cộng đồng và quốc gia.
"Tôi cũng muốn nhấn mạnh tầm quan trọng của nghiên cứu cơ bản, các nghiên cứu cơ bản sẽ thúc đẩy các phát kiến sáng tạo. Chúng ta cần thúc đẩy các nghiên cứu cơ bản để thúc đẩy các nghiên cứu về sau", GS Cullis nói.
Theo ông, câu chuyện vì sao có vaccine Covid-19 thực ra cũng là một cách truyền cảm hứng cho các nhà khoa học trẻ. "Có thể các bạn không đi theo con đường sản xuất vaccine nhưng rất có thể có cống hiến ngoài vaccine", ông nói.
