TS Dan Barouch - Ảnh: Trung tâm Y tế Beth Israel Deaconess

Nếu vắc xin Ebola hoặc vắc xin HIV vấp phải rào cản "thung lũng tử thần" trên con đường bào chế, vắc xin COVID-19 may mắn hơn đã đạt tốc độ phát triển kỷ lục trong vòng một năm. 

Quy trình từ phòng thí nghiệm đến mũi tiêm vắc xin vào bắp tay bạn đã thể hiện bài học về sức mạnh của chuỗi cung ứng.

Bào chế và thử nghiệm

Thứ sáu ngày 10-1-2020 tại Boston, TS virus học Dan Barouch ở Trung tâm Y tế Beth Israel Deaconess tổ chức họp để thảo luận kế hoạch năm, thế nhưng mọi người chỉ bàn tán về một dạng viêm phổi mới ở Trung Quốc đã có ca tử vong đầu tiên. TS Barouch nhớ lại: "Ca này có đầy đủ dấu hiệu của một chủng virus mới gây đại dịch".

15 năm nay, ông đã chuẩn bị đối phó với tình huống này. Vũ khí của ông là vector Ad26. Ad26 là biến thể của một chủng adenovirus gây bệnh cảm thông thường đã bị ức chế nên không thể gây bệnh nhưng đủ sức kích hoạt tế bào tạo ADN virus gây bệnh cần thiết để báo hiệu cho kháng thể nhận diện và tiêu diệt. 

Nhóm nghiên cứu của ông từng sử dụng công nghệ vector Ad26 để bào chế các loại vắc xin ngừa lao hay bệnh Zika.

Tối thứ Sáu hôm ấy, nhà virus học Trương Vĩnh Chấn - trưởng phòng thí nghiệm Trung tâm Lâm sàng y tế công cộng Thượng Hải - công bố trên Internet kết quả giải trình tự gen của virus gây bệnh viêm phổi lạ (virus SARS-CoV-2). 

TS Barouch nhận thấy trong trình tự gene virus lạ có chứa một protein gai mà kháng thể có thể nhận ra và ông biết rõ đoạn ADN nào mã hóa nó. Nếu muốn bào chế vắc xin, chỉ cần đóng gói đoạn ADN mã hóa đó vào vector Ad26. Vấn đề là lấy toàn bộ hay một phần chuỗi protein gai hoặc nên chèn thêm đoạn ADN nào nữa không?

Từ Mỹ, ông liên lạc với TS Johan Van Hoof ở Janssen Pharmaceuticals (công ty con của Hãng dược Mỹ Johnson & Johnson tại Bỉ), đơn vị quản lý nhiều trung tâm nghiên cứu và phát triển tại Leiden (Hà Lan). 

Hai người đã hợp tác bào chế vắc xin hơn 10 năm nay. Ông báo tin: "Johan này, tình hình xấu lắm, tôi nghĩ mình cần phải làm vắc xin". Van Hoof trả lời: "Hoàn toàn được. Chúng ta cùng làm nhé".

Quy trình nghiên cứu vắc xin COVID-19 bắt đầu. Các phòng thí nghiệm ở Boston và Leiden làm việc song song với nhau. 

Họ tạo ra hàng chục đoạn ADN có độ dài khác nhau, tiêm các đoạn ADN vào chuột để xem ADN nào kích hoạt đáp ứng miễn dịch mạnh nhất rồi chọn ra bảy ADN ngon lành nhất, đóng gói theo vector Ad26 và thử nghiệm trên khỉ. 

Mỗi đoạn mã ADN sẽ kích thích tế bào sản sinh một loại protein khác nhau và mỗi protein tác động đến hệ miễn dịch theo cách khác nhau. Mục đích của họ là chọn được đoạn mã ADN mạnh nhất.

Sau khi thử nghiệm thành công trên khỉ, ngày 30-3-2020 Công ty Janssen Pharmaceuticals quyết định chọn biến thể S.PP làm ứng viên vắc xin COVID-19 và đặt tên là Ad26.COV2.S. 

Để rút ngắn thời gian thử nghiệm trên người, êkip của Van Hoof thực hiện các bước song song với nhau. Vừa có kết quả thử nghiệm trên khỉ, họ bào chế nguyên liệu vắc xin dùng để thử nghiệm trên người.

Công ty Johnson & Johnson (J&J) đã chuẩn bị sẵn kế hoạch sản xuất và đóng gói ứng viên vắc xin Ad26.COV2.S với số lượng lớn để sẵn sàng cho giai đoạn thử nghiệm trên người quy mô lớn. Mấy tháng sau, J&J biết đã đi đúng hướng. 

Kết quả thử nghiệm trên người cho thấy ứng viên vắc xin Ad26.COV2.S bảo đảm an toàn và hiệu quả. Tháng 2-2021, FDA cấp giấy phép sử dụng khẩn cấp ở Mỹ cho vắc xin một liều của J&J với tên gọi "vắc xin COVID-19 Janssen".

Đóng gói vắc xin J&J tại Công ty McKesson - Ảnh: AP

Sản xuất chất vắc xin không đơn giản

J&J sản xuất nhiều loại dược phẩm nhưng chưa từng đáp ứng đơn hàng nào lớn như vắc xin COVID-19 Janssen. J&J đã ký hợp đồng với Chính phủ Mỹ cam kết cung ứng 100 triệu liều. Số lượng này vượt quá khả năng nên J&J ký tiếp hợp đồng với nhiều đối tác, trong đó có Công ty Emergent BioSolutions ở Mỹ.

Sản xuất hàng trăm triệu liều vắc xin COVID-19 không hề đơn giản như sản xuất thức uống đóng chai. Trong nghiên cứu, các gene có chức năng nhân lên của virus đã bị vô hiệu hóa để khỏi gây bệnh. 

Bây giờ nếu muốn tạo bản sao để sản xuất vắc xin hàng loạt, phải chèn các gene còn thiếu của virus vào dòng tế bào biến đổi gene PER.C6. Trong PER.C6 có chứa các gene chìa khóa để phát triển vector Ad26.

Mùa thu năm 2020 tại nhà máy của Emergent ở Baltimore, các kỹ thuật viên đổ các túi nuôi cấy tế bào vào bồn chứa, bên trong có lò phản ứng sinh học sử dụng một lần. Bồn chứa đầy dung dịch gồm 1.000 lít đường, protein và một số chất dinh dưỡng khác. 

Nhiệt độ trong bồn ấm thúc đẩy các tế bào PER.C6 sinh sôi. Đến khi chúng đủ khối lượng, kỹ thuật viên cho thêm nhiều lít "hạt giống" Ad26.COV2.S chứa hàng triệu hạt vector.

Các hạt adenovirus bám bên ngoài tế bào PER.C6 bơm ADN vào trong tế bào để ADN kích thích tế bào sản xuất các thành phần tạo nên hạt virus. 

Tế bào bị nhồi nhét đầy hạt virus nổ tung. Sau một tuần, trong bồn đã chứa hàng ngàn tỉ hạt virus đủ dùng cho nhiều triệu liều vắc xin. 

Chất thải và các mảnh tế bào được lọc ra. Phần còn lại được cô đặc, sau đó đông lạnh ở âm 940 C. Vật liệu thu được gọi là chất vắc xin được chuyển đến cơ sở hoàn thiện. Tại đây, chất cô đặc đông lạnh được biến thành chất có thể tiêm vào cơ thể người.

Tại nhà máy mới mở rộng của Công ty chế biến dược phẩm Catalent Biologics ở Bloomington, chất vắc xin được rã đông, pha trộn với các chất như 2-Hydroxypropyl-β-cyclodextrin (cải thiện độ hòa tan) và Polysorbate 80 (chất ổn định) rồi đưa vào dây chuyền đóng lọ. 

Mỗi lọ chứa 5 liều vắc xin gồm 250 tỉ hạt adenovirus trong 3ml chất lỏng. Sau khi máy in dán nhãn, máy đóng gói đặt 10 lọ vào một hộp. Ngày 28-3, nhà máy xuất kho số vắc xin này gộp với số vắc xin do nhà máy của J&J ở Hà Lan sản xuất gửi sang.

Theo hợp đồng với Trung tâm Kiểm soát và phòng ngừa dịch bệnh (CDC) về đóng gói và vận chuyển vắc xin COVID-19, Công ty phân phối dược phẩm McKesson đã xây dựng cơ sở mới rộng hàng triệu mét vuông ở Shepherdsville. 

Chỉ riêng các kệ để đồ đã cần 1.700 tấn thép, tức hơn 1/4 số khung kim loại dùng để xây tháp Eiffel. Tại đây, công nhân xếp các hộp vắc xin J&J vào thùng giữ lạnh KoolTemp EPS, bỏ thêm mấy gói gel đông lạnh, bộ dụng cụ (tăm bông tẩm cồn, tấm che mặt, khẩu trang, ống bơm, kim tiêm) và kích hoạt thiết bị đo độ. Chưa đầy hai ngày sau, các thùng vắc xin lại được xuất kho.

Khâu vận chuyển vắc xin do dịch vụ vận chuyển hàng hóa UPS phụ trách. Tại Trung tâm Vận chuyển quốc tế UPS Worldport rộng 1,6 triệu m2 trong sân bay quốc tế Louisville Muhammad Ali, mỗi thùng vắc xin được dán thẻ theo dõi vị trí bằng cảm biến. 

Máy quét đọc nhãn và chuyển thùng đến các trạm giao hàng thích hợp. Hàng vắc xin xuất khỏi UPS Worldport ra ga đi. Bốn giờ sáng, máy bay cất cánh.

Cuối buổi sáng hôm đó, các trung tâm tiêm chủng đã nhận được vắc xin J&J để tiêm chủng cho người dân.

TS Dennis Carroll dành gần hết cuộc đời đi săn virus lạ. Trong phòng thí nghiệm, TS Simon Anthony dùng mã di truyền làm mồi câu virus. Sứ mệnh của họ là ngăn chặn dịch bệnh trong tương lai.

Kỳ tới: Thợ săn virus

Virus dịch bệnh - cuộc chiến xuyên thế kỷ - Kỳ 5: Ba chiến dịch 'đánh' con virus HIV quái quỷ

TTO - Cách đây 40 năm vào ngày 5-6-1981, Mỹ đã ghi nhận một chứng bệnh viêm phổi lạ nơi những người bị suy giảm miễn dịch. Ba năm sau, thủ phạm được nhận diện là virus HIV.