Theo một nghiên cứu đăng tải trên tờ Clinical and Vaccine Immunology, một loại vắc-xin màng nhầy mới phòng chống bệnh than được chứng minh là có tiềm năng bảo vệ các quân nhân tốt hơn, hiệu quả hơn trước tác động của loại vũ khí sinh học phổ biến. Với loại vắc-xin mới này, các nhà nghiên cứu đã tìm cách tiến hai bước cùng một lúc: vừa điều chỉnh thành phần vắc-xin vừa chuyển dạng sử dụng qua hình thức xịt đường mũi chứ không phải tiêm.
Bệnh than do vi khuẩn Bacillus anthracis gây ra. Đây là một loại vi khuẩn sinh giao tử có cấu trúc hình hạt với khả năng tái sinh trong môi trường khắc nghiệt cực kì. Theo bộ quốc phòng Hoa Kì trong những năm gần đây, bệnh than đã trở thành một lựa chọn hàng đầu với vai trò là một vũ khí sinh học trong chiến tranh vi trùng do giao tử của chúng dễ dàng vận chuyển được bằng máy bay. Những phong thư, tên lửa hay máy bay bón phân cho cây cối đều có thể được dùng để làm lây lan căn bệnh. Chúng sẽ theo gió bay xa đến hàng trăm dặm, nằm im lìm trong đất qua nhiều thập kỉ. Theo chân sự kiện ngày 11 tháng 9 năm 2001, những vụ tấn công, khủng bố, những lá thư có giao tử bệnh than được gửi đến cho 22 người đàn ông và phụ nữ Hoa Kì, 5 người trong số họ đã chết. Saddam Hussein đã chế tạo vũ khí chứa giao tử bệnh than. Còn Boris Yeltsin thì cho biết Liên Xô cũ cũng có một chương trình vũ khí sinh học to lớn đè bẹp cả chương trình của Iraq thời tiền chiến tranh.
Quân đội Hoa Kì yêu cầu quân nhân ở các vùng có nguy cơ cao chỉ được tiêm phòng ngừa bằng loại vắc-xin bệnh than được FDA cấp phép – BioThraxTM – do BioPort Corporation/Emergent Defense Operations sản xuất. Theo bộ quốc phòng, loại vắc-xin này được cơ quan Quản lý thực phẩm và dược phẩm Hoa Kì chứng nhận năm 1998 và khoảng 1,8 triệu người Mỹ đã được tiêm loại vắc-xin này kể từ thời điểm đó. Mỗi người cần phải tiêm 6 mũi và mỗi năm 1 mũi. Trong khi có 1,8 triệu người đã được tiêm từ năm 1998 nhưng lại chỉ có 7 triệu liều được phát ra”.
Mingtao Zeng – tiến sĩ kiêm trợ lý giáo sư Khoa vi trùng học và miễn dịch học thuộc trung tâm y tế trường đại học Rochester, ông cũng là đồng tác giả cùng với Qingfu Xu thuộc trung tâm y tế Rochester – cho biết: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy hệ thống truyền thuốc qua màng nhầy tạo ra một lớp miễn dịch thứ hai chống lại bệnh than nhờ đưa các tế bào kháng bệnh vào màng nhầy lót trong mũi cùng với màng trong máu và chỉ cần 3 liều là đủ. Điều đó cùng với thành phần vắc-xin mới được định lượng chính xác sẽ là những bước quan trọng trong cuộc đua nhằm đảm bảo cho quân đội có được sự phòng vệ chắc chắn hơn nhờ một loại vắc-xin dễ sử dụng hơn”.
Nghiên cứu này mặc dù được thực hiện trên chuột, nhưng rất nhiều bằng chứng về tác động của loại vặc-xin được chứng nhận hiện có trên thị trường còn thu được trên nhiều loài động vật nữa. Thử thách chung đặt ra khi nghiên cứu nhiều dòng vắc-xin là: “không thể thử nghiệm vắc-xin bệnh than ở người bằng cách đưa mầm bệnh vào trong cơ thể”.
Chiếc kính hiển vi quét điện tử với độ phóng đại 31.207 lần đã có được hình ảnh giao tử của vi khuẩn Bacillus anthracis bacteria thuộc dòng Sterne. (Ảnh: Janice Haney Carr) |
Mặc dù có những bằng chứng trên, một số nhà phê bình đưa ra tranh luận rằng chưa hề có một nghiên cứu trên diện rộng nào thực hiện trên cơ thể người về loại vắc-xin đươc cấp phép, làm nảy sinh câu hỏi về hiệu quả của vắc-xin đối với phiên bản vi khuẩn bệnh than hiện đại được dùng làm vũ khí sinh học. Đã từng có sự việc một vài quân nhân dính líu vào vụ kiện tụng với quan đội vì họ từ chối tiêm vắc-xin do tin rằng vắc-xin đó không an toàn. Công thức của loại vắc-xin hiện có được thiết lập vào thời điểm trước khi cuộc cách mạng sinh học phân tử diễn ra vào những năm 1980. Ngày nay, vắc-xin được tạo ra dựa trên hiểu biết chính xác về mầm bệnh và cấu trúc protein. Các dòng vắc-xin cũ hơn có chứa nhiều thành phần hỗn hợp đôi khi không được định lượng chính xác.
Để trả lời cho những câu hỏi đặt ra, những người nghiên cứu vắc-xin đã tìm kiếm một số phương thức tạo ra dòng vắc-xin có chứa tổ hợp kháng nguyên Bacillus anthracis chính xác hơn. Trong một nghiên cứu gần đây nhất, dòng vắc-xin hiện tại được cải tiến theo 2 con đường: phân phối qua màng nhầy và định lượng chính xác thành phần. Các lớp màng dày trong miệng, mũi, và dịch nhầy cổ họng giúp bảo vệ bề mặt những bộ phận này khi tiếp xúc với môi trường bên ngoài. Bản thân màng nhầy cũng có những tế bào kháng bệnh riêng tập trung tại mô lymphoid gắn với màng nhầy. Những tế bào này cùng họ nhưng khác biệt với tế bào miễn dịch trong máu, hạch hay lá lách.
Các nhà khoa học tin rằng phân phối vắc-xin qua màng nhầy kích thích cả hai nhóm tế bào miễn dịch hoạt động, tạo nên phòng tuyến bảo vệ hai tầng với hiệu quả rất cao khi màn nhầy tiếp xúc trực tiếp với giao tử bệnh than. Tiêm vắc-xin có thể chỉ kích thích hoạt động của hệ miễn dịch cơ thể. Ngoài ra, theo các nhà nghiên cứu vắc-xin màng nhầy không gây đau, nên rất tiện lợi ngay cả khi phải sử dụng nhiều liều.
Mục tiêu hệ miễn dịch của cơ thể người là nhận biết và tiêu diệt các sinh vật xâm lấn, nhớ và chống lại nếu chúng xâm nhập vào cơ thể lần nữa. Thực chất vắc-xin chứa những dạng đã được làm yếu hay khử độc tố không gây lây nhiễm của các phân tử gây bệnh giúp hệ miễn dịch có thể nhớ nếu những phân tử này xuất hiện. Khi các nhà nghiên cứu xác định được phản ứng miễn dịch cần thiết, họ có thể chọn đưa vào vắc-xin nhiều thành phần những kháng nguyên chủ chốt để có được phản ứng phòng vệ hiệu quả nhất. Hệ miễn dịch không phản ứng với sự có mặt của virus hay vi khuẩn mà phản ứng với những loại protein cụ thể (kháng nguyên) trên bề mặt của mầm bệnh hay do mầm bệnh tiết ra khiến chúng bị lộ diện.
Những nghiên cứu trước đây đã chứng minh được vi khuẩn bệnh than tiết ra 3 loại protein độc hại tiêu hủy các tế bào miễn dịch quan trọng, từ đó tiêu hủy các tế bào và mô khác. Thú vị là cùng những chất độc đó nhưng nếu biển đổi chút ít lại là những thành phần tốt nhất để tạo nên vắc-xin. Các độc tố này là kháng nguyên bảo vệ (PA), nhân tố gây chết người (LF) và nhân tố gây phù (EF). PA gắn vào cơ quan thụ quan trên bề mặt ngoài của tế bào miễn dịch macrophage và hình thành một cái lỗ giúp EF và LF xâm nhập vào tế bào. Khi đã ở bên trong. LF phát tín hiệu tự hủy cho tế bào, còn EF tạo ra chất lưu gây hại (gây sưng). Vì các tế bào macrophage phải thải loại độc tố ra khỏi cơ thể, chúng bị tiêu hủy từ đó khiến lượng độc tố tăng lên nhanh chóng đạt mức nguy hiểm cho tế bào.
PA đóng vai trò trung tâm trong quá trình lây nhiễm bệnh than, hệ miễn dịch của người đã tiến hóa để nhận biết kháng nguyên này rất tốt. Tuy nhiên, bản thân PA không thể gây ra bệnh nếu không kết hợp với LF hay EF, do đó đây chính là một thành phần vắc-xin hoàn hảo. Thành phần của dòng vắc-xin hiện tại chủ yếu là PA, cùng với một lượng không xác định LF và EF được tiêm trực tiếp vào máu. Dòng vắc-xin đang được nghiên cứu thay đổi thành phần có chứa PA và PA63 linh động về mặt sinh học với vai trò làm thành phần cấu tạo đầu tiên của vắc-xin.
Cách tân chủ chốt trong nghiên cứu của nhóm chính là việc bổ sung dạng LF đã khử độc vào PA63 tạo ra phản ứng miễn dịch mạnh hơn. Những nghiên cứu trước đó đã chứng minh các nhà khoa học có thể khử độc tố của LF bằng cách sử dụng kĩ thuật phân tử để thay thế khối amino axit của nó. Dạng đột biến đã khử độc tố của LF (còn gọi là mLF) lần đầu tiên được tạo ra hơn một thập kỉ trước trong phòng thí nghiệm của tiến sĩ Stephen H. Leppla – thuộc Phòng thí nghiệm nghiên cứu bệnh do vi khuẩn gây ra – Viện nghiên cứu dị ứng và các bệnh truyền nhiễm quốc gia (NIAID) (trực thuộc Viện y tế quốc gia). Mặc dù được tạo ra lần đầu tiên cách đây hơn 10 năm, không ai biết chắc liệu nó có phải là một thành phần tốt cho vắc-xin bệnh than hay không. Mọi người đều hy vọng rằng mLF đã khử độc tố an toàn với cơ thể người, thêm nữa là hệ miễn dịch của người được tiêm vẫn có thể nhận biết dạng không đột biến đã được khử độc.
Trong thí nghiệm, nhóm nghiên cứu của Zeng dùng 32 con chuột được chia đều thành 4 nhóm. Mỗi nhóm được xịt thuốc qua đường mũi 3 lần trong 4 tuần: lần một chỉ có PA, lần hai chỉ có mLF đã khử độc tính, lần ba kết hợp cả PA và mLF cùng trong một liều xịt hoặc dung dịch được kiểm soát. Sau đó con vật được thử với giao tử B. anthracis Sterne dưới da. Kết quả thu được thật đáng ngạc nhiên: tất cả những con chuột được tiêm vắc-xin hỗn hợp (60 µg PA63/30 µg mLF) được bảo vệ hoàn toàn trước tác động của giao tử bệnh than và sống sót. Chỉ 60% số chuột được tiêm PA63 sống sót, và 30% đối với những con được tiêm mLF. Tất cả những con được tiêm dung dịch đều chết trong vòng 5 ngày sau khi tiếp xúc với giao tử gây bệnh.
Kết quả thí nghiệm cho thấy, vắc-xin dạng xịt đường mũi kết hợp PA63 và mLF kích thích phản ứng kháng PA hay LF cao hơn đáng kể so với vắc-xin chỉ chứa một trong hai thành phần PA63 hay mLF cùng liều lượng (giá trị P < 0,05). Theo các nhà nghiên cứu, từ kết quả trên có thể kết luận rằng PA63 và mLF có tác động tương hỗ làm tăng hiệu quả của phản ứng miễn dịch. Hai loại tế bào miễn dịch, tế bào T và kháng thể, giúp hệ miễn dịch nhớ được loại vi khuẩn xâm nhập. Tỉ lệ của mỗi loại tế bào đều được theo dõi sát sao.
Để biết được liệu vắc-xin màng nhầy hỗn hợp dạng xịt đường mũi có kích thích được hệ thống miễn dịch ở màng nhầy hay không, các nhà nghiên cứu đã đo tỉ lệ kháng thể chống PA và kháng thể chống LF trong nước bọt, nước mũi và các mẫu chất nhầy ở các con vật được tiêm vắc-xin. 3 liều với tỉ lệ 60 µg PA63/ 30 µg mLF kích thích phản ứng của kháng thể chống PA và kháng thể chống LF cao hơn đáng kể so với vắc-xin chỉ chứa một trong hai thành phần PA63 hoặc mLF.
Bên cạnh đó, dòng vắc-xin hiện đại lấy protein làm cơ sở (cơ chế hoạt động như trong thí nghiệm) sử dụng các protein cụ thể được khử độc tính có cấu trúc tương tự protein do vi khuẩn nói chung hay vi khuẩn gây bệnh than nói riêng tạo ra (nhưng không phải tất cả) nên có mức độ an toàn cao hơn. Theo các nhà khoa học, dòng vắc-xin kết hợp mới này nên được chứng nhận để sử dụng trên người trong tương lai thì sẽ đơn giản hơn, an toàn hơn và có chi phí sản xuất thấp hơn.
Zeng cho biết: “Nghiên cứu này lần đầu tiên chứng minh rằng độc tố bệnh than chết người đã được khử độc tính có thể được sử dụng làm thành phần hiệu quả cho vắc-xin màng nhầy mà không cần thêm tá dược. Các kháng nguyên khác như đoạn hooc-mon N-BNP của nhân tố gây sưng, glycoprotein gắn với giao tử, axit poly-gamma-d-glutamic kháng vỏ và các thành phần khác của vi khuẩn B. anthracis cũng được chứng minh là có khả năng làm thành phần vắc-xin. Dòng vắc-xin trong tương lai có thể chứa một trong những yếu tố này cùng với 2 thành phần mà chúng tôi đã tiến hành thử nghiệm”.