Phía sau công nghệ vaccine thực sự là những người hùng của thế giới

[june04]

Nghiên cứu đi trước thời đại của Drew Weissman và Katalin Kariko đã đặt nền móng để vaccine Moderna và Pfizer ra đời.

Nhà nghiên cứu Drew Weissman và Katalin Kariko làm việc trong phòng thí nghiệm. Ảnh: Penn Medicine

Trong suốt nhiều tháng, bưu thiếp và thư từ dồn dập gửi đến từ khắp nơi trên thế giới, chất đống trước cửa văn phòng ở tầng 4 của Drew Weissman ở Trường Y Perelman của Đại học Pennsylvania. Những người lạ mặt gửi lời cảm ơn tới nhà khoa học 62 tuổi đã về hưu bởi công trình nghiên cứu kéo dài nhiều năm của ông cùng với cộng sự Katalin Kariko đã tạo nên nền tảng cho vaccine Covid-19.

Weissman hết sức bối rối trước những lời cảm ơn nhiệt thành, thậm chí càng lúng túng với các yêu cầu chụp ảnh hoặc xin chữ ký. Mọi sự tán dương của thế giới dường như xa lạ với nhà khoa học ít nói và nghiêm nghị này. Ông cũng bình thản không kém khi nhận một số giải thưởng lớn nhất về khoa học và y học, bao gồm giải nghiên cứu y học lâm sàng Lasker-DeBakey vốn là kim chỉ nam của giải Nobel.

Trong hơn hai thập kỷ, Weissman và Kariko sát cánh ở phòng thí nghiệm để biến ARN, vật liệu di truyền giúp cơ thể tạo ra protein, thành phương pháp điều trị bệnh. Nếu ADN là bản thiết kế di truyền, mARN là trình tự biến bản thiết kế đó thành hiện thực. Bộ đôi tin chắc có thể tận dụng quá trình tự nhiên này để cách mạng hóa quá trình sản xuất vaccine và thay đổi cách điều trị bệnh.

Nhưng các biên tập viên tạp chí, chuyên gia thẩm định và nhà đầu tư không tin tưởng điều đó. mARN kém ổn định, dễ bị phá vỡ. Khi tiêm vào động vật, mARN kích hoạt phản ứng viêm khiến chúng ốm yếu thay vì trở nên khá hơn. Năm 2005, Weissman và Kariko tìm ra phương pháp gia tăng đáng kể tiềm năng điều trị bệnh của mARN, chỉnh sửa hóa học đơn giản ở một chữ cái trong mã di truyền của nó. Họ cho rằng điều đó làm thay đổi mọi thứ. Nhưng không có gì khác biệt xảy ra. "Chuông điện thoại của chúng tôi không hề reo. Không ai quan tâm. Nhưng chúng tôi biết rõ tiềm năng và không ngừng làm việc để phát triển", Weissman chia sẻ.

Lĩnh vực công nghệ sinh học này bắt đầu thu hút sự quan tâm trong những năm gần đây, nhưng chính đại dịch đã thúc đẩy công nghệ tới giai đoạn phát triển mạnh mẽ nhất. Vaccine của Pfizer-BioNTech và Moderna đều sử dụng mRNA để giúp cơ thể nhận biết và ngăn chặn nCoV. Công nghệ của Weissman và Kariko trở thành xu thế chủ đạo chỉ sau một đêm.

Nhưng đại dịch chỉ là khởi đầu, không phải kết thúc của câu chuyện khoa học. Weissman muốn sử dụng vaccine mRNA để đánh bại dịch cúm, ngăn chặn dịch bệnh do virus corona tiếp theo, chặn đứng virus herpes, chấm dứt HIV. Ông đã nhìn thấy những cơ hội rộng hơn đang tới rất gần, đó là mở rộng quy mô và triển khai phương pháp điều trị bệnh thiếu máu hồng cầu lưỡi liềm ở châu Phi.

Lớn lên ở Lexington, Massachusetts, Weissman bộc lộ tính kỷ luật, bình tĩnh và tài năng hơn nhiều bạn bè cùng trang lứa, theo hồi tưởng của em gái ông là Stephanie Weissman. Ông gặp người vợ tương lai là Mary Ellen Weissman ở Đại học Brandeis. Một người bạn giới thiệu Weissman khi Mary Ellen gặp khó khăn với môn toán. Ban đầu, Weissman rất khó gần và họ không hẹn hò ngay lập tức. Nhưng ông rất thông minh và vui tính. Khi Mary Ellen cảm thấy khó hiểu với khái niệm vô cực, Weissman giải thích: "Hãy tưởng tượng em có thể sở hữu mọi quần áo em thích. Đó chính là vô cực".

Laura Friedman, một người bạn cùng lớp thuê chung căn hộ với Weissman vào năm cuối đại học, nhớ lại hình ảnh trong lễ tốt nghiệp. Weissman xuất hiện trên một chiếc xe máy, đội mũ và mặc áo choàng, nhưng khác hẳn những người còn lại. Ông nhận bằng tiến sĩ ngành hóa sinh học cùng lúc bạn bè cùng lớp nhận bằng đại học. "Tất cả chúng tôi đều học hành chăm chỉ. Nhưng Weissman chăm học hơn tất cả chúng tôi", Friedman chia sẻ.

Weissman quyết định theo học bằng kép cao học y khoa và khoa học ở Trường Y Đại học Boston. Ông học hành chăm chỉ và hiệu quả. Khi những sinh viên khác cắm cúi học vào đêm trước kỳ thi lớn, Weissman và Mary Ellen sẽ chơi tennis. Theo Mary Ellen - nhà tâm lý học trẻ em - chồng bà là người rất tò mò. Ông học trở thành bác sĩ vì muốn là một nhà khoa học tốt hơn. Weissman mơ ước nghiên cứu của ông sẽ giúp tạo ra một loại vaccine hoặc phương pháp điều trị có ích cho cộng đồng.

Năm 1991, Weissman tới làm việc ở phòng thí nghiệm của Anthony Fauci, giám đốc Viện Dị ứng và Bệnh truyền nhiễm Quốc gia. Ông quan tâm tới một tế bào miễn dịch phát hiện gần đây có thể phân nhánh như cây dưới kính hiển vi, với nhiều chân duỗi ra và co lại. Loại tế bào tua này giữ vai trò mấu chốt đối với quá trình hệ miễn dịch nhận biết cách đánh bại mầm bệnh. Weissman cho rằng đây là mục tiêu tốt nhất đối với các loại vaccine.

Khi mở phòng thí nghiệm riêng, Weissman muốn nghiên cứu tế bào tua. Mary Ellen nhớ lại hai yếu tố quan trọng để Weissman và gia đình định cư là viện nghiên cứu có nhiều tiềm năng cộng tác và trường học tốt cho hai con gái của họ là Rachel và Allison.

Harvey Friedman mời Weissman tới trường y ở Đại học Pennsylvania, nơi ông giữ chức trưởng khoa bệnh truyền nhiễm. Không lâu sau khi chuyển tới Đại học Pennsylvania năm 1997, Weissman gặp nhà khoa học người Hungary Kariko ở máy photocopy. Trước khi những tạp chí khoa học có ấn bản trực tuyến, các nhà khoa học thường lưu bài báo để cập nhật nghiên cứu mới nhất. Kariko và Weissman làm việc ở hai khoa khác nhau, nhưng họ thường xuyên đụng mặt do dùng chung máy photocopy.

Kariko chia sẻ với Weissman về mRNA và ý định biến nó thành loại thuốc hữu hiệu. Bà tin chắc mARN có thể trở thành phương pháp cung cấp protein trị liệu để điều trị bệnh. Weissman băn khoăn liệu đây có thể là cách đưa protein virus lạ cho tế bào tua mà ông đang nhắm tới để phát triển vaccine hay không. Ông đã nhờ Kariko tổng hợp một số mARN để thí nghiệm.

Weissman xin cấp kinh phí thành công và có vốn khởi nghiệp từ thời đại học. Ban đầu, ông định dùng số tiền đó để tiến hành nghiên cứu khoa học về mARN, một dự án phụ đối với phòng thí nghiệm chủ yếu tập trung vào HIV. Weissman ứng dụng hiểu biết trong lĩnh vực miễn dịch học và hứng thú với phát triển vaccine trong khi Kariko rất am hiểu về ARN nói riêng và ngành sinh hóa học nói chung.

Chướng ngại vật đầu tiên là ARN làm xuất hiện phản ứng viêm có hại. Đây là trở ngại lớn đối với Kariko, người luôn hy vọng có thể sử dụng mARN để điều trị ở não. Nếu họ không thể tìm ra cách kiểm soát phản ứng viêm, đó sẽ là ngõ cụt đối với liệu pháp ARN. Trong suốt 7 năm, Weissman và Kariko miệt mài nghiên cứu mARN, cố gắng tìm hiểu cách biến nó từ quá trình sinh học thành công nghệ y học. mARN là mã hóa được viết bởi 4 chữ cái, C, G, A và U. Weissman và Kariko phát hiện nếu họ thực hiện chỉnh sửa hóa học nhỏ đối với chữ cái U, hiệu quả mang lại rất to lớn. mARN không còn kích hoạt phản ứng viêm nữa và tạo ra nhiều protein hơn hẳn.

Nhưng các tạp chí khoa học hàng đầu không quan tâm. Công trình của Weissman và Kariko đi trước thời đại quá xa và rất ít người nhận thức được tầm quan trọng của nghiên cứu. Suốt nhiều năm, Weissman và Kariko tìm cách thúc đẩy ý tưởng của họ thành hiện thực. Họ tìm nguồn kinh phí, thành lập công ty biến công nghệ của họ từ phát hiện mới mẻ thành phương pháp cứu sống vô số sinh mạng.

Vẫn còn nhiều trở ngại trước khi mRNA có thể trở nên hữu ích đối với y học, đó là tính kém ổn định. Norbert Pardi, nhà khoa học làm việc với Weissman và Kariko, mất 3 năm mới có thể tìm ra cách an toàn và hiệu quả để giữ mARN nguyên vẹn. Sau hàng loạt thất bại, trong nỗ lực cuối cùng, Pardi kiểm tra liệu hạt nano lipid, một bong bóng chất béo siêu nhỏ do công ty Canada Acuitas Therapeutics phát triển có thể bảo vệ phân tử và đưa nó vào tế bào ở động vật sống hay không.

Trong thí nghiệm kiểm tra, Pardi tạo ra mARN mã hóa một loại enzyme mang tên luciferase đom đóm. Đúng như tên gọi, nếu tế bào tạo ra enzyme, chúng sẽ phát sáng khi Pardia đưa vào một loại protein khác. Pardi tiêm mARN vào chuột và trông thấy tế bào phát sáng. Đến nay, ông vẫn nhớ rõ đó là ngày 20/8/2014. Khi Pardi thông báo với Weissman vào ngày hôm sau, cả hai đều biết phương pháp có hiệu quả.

Gần đây, Weissman nhận bằng danh dự từ Trường Y của Đại học Drexel. Dịch bệnh do virus Zika xuất hiện vào năm 2015 - 2016, Weissman bắt đầu phát triển vaccine. Gia đình ông cho rằng đây có thể là thời điểm đột phá của nhà nghiên cứu. Vaccine Zika bảo vệ khỉ thành công, nhưng không được phát triển tiếp khi mối đe dọa bị đẩy lui dần. Khi Covid-19 bùng phát, Weissman chuyển hướng sang phát triển vaccine ngăn ngừa nCoV.

Vợ ông Mary Ellen và con gái Allison tình nguyện tiêm thử vaccine. Phòng thí nghiệm của Weissman nhận được kinh phí từ BioNTech và Weissman trở thành cố vấn cho công ty. Nhưng phát hiện của Weissman và Kariko có ý nghĩa quan trọng đối với cả vaccine Moderna và Pfizer-BioNTech. Weissman biết vaccine Pfizer-BioNTech đặc biệt hiệu quả khi Mary Ellen làm gián đoạn công việc của ông vào một buổi sáng tháng 11 để thông báo tin tức. Weissman mất một lúc để tiếp nhận tin tức và bảo vợ rằng ông cần quay lại làm việc. Ông chỉ gọi cho bố mẹ để thông báo cho họ.

Sau đó, vaccine Pfizer-BioNTech được hội đồng cố vấn liên bang tán thành cấp phép. Giới nghiên cứu sẽ tranh cãi những điều chỉnh hóa học mà Weissman và Kariko phát hiện đóng góp bao nhiêu vào thành công của vaccine. Một loại vaccine không ứng dụng các thay đổi đó đã thất bại. Weissman cho rằng ông biết lý do tại sao. Hơn một năm trước khi đại dịch xuất hiện, Weissman và cộng sự chứng minh mARN đã chỉnh sửa là chìa khóa để tạo ra phản ứng miễn dịch mạnh. Nó kích hoạt tế bào miễn dịch quan trọng là tế bào hỗ trợ T. Tiếp đó, tế bào T thúc đẩy tế bào miễn dịch sản sinh kháng thể chiến đấu với virus. Ngược lại, mARN chưa chỉnh sửa kích hoạt phân tử ngăn chặn tế bào T.