Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên NPJ vaccines, các nhà nghiên cứu đã đánh giá khả năng sinh miễn dịch của hai ứng viên vắc-xin, Pfs25 và PfCSP, dựa trên công nghệ ribonucleic acid (mRNA) - lipid nanoparticle (LNP).

Bối cảnh sốt rét

Sốt rét là bệnh truyền nhiễm, gây ra bởi ký sinh trùng sốt rét (KSTSR)Plasmodium spp. có gần 627.000 ca tử vong mỗi năm trên thế giới. Đó là nhu cầu cấp thiết để phát triển vaccine nhằm loại trừ bệnh sốt rét.KSTSR có vòng đời phức tạp gồm nhiều giai đoạn khác nhau trên muỗi và trên người, mỗi giai đoạn muỗi cái Anopheles sp. có thể hút máu trong quá trình đốt và hút máu, dẫn đến lây truyền KSTSRP. falciparum. Ví dụ, nếu một con muỗi Anopheles bị nhiễm mầm bệnh bắt đầu lây truyền sốt rét bằng cách tiêm thoa trùng P. falciparum vào vật chủ,chúngxâm nhập vào tế bào gan và gây bệnh.

Hình 1. Công nghệ mRNA-LNP cho thấy các ứng viên vắc-xin PfCSP và Pfs25 nhắm mục tiêu vào
KST nhiễm bệnh và lây truyền bệnh của Plasmodium falciparum
| Nguồn: Chinnapong, 2023

Do đó, việc phát triển vaccine sốt rét tập trung vào các kháng nguyên được biểu hiện trong các giai đoạn khác nhau của vòng đời KSTSR. Bất kỳ đáp ứng ngăn chặn khâu lan truyền (transmission-blocking response_TBR) nào bằng vaccine (TBV) ở cả giai đoạn sinh sản hữu tính và trưởng thành là rất quan trọng trong nỗ lực tiêu diệt bệnh sốt rét.

Hình 2. Chu kỳ của P. falciparumtrong cơ thể người và muỗi Anopheles sp.
Các bước đích bởi các ứng viên vaccine hàng đầutheo các mũi tên màu xanh.

Về nghiên cứu

Trong nghiên cứu hiện nay, các nhà nghiên cứu đã đánh giá phản ứng kháng thể đối với Pfs25 và PfCSP một cách riêng biệt và kết hợp bằng cách sử dụng mô hình chuột. Trước tiên, họ tiêm vaccine cho chuột Balb/c cái với liều lượng 3, 10, và 30 μg Pfs25 mRNA-LNP và đánh giá các phản ứng kháng thể được tạo ra. Tương tự như vậy, họ đánh giá các phản ứng kháng thể do vaccine PfCSP mRNA-LNP tạo ra ở chuột với liều lượng tương tự.

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã tiêm vaccine cho một nhóm chuột với sự kết hợp của cả hai loại vaccine (10 μg mỗi loại) để nghiên cứu khả năng đáp ứng miễn dịch của việc đồng miễn dịch với các kháng nguyên nhằm mục tiêu vào các giai đoạn khác nhautrong vòng đời/ chu kỳ phát triển của KSTSRP. falciparum. Họ cũng so sánh độ chuẩn kháng thể đặc hiệu của kháng nguyên do đồng miễn dịch với độ chuẩn kháng thể ở chuột được tiêm vaccine chỉ một loại Pfs25 hoặc PfCSP.

Hơn nữa, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các “Thí nghiệm hút máu trên màn tiêu chuẩn” muỗi (standard membrane feeding assays _SMFA) để đánh giá các immunoglobulin G (IgG) trong huyết thanh từ lần lấy máu cuối cùng ở mỗi con chuột. Cuối cùng, họ đã đánh giá những con chuột được tiêm vaccine 3 μg và 10 μg Pfs25 mRNA-LNP trong 3 lần và cũng so sánh với những con chuột được tiêm chỉ 30 μg Pfs25 với liều thuốc kết hợp (Pfs25+PfCSP) mRNA-LNP sau bốn lần tiêm.

Hình 3. Đánh giá giảm hoạt tính lan truyền của kháng thể sinh ra bởi Pfs25 mRNA-LNPs.

Thí nghiệm SMFA cũng giúp các nhà nghiên cứu đánh giá hiệu quả chức năng của các kháng thể được tạo ra với liều thấp hơn của vaccine Pfs25 mRNA-LNP. Họ đã đánh giá IgG tinh khiết ở một nồng độ cuối cùng, 0,5; 0,25 và 0,125 mg/ml. IgG được thanh lọc từ huyết thanh trước khi tiêm vaccine như đối chứng âm tính trong thí nghiệm này.

Chúng cũng đặc trưng cho lớp kháng thể isotype (tỷ lệ IgG1/IgG2A) và tính ái lựctrong huyết thanh được sử dụng cho thí nghiệm SMFA.

Ban đầu, cả ba nồng độ IgG thanh lọc được phân lập từ tất cả các nhóm được tiêm 3 μg, 10 μg và 30 μg Pfs25 và Pfs25+PfCSP cho thấy> 94% giảm hoạt tính lan truyền bệnh (TRA-transmission reducing activity). Trong các thí nghiệm tiếp theo, họ đã đánh giá nồng độ IgG thấp hơn (0,25; 0,125; 0,0625; 0,03125 mg/mL). Họ sử dụngxét nghiệm hấp thụ miễn dịch liên kết với enzyme (ELISA) để đánh giá tính ái lực kháng thể đặc hiệu Pfs25 và các lớp kháng thể (isotypes) của nó trong huyết thanh hỗn hợp của lấy máu lần cuối ở mỗi nhóm chuột.

Hình 4. PfCSP mRNA-LNP sinh kháng thể chức năng tiềm tàng và đáp ứng cytokine

Kết quả

Vaccine PfCSP mRNA LNP đã tấn công các protein circumsporozoite và Pfs25 nhắm mục tiêu vào kháng nguyên vaccine ngăn chặn lan truyền (transmission-blocking vaccine_TBV). Từ các liều nằm trong khoảng từ 0,1 μg đến 30 μg, vaccine Pfs25 mRNA-LNP đã tạo ra phản ứng kháng thể khi được tiêm ba liều mỗi liều cách nhau bốn tuần theo liều lượng vaccine. Sau mũi tiêm đầu tiên, các phản ứng kháng thể ở mức vừa phải nhưng tăng đáng kể với các mũi tiêm nhắc lại.

Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý các tế bào B trung tâm mầm giảmtrongtạng lách sau một liều tiêm Pfs25 đã tăng lên rõ rệt sau liều nhắc lại. Ở cả hai chủng chuột được sử dụng trong nghiên cứu, Balb/c và C57Bl/6, Pfs25 đã kích hoạt mộtphản ứng tăng cụm đáp ứng tế bào T CD4 và CD 8biệt hóa. Nhìn chung, các kháng thểđối với Pfs25 qua trung gian cho đáp ứng ngăn chặn lan truyền. Tuy nhiên, sự gia tăng ở các tế bào T như thế nào có thể tác động đến kết quả TRA và TBA^(*)thì cần phải nghiên cứu thêm.

⁽*⁾ Hoạt động ngăn chặn lan truyền (transmission-blocking activity_TBA) được biểu thị bằng phần trăm giảm tỷ lệ muỗi nhiễm bệnh; Hoạt động giảm lây truyền (transmission-reducing activity_TRA) được biểu thị bằng phần trăm giảm mật độ hợp tử.

Thí nghiệm SMFA cho thấy các hoạt động giảm và ngăn chặn lây truyền mạnh mẽ (TRA và TBA) ở nồng độ IgG thấp với cả ba liều Pfs25 mRNA-LNP. Liều Pfs25 thấp tới mức 0,1 μg tạo ra TRA đáng kể, giúp nâng cao hiệu quả của các liều vắc xin cao hơn.

Tiêm vaccine với các liều Pfs25 mRNA-LNP cao hơn sau đó cung cấp TBA mạnhvà hiệu quả (>90%) ở nồng độ IgG 0,125 mg/ml. Mặc dù hoạt tính TRA và TBA của 10μg Pfs25 và 1 μg Pfs25 là tương đương nhau, nhưng sau liều nhắc lại, 10 μg Pfs25 mRNA-LNP tạo ra tỷ lệ hiệu giá kháng thể cao hơn gần 2,5 lần so với liều 0,1μg. Do đó, trong trường hợp Pfs25 mRNA-LNP, liều tăng cường luôn tạo ra hoạt động chức năng mạnh hơn.

Hoạt động ký sinh trùng làm phù hợp tính ái lực kháng thể và các lớp kháng thể isotype một cách đáng kể. Tuy nhiên, thật thú vị, những con chuột được tiêm vaccineliều 30 μg (liều cao nhất được thử nghiệm) có tỷ lệ hiệu giá kháng thể vượt trội với TRA kém hiệu quả hơn. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu không biết liệu bệnh truyền nhiễmnày hoạt động khiến các kháng thể mất hiệu lực trong thí nghiệm SMFA hay không.Ngược lại, PfCSP mRNA-LNP tạo ra các phản ứng kháng thể vừa phải sau một lần tiêm và phản ứng ngày càng mạnh sau mỗi liều nhắc lại. Bốn liều tiêm giúp cho những con chuột đã tiêm chủng hoàn toàn được bảo vệ chống lại ký sinh trùng. Việc đồng tiêm chủng Pfs25 và PfCSP tạo ra phản ứng kháng thể tương tự và hoạt động chức năng như một kháng nguyên đơn mRNA-LNP.

Do đó, cung cấp bằng chứng về tính khả thi của vắc-xin trên công nghệ mRNA-LNP kết hợp nhiều loại mà không gây các tác dụng phụ. Mặc dù một mình PfCSP không thể mang lại sự bảo vệ hoàn toàn, nhưng khi kết hợp với Pfs25 mRNA-LNP, hiệu quả của nó cho thấy những cải tiến đáng kể qua nhiều thế hệ.

Hình 5. PfCSP mRNA-LNP1 biểu hiện đáp ứng lệ thuộc liều trong BALB/c.

Kết luận

Nghiên cứu hiện tại cho thấy rằng hai loại vaccine dựa trên công nghệ mRNA-LNP, Pfs25 và PfCSP, nhắm mục tiêu các kháng nguyên sốt rét, tạo ra sự bảo vệ miễn dịch thích hợp. Loại vaccine trước đây đã tạo ra hoạt động trung hòa khi tiêm vaccine liều thấp và liều nhắc lại ít. Mặt khác, PfCSP yêu cầu liều nhắc lại nhiều lần hoặc liều nhắc lại có protein khác loại để cung cấp sự bảo vệ hoàn toàn ở chuột.

Tuy nhiên, một loại vaccine nhắm vào thoa trùng sẽ ngăn chặn sự phát triển của giao bào của ký sinh trùng ở người mắc bệnh; vaccine ngăn chặn sự lan truyền (TBV) sẽ ngăn chặn sinh sản hữu tính của các giao bào. Sự kết hợp của cả hai loại vaccine nhắm vào giai đoạn lây nhiễm và sinh sản hữu tính có thể làm gián đoạn lây truyền của KSTSR P. falciparum một cách hiệu quả, đây là điều rất quan trọng trong tiêu diệt bệnh sốt rét.

1.Hayashi, C. et al. (2022). mRNA-LNP expressing PfCSP and Pfs25 vaccine candidates targeting infection and transmission of Plasmodium falciparum", npj Vaccines, 7(1). 

2.Messenger RNA expressing PfCSP induces functional, protective immune responses against malaria in mice Katherine L. Mallory1,2, Justin A. Taylor1,3, Xiaoyan Zou4,5, Ishita N. Waghela1,2, Cosette G. Schneider 1,6, Michael Q. Sibilo1,2, Neeraja M. Punde1,3, Leah C. Perazzo1,7, Tatyana Savransky1,7, Martha Sedegah4 , Sheetij Dutta1 , Chris J. Janse8 , Norbert Pardi9 , Paulo J. C. Lin10, Ying K. Tam10, Drew Weissman9 and Evelina Angov. Published in partnership with the Sealy Institute for Vaccine Sciences.

3.Bernard N. Kanoi, Michael Maina, Clement Likhovole, Francis M. Kobia, Jesse Gitaka (2023). Malaria vaccine approaches leveraging technologies optimized in the COVID-19 era

Các nội dung khác »

---

• Phân tích nguyên nhân tử vong do sốt rét tại các vùng trọng điểm và giải pháp khắc phục ở tỉnh Đắc Lắc (05/07/2005)