Vắc-xin mRNA: Biên giới mới trong điều trị ung thư và y học cá nhân hóa

Các nhà khoa học đang muốn biến ung thư thành một bệnh như cúm, có thể phòng tái phát bằng những mũi tiêm nhắc lại hàng năm.

Khi Omar Rodriguez kết thúc đợt hóa trị vào tháng Hai tới, anh sẽ quay trở lại bệnh viện để tiêm một liều vắc-xin mRNA. Nhưng đó không phải liều vắc-xin dành cho COVID-19.

Người đàn ông 47 tuổi ở tiểu bang Texas, Hoa Kỳ bị mắc bệnh ung đại trực tràng và đã được phẫu thuật. Căn bệnh đã tiến triển tới giai đoạn III khiến anh ấy phải trải qua thêm một đợt hóa trị. Nhưng ngay cả vậy, bác sĩ nói với Rodriguez rằng trong vòng 5 năm tới, khả năng tái phát của anh ấy vẫn cao tới 70%.

Có một lựa chọn cho phép Rodriguez ngăn chặn điều đó xảy ra. Đó là một loại vắc-xin đang được hãng dược phẩm Đức BioNTech phát triển. Nó sử dụng công nghệ mRNA, tương tự như công nghệ đã giúp loài người có được những liều vắc-xin COVID-19 đầu tiên.

Nhưng bây giờ, BioNTech muốn dạy các phân tử mRNA chống lại các tế bào ung thư thay vì virus. Họ sẽ tinh chỉnh những liều vắc-xin phù hợp với căn bệnh của Rodriguez, nó sẽ chứa các đoạn mã nhận diện gen khối u ung thư của riêng anh ấy.

mRNA nhắm vào tế bào ung thư

BioNTech đã phát triển các loại vắc-xin mRNA từ rất lâu trước khi đại dịch COVID-19 xảy đến. Tiến sĩ Uğur Sahin, giám đốc điều hành công ty cho biết ông đã thành lập BioNTech từ 13 năm trước với sứ mệnh tiên phong là phát triển các liệu pháp điều trị ung thư.

Nhiều nhà khoa học và một số công ty khởi nghiệp cũng đã nhìn ra tiềm năng của các phân tử mRNA từ rất sớm. Họ nghĩ rằng đây sẽ là hướng phát triển chủ đạo của ngành công nghệ sinh học trong những thập kỷ tới, để tạo ra các liệu pháp điều trị và phòng ngừa nhiều căn bệnh, từ HIV, ung thư cho tới bệnh mạn tính không lây nhiễm.

Tiềm năng của vắc-xin mRNA kể cả khi đại dịch COVID-19 không xảy ra được coi là vô tận. Ở trong cơ thể, mRNA hay RNA thông tin là những đoạn mã di truyền nhỏ có nhiệm vụ nói cho tế bào biết nó cần tạo ra protein nào. Protein lại là các khối cấu tạo thiết yếu của mọi hoạt động tế bào và sinh hóa trong trong cơ thể.

Cho dù là một loại vắc-xin COVID-19 hay vắc-xin ung thư, ý tưởng đằng sau công nghệ mRNA là sử dụng vật liệu di truyền để huấn luyện hệ thống miễn dịch phát hiện và tấn công vào một loại protein cụ thể.

Đối với SARS-CoV-2, đó là protein gai trên bề mặt của virus. Đối với bệnh ung thư, nó có thể là một loại protein trên bề mặt của tế bào khối u. Một khi hệ thống miễn dịch học được cách nhận ra protein, nó có thể tạo ra các kháng thể hoặc tế bào T chống lại và tiêu diệt nó và bản thân các tế bào mang nó.

"RNA thông tin là một thực thể hóa học độc đáo", Yizhou Dong, phó giáo sư về dược phẩm và dược học tại Đại học Ohio cho biết. "Đó là một đoạn mã rất đơn giản nhưng bạn có thể áp dụng cho bất kỳ protein hoặc peptit nào mà bạn quan tâm, vì vậy nó có thể được biến hóa rất linh hoạt".

Đại dịch COVID-19 chỉ là một cơ hội tình cờ để công nghệ này trình diễn tiềm năng của nó với toàn thể thế giới. Nó cho thấy mRNA là một bước phát triển vượt bậc, Anna Blakney, một phó giáo sư kỹ thuật y sinh tại Đại học British Columbia, người chuyên nghiên cứu công nghệ mRNA cho biết.

"Giờ chúng ta đã biết rằng nó vừa hiệu quả lại vừa an toàn", Blankney nói. "Tôi không nghĩ nó sẽ ngay lập tức giải quyết được tất cả những vấn đề y học của chúng ta. Nhưng tôi nghĩ rằng có những lĩnh vực bây giờ có thể đưa công nghệ này lên một tầm cao mới. Và điều đó thực sự rất hứa hẹn."

Chống ung thư tái phát

Thử nghiệm vắc-xin mới của BioNTech với Rodriguez nhắm đến bệnh ung thư đại trực tràng. Đây là một căn bệnh nguy hiểm và ngày càng trẻ hóa. Theo thống kê mới nhất từ Hiệp hội Ung thư Hoa Kỳ, tỷ lệ mắc ung thư đại trực tràng ở những người trưởng thành dưới 55 tuổi đã tăng 2% mỗi năm kể từ giữa thập niên 1990.

Điều này có nghĩa là một người sinh ra thuộc thế hệ 9x sẽ có nguy cơ mắc ung thư đại tràng cao gấp đôi, và trực tràng cao gấp bốn lần thế hệ ông bà họ, những người sinh năm 1950 trở lại.

Năm ngoái, chúng ta cũng phải chứng kiến sự ra đi của diễn viên "Báo đen" Chadwick Boseman khi anh mới 43 tuổi. Boseman được cho là đã mắc ung thư đại trực tràng giai đoạn III từ năm 2016. Tại Việt Nam, nhiều người nổi tiếng cũng từng mắc căn bệnh này và qua đời sớm như ca sĩ Trần Lập, ca sĩ Vương Bảo Tuấn và nghệ sĩ hài Anh Vũ.

Với các phương pháp điều trị cơ bản hiện tại bao gồm phẫu thuật, xạ trị và hóa trị, khoảng 30% đến 40% bệnh nhân được chẩn ung thư đại trực tràng sẽ tái phát trong vòng 2-3 năm sau phẫu thuật. Và căn bệnh khi đó còn có thể di căn vì tế bào ung thư đã đi lạc sang các nội tạng còn lại trong cơ thể, Sahin nói.

"Câu hỏi đặt ra là nếu tiêm thêm vắc-xin cho những bệnh nhân này, liệu chúng ta có thể ngăn ngừa những đợt tái phát này không? Về phần mình, chúng tôi tin rằng vắc-xin có thể làm được điều đó", CEO của BioNTech nhấn mạnh.

Theo đó, vắc-xin mRNA mà công ty sinh học Đức đang phát triển sử dụng các protein dành riêng cho khối u của con người để huấn luyện hệ thống miễn dịch nhận diện được tế bào ung thư. Sau đó, các tế bào T và tế bào miễn dịch khác sẽ làm nhiệm vụ tiêu diệt toàn bộ những tế bào nguy hiểm đó.

Tiến sĩ Scott Kopetz, một giáo sư về ung thư đường tiêu hóa tại Trung tâm Ung thư MD Anderson, Đại học Texas, cho biết: "Thay vì sử dụng hóa trị liệu truyền thống, vắc-xin đang cố gắng kích hoạt hệ thống miễn dịch của cơ thể tự chống lại bệnh ung thư".

Kopetz chính là người dẫn đầu cuộc thử nghiệm lâm sàng mà Rodriguez sẽ tham gia. Nó là một thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II, trên tổng số 200 tình nguyện viên đến từ Mỹ, Bỉ, Đức và Tây Ban Nha.

Nhóm nghiên cứu hiện vẫn đang tuyển thêm tình nguyện viên. Để đăng ký tham gia, bệnh nhân chỉ cần thực hiện một xét nghiệm được gọi là sinh thiết lỏng. Tiến sĩ Liane Preußner, phó chủ tịch nghiên cứu lâm sàng của BioNTech cho biết sinh thiết lỏng cho phép xác định các đoạn DNA ung thư cực nhỏ trong máu, kể cả sau khi bệnh nhân đã trải qua phẫu thuật hoặc hóa trị.

"Đối với những bệnh nhân ung thư, mặc dù khối u sau phẫu thuật của họ đã biến mất trên phim chụp cắt lớp CT, nhưng họ vẫn có thể còn một lượng rất nhỏ tế bào ung thư sót lại trong cơ thể, gây ra nguy cơ tái phát sớm", Preußner nói.

Sinh thiết lỏng sẽ cho phép phát hiện các tế bào này. Còn vắc-xin mRNA mà BioNTech đang phát triển sẽ nhắm mục tiêu để tiêu diệt nốt các tế bào đó, giúp ngăn ngừa ung thư tái phát.

Biên giới mới của y học cá nhân hóa

Trở lại với Rodriguez, dự kiến đợt hóa trị của anh ấy sẽ kết thúc vào đầu năm tới. Khi đó, các bác sĩ sẽ lấy một mẫu máu của Rodriguez đem đi làm sinh thiết lỏng. Xét nghiệm sẽ tiết lộ DNA của dạng khối u mà anh ấy mắc phải.

Mẫu DNA này sau đó sẽ được chuyển đến trụ sở của BioNTech ở Đức. Tại đây, các kỹ thuật viên sẽ phân tích nó để tìm ra các đột biến đặc trưng mà chỉ có Rodriguez có. Họ sẽ mã hóa các đột biến này thành các sợi mRNA sau đó được bào chế thành một vắc-xin cá nhân hóa dành riêng cho Rodriguez.

Cả 200 bệnh nhân tham gia vào thử nghiệm sẽ được tiêm 200 liều vắc-xin khác nhau, phù hợp riêng với căn bệnh của mình. Preußner cho biết mỗi liều vắc-xin mRNA có thể nhắm mục tiêu tới 20 đột biến.

Toàn bộ quá trình, từ sinh thiết tế bào ung thư, phân tích DNA của nó cho tới chế tạo vắc-xin và tiêm chủng chỉ mất khoảng 6 tuần, Preußner nói. "Chúng tôi cần sàng lọc khối u, tìm kiếm các đột biến. Sau đó, phải mất một vài ngày để sản xuất vắc-xin, kiểm tra chất lượng và tất nhiên cuối cùng sẽ chuyển nó trở lại bệnh viện".

Một ưu điểm chính của các liệu pháp mRNA là tốc độ chóng mặt mà phương pháp điều trị cá nhân hóa này được thiết kế và sản xuất.

Blakney nói: "Chỉ mất vài ngày để thiết kế một loại vắc-xin mRNA mới. Miễn là bạn biết protein bạn cần mã hóa là gì, bạn chỉ cần nhập protein đó vào phần mềm và sắp xếp thứ tự cho nó".

Trong thử nghiệm lâm sàng giai đoạn II, Rodriguez và các bệnh nhân đăng ký tham gia sẽ được tiêm 6 liều vắc-xin mRNA tất cả, mỗi liều cách nhau 1 tuần để tăng cường hiệu ứng miễn dịch.

Sau đó, họ sẽ được theo dõi trong vòng 4 năm. Kết quả tuyệt vời nhất là căn bệnh sẽ không quay trở lại. Nhưng sau đó, bệnh nhân vẫn sẽ phải tiêm các mũi vắc-xin nhắc lại. Về cơ bản, các nhà khoa học đang muốn biến ung thư thành một bệnh như cúm, có thể phòng tái phát bằng những đợt tiêm ngừa hàng năm.

Điều tuyệt vời hơn là khả năng ứng dụng của các mũi tiêm mRNA không chỉ bị giới hạn cho bệnh ung thư đại trực tràng. Nó cũng có thể dùng để ngăn ngừa nhiều bệnh ung thư tái phát khác. Genentech, một công ty đối tác của BioNTech cũng đang thúc đẩy một thử nghiệm vắc-xin mRNA giai đoạn II nhắm đến bệnh nhân ung thư da.

"Đó là một lĩnh vực rất hứa hẹn và chúng tôi vẫn đang ở trong giai đoạn đầu mở ra tiềm năng của nó", Dong cho biết. "Chúng ta sẽ còn thấy nhiều ứng dụng của liệu pháp này hơn nữa, khi chúng ta tiếp tục hiểu rõ hơn về sinh học của các bệnh ung thư".