VÀ SỰ HOẠT HÓA MỘT SỐ LOẠI TẾ BÀO
Chương 8 TỔNG QUAN VỀ VẮC XIN
4.2. Một số loại vacxin mới đang được nghiên cứu và bước đầu sử dụng
Vacxin cộng hợp (Conjugate) - một số loại vi khuẩn có vỏ ngoài là polysaccharide có tính sinh miễn dịch yếu. Bằng cách kết gắn vỏ ngoài này với prôtêin (ví dụ độc tố), hệ thống miễn dịch sẽ nhận biết polysaccharide như chúng là một kháng nguyên prôtêin.
4.2.2. Vacxin tái tổ hợp
Vacxin vật mang tái tổ hợp (recombinant vector) - là các vacxin trong đó các gen mã hóa cho các kháng nguyên quan tâm được gắn vào bộ gen của một vật mang là vi khuẩn hay một virus. Vật mang sẽ tổng hợp và giải phóng ra các kháng nguyên được dùng làm vacxin hoặc kháng nguyên có thể được tinh khiết và sử dụng như một vacxin dưới đơn vị, bằng cách kết hợp ADN của một mầm bệnh vào một vi khuẩn khác, có thể tạo ra miễn dịch chống lại các bệnh có quá trình nhiễm trùng phức hợp.
- Ưu điểm của vacxin tái tổ hợp so với vacxin dưới đơn vị tách chiết. (i) Vacxin tái tổ hợp an toàn hơn so với vacxin nhược độc. (ii) Ứng dụng các công nghệ ADN tái tổ hợp cũng có thể tạo ra các vacxin nhược độc an toàn hơn; (iii) Giá thành rẻ và các lô sản phẩm rất đồng nhất trên nuôi cấy tế bào, môi trường nuôi nấm men hoặc nuôi vi khuẩn;
(iv) Việc tách chiết prôtêin tự nhiên từ vi khuẩn, virus hay từ mô bào của động vật phức tạp hơn nhiều so với việc tách chiết prôtêin từ môi trường nuôi cấy nhân tạo.
- Nhược điểm của vacxin tái tổ hợp. (i) Cùng mầm bệnh có thể rất đa dạng về mặt kháng nguyên; (ii) Vacxin có thể hiệu quả với chủng này mà không có tác dụng đối với chủng khác; (iii) Một prôtêin tái tổ hợp đơn giản có thể không kích thích được đủ tất cả
các các thành phần của hệ thống miễn dịch, ví dụ các carbonhydrate sẽ có tính sinh miễn dịch kém do quá trình sinh tổng hợp không chính xác.
4.2.3. Vacxin ADN
Trong những năm gần đây, người ta đã chế tạo ra một loại vacxin là ADN của mầm bệnh và được gọi là vacxin ADN. Cơ chế hoạt động của vacxin là thâm nhập (sau đó là thể hiện và kích thích sự nhận biết của hệ thống miễn dịch) ADN của vi khuẩn hay của virus vào các tế bào người hay động vật. Một số tế bào của hệ thống miễn dịch sẽ nhận biết các prôtêin được thể hiện và phản ứng chống lại các prôtêin này cũng như các tế bào sản sinh ra các prôtêin đó. Vì các tế bào này tồn tại trong một thời gian dài, nếu như mầm bệnh có mang prôtêin sau đó thâm nhập vào cơ thể thì hệ thống miễn dịch sẽ tiêu diệt chúng.
Vacxin ADN là loại vacxin mới nhất và chúng đang trong quá trình khảo nghiệm. Giống như vacxin tái tổ hợp, các gen mã hóa cho các kháng nguyên được xác định và dòng hóa.
Trong trường hợp của các vacxin ADN, ADN được gắn lên các hạt kim loại nhỏ sau đó được “bắn” vào cơ của con vật bằng súng bắn gen sử dụng khí nén. Một số tế bào của cơ thể có khả năng thể hiện ADN của mầm bệnh sau đó sao chép và giải mã ADN đó hình thành nên prôtêin và do đó kích thích hệ thống miễn dịch (Hình 5).
Vacxin ADN có thể kích thích cả miễn dịch dịch thể và miễn dịch qua trung gian tế bào. Cho đến nay, một số loại vacxin ADN đang được thử nghiệm và một số đã cho các kết quả đáng khích lệ.
Tại sao người ta tìm cách chế tạo vacxin ADN trong khi chúng ta đã có các loại vacxin khác? Mặc dù có hiệu quả, các vacxin đang được sử dụng trong thời điểm hiện tại cũng có một số nhược điểm. Rõ ràng rằng sự sống sót và sinh trưởng của mầm bệnh trong cơ thể là cách tốt nhất để hình thành và duy trì một đáp ưng miễn dịch bảo hộ kéo dài chống lại sự xâm nhiễm sau đó với cùng một mầm bệnh. Nếu một vi sinh vật đã chết (vô hoạt) hoặc một sản phẩm được dùng làm vacxin để kích thích vật chủ hình thành một đáp ứng miễn dịch; mức độ và độ dài của đáp ứng miễn dịch không những thay đổi tùy theo cá thể vật chủ mà chính bản thân các đáp ứng đó có thời gian tồn tại không dài.
Chính vì thế, nếu sử dụng một vi sinh vật sống, nhược độc để chế tạo vacxin; bản thân các vi sinh vật đó có thể trở lại dạng “hoang dã” và có thể gây ra bệnh cho cá thể được sử dụng vacxin. Thêm vào đó, một số cá thể có hệ thống miễn dịch kém, nếu chúng được tiêm với một mầm bệnh hoàn toàn an toàn với đa số các cá thể khác, chúng vẫn bị bệnh thậm chí tử vong. Vì thế, cũng còn có nhiều điều cần tìm hiểu để có thể chế tạo được một vacxin mà bản thân nó hoàn toàn không độc mà lại có khả năng kích thích tạo một đáp ứng miễn dịch suốt đời hoặc ít nhất là một đáp ứng miễn dịch tồn tại trong một thời gian rất dài và một loại vacxin có thể kích thích cả đáp ứng miễn dịch thể và đáp ứng miễn dịch qua trung gian tế bào. Vì một vacxin ADN dẫn tới kết quả tổng hợp các prôtêin ngoại lai (từ một virus hoặc vi khuẩn) bên trong tế bào cơ (và chủ yếu là trong loại tế bào này), nên hệ thống miễn dịch sẽ nhận biết kháng nguyên vừa được tổng hợp ra một cách rất chính xác. Điều này được giải thích như sau: Một tỷ lệ nhỏ của bất kỳ một phân tử prôtêin của prôtêin sẽ được tạo ra bên trong tế bào sẽ sẽ được “băm” thành
các mảnh nhỏ (peptides). Các mảnh prôtêin này sau đó sẽ xuất hiện trên bề mặt tế bào kết hợp với các prôtêin đặc biệt có tên là các prôtêin tương đồng tổ chức chủ yếu loại I (MHC Class I prôtêins). Các tế bào của hệ thống miễn dịch liên tục “tuần tra” bề mặt các tế bào để phát hiện sự có mặt của các mảnh prôtêin lạ. Do đó, nếu một prôtêin lại được tổng hợp trong 1 hoặc nhiều tế bào thì điều đó cũng tương tự như một virus đã thâm nhập vào tế bào và “bắt” tế bào tổng hợp nên các hạt virus mới; các tế bào đặc biệt của hệ thống miễn dịch có tên là các tế bào T (diệt) gây độc tế bào sẽ nhận biết các hình dạng ngoại lai này và đáp ứng lại bằng cách tiêu diệt các phân tử ngoại lai đó. Hệ thống miễn dịch không thể phân biệt được các phân tử prôtêin có nguồn gốc từ vacxin ADN với phân tử prôtêin do tế bào sản sinh ra khi bị nhiễm mầm bệnh. Các loại tế bào T khác cũng được kích hoạt và sau đó chúng kích hoạt tiếp các tế bào sản xuất kháng thể ví dụ các tế bào B. Vì thế, nhiễm trùng hay vacxin ADN đều có kết cục là sự hoạt hóa hoàn chỉnh các tế bào của hệ thống miễn dịch tức là tăng sinh các tế bào T diệt cũng như sản sinh ra các kháng thể hoà tan, lưu hành phản ứng lại các vật liệu lạ. Do sau này nếu động vật (hay con người) bị nhiễm vi sinh vật sống, thì hệ thống miễn dịch sẽ phảu ứng nhanh chóng và có hiệu quả vì nó đã được “làm quen” với vacxin ADN tương tự như đã được tiếp xúc với mầm bệnh một lần trước đó.
Hình 5. Phương pháp chế tạo vacxin ADN.
1) Đoạn gen mã hóa cho prôtêin được đưa vào vật mang ADN (plasmid) có chứa chất mồi (trigger) hoặc còn gọi là chất hoạt hóa (promoter) sự thể hiện trong tế bào của vật chủ; 2) Vacxin cho vật chủ bằng plasmid;
3) Tế bào vật chủ sẽ tổng hợp prôtêin theo thông tin di truyền của ADN ngoại lai; 4) Vật chủ sẽ hình thành đáp ứng miễn dịch phòng hộ chống lại prôtêin ngoại lai.
Ưu điểm của vacxin ADN. (i) Kháng nguyên được thể hiện ở dạng nguyên thủy của nó, vì thế quá trình chế biến và trình diện kháng nguyên tới hệ thống miễn dịch tốt hơn;
(ii) Có thể kích thích tế bào T gây độc tế bào (CTL) và đáp ứng miễn dịch này tồn tại được trong một thời gian dài, ngoài ra kháng nguyên còn kích thích đáp ứng kháng thể phòng hộ và đáp ứng CD4+ trong cùng một cá thể; (iii) Dễ sản xuất và dễ tinh chế; (iv) Dễ dàng cải tiến và kết hợp vacxin; (v) Tạo ra đáp ứng miễn dịch trong thời gian kéo dài và hoạt phổ của đáp ứng miễn dịch rộng; (vi) Có thể giảm liều vacxin vì kháng nguyên được sản xuất và thể hiện trong một thời gian dài; (vii) Dễ sản xuất và bảo quản;
(viii) Có thể sản xuất Plasmid dễ dàng với số lượng lớn. ADN rất ổn định. ADN đề
kháng với nhiệt độ rất tốt vì thế bảo quản và vận chuyển vacxin dễ dàng; (ix) Trình tự chuỗi ADN có thể được thay đổi dễ dàng trong phòng thí nghiệm. Điều đó có nghĩa là hãng sản xuất vacxin có thể đáp ứng rất nhanh với sự thay đổi của tác nhân gây bệnh;
(x) Bằng cách đưa Plasmid mã hóa cho quá trình sinh tổng hợp kháng nguyên vào vật chủ, các prôtêin kháng nguyên được sản xuất ra sẽ được chế biến theo cách tương tự với prôtêin của mầm bệnh mà cơ thể sẽ phản ứng lại để tạo miễn dịch phòng hộ. Điều này làm cho việc sử dụng vacxin ADN tốt hơn nhiều so với việc sử dụng kháng nguyên prôtêin được tách chiết và tinh khiết từ mầm bệnh được sử dụng làm chất gây miễn dịch; (xi) Đối với vacxin ADN, có thể sử dụng hỗn hợp các Plasmid tức là cùng một lúc có thể sản xuất nhiều loại kháng nguyên và vì thế hoạt phổ của vacxin sẽ rộng hơn; (xii) Plasmid không nhân lên và chỉ mã hóa cho prôtêin mà người chế tạo quan tâm. Vì Plasmid không phải là prôtêin nên đáp ứng miễn dịch mà vật chủ tạo ra không kháng lại bản thân vật mang; (xiii) Theo phương cách mà kháng nguyên được trình diện, đáp ứng CTL sẽ định hướng đối với bất kỳ kháng nguyên nào của mầm bệnh. Đáp ứng CTL cũng tạo nên sự phòng hộ chống lại các bệnh do một số vi khuẩn nội bào bắt buộc gây nên, ví dụ Mycobacterium tuberculosis. Trong trường hợp vacxin cúm gia cầm, đáp ứng CTL có thể định hướng tới các prôtêin bên trong virus. Trong thực nghiệm trên chuột, vacxin ADN - nucleoprôtêin có hiệu quả chống lại nhiều virus cúm với các kháng nguyên hemagglutinin khác nhau.
Nhược điểm của vacxin ADN. (i) ADN ngoại lai được đưa vào sẽ hợp nhất vào nhiễm sắc thể của vật chủ và tạo ra khả năng biến nạp hình thành ADN triplex và đột biến lồng (insertional mutagenesis). Điều này có thể dẫn đến ung thư thông qua sự thay đổi chức năng của một ADN bình thường; (ii) ADN ngoại lai có thể hợp nhất với ADN của các tế bào mầm. ADN có thể kích thích sản sinh các kháng thể kháng ADN, nghĩa là có thể xảy ra hiện tượng tự miễn kháng ADN của mầm bệnh; (iii) Có thể có các tác dụng phụ không mong muốn khi có sự sản xuất liên tục các kháng nguyên ngoại lai; (iv) Có thể gây dung nạp miễn dịch, nghĩa là sự thể hiện kháng nguyên trong vật chủ có thể làm cho vật chủ không hình thành đáp ứng đặc hiệu đối với kháng nguyên đó. Chính vì thế, trước khi đưa ra sử dụng, cần đánh giá kỹ mọi khía cạnh của vacxin ADN trong đó đặc biệt lưu ý phải loại từ khả năng hợp nhất của ADN đưa vào với nhiễm sắc thể của tế bào vật chủ.