Hiểu về vắc xin - từ những khái niệm cơ bản đến xu hướng phát triển trong tương lai

Từ những năm 1960, vắc xin đã giúp nâng cao sức khỏe cộng đồng, khi các chương trình quốc gia về tiêm chủng đầu tiên được áp dụng. Ở các quốc gia có tỷ lệ tiêm vắc xin cao, nhiều căn bệnh nguy hiểm đã được đẩy lùi. Tổ chức y tế thế giới (WHO) ước tính mỗi năm, các chương trình tiêm chủng giúp giảm tỷ lệ tử vong của trẻ em (dưới 5 năm tuổi) trên toàn cầu từ 93/1000 ca năm 1990 xuống còn 39/1000 năm 2018. Vắc xin kích thích cơ thể tạo miễn dịch chống lại các mầm bệnh.

Hình 1. Bác sĩ Edward Jenner đang tiêm bệnh phẩm đậu mùa nhẹ vào cơ thể một cậu bé

1. Lịch sử phát triển vắc xin đầu tiên

Năm 1796, bác sĩ người Anh Edward Jenner tìm ra vắc xin đậu mùa bằng cách tiêm bệnh phẩm nhẹ vào cơ thể một cậu bé (hình 1). Ông đã viết thư cho Hiệp hội Y khoa Hoàng gia và trình bày chi tiết quá trình thử nghiệm nhưng bị từ chối. Jenner không bỏ cuộc. Vị bác sĩ tiếp tục thử vắc xin trên 22 bệnh nhân và tự công bố các kết quả trên một ấn phẩm nhỏ vào năm 1798. 

Ở thời điểm ấy, không tồn tại bất cứ ủy ban cố vấn nào để kiểm tra tính an toàn và hiệu quả của vắc xin. Vì thế, Jenner có thể tự do cung cấp cho bất cứ ai có nhu cầu. Vắc xin đã có mặt ở hầu hết các nước châu Âu vào những năm 1800. Năm 1802, tiến sĩ Benjamin Waterhouse đã thực hiện cuộc thử nghiệm vắc xin công khai tại Boston với sự tài trợ của Hội đồng Y tế thành phố. 19 tình nguyện viên đã được tiêm chủng thành công. Đậu mùa trở thành căn bệnh truyền nhiễm đầu tiên bị loại trừ hoàn toàn bởi vắc xin vào năm 1980.

2. Khái niệm, phân loại vắc xin

Vắc xin là chế phẩm sinh học có tính kháng nguyên có nguồn gốc từ vi sinh vật gây bệnh hoặc tương tự, đạt tiêu chuẩn chất lượng về tính an toàn, kích thích cơ thể tạo miễn dịch chống lại tác nhân gây bệnh. 

Vắc xin được chia thành nhiều loại:

• Vắc xin sống giảm độc lực: tạo đáp ứng miễn dịch và sinh kháng thể mạnh, thường gây ra miễn dịch lâu dài chỉ với 1 hoặc 2 liều.Ví dụ: vắc xin BCG sống, thương hàn, vacxin Sabin ( bại liệt), sởi…
• Vắc xin tái tổ hợp: gen mã hóa cho kháng nguyên vi sinh vật cần có để làm vắc xin được tách và tái tổ hợp vào E. coli. Ví dụ: vắc xin tả, thương hàn…
• Vắc xin bất hoạt: được sản xuất từ vi sinh vật gây bệnh đã chết, đáp ứng miễn dịch yếu hơn vắc xin sống nên được tiêm thành nhiều liều hoặc tiêm nhắc lại để duy trì miễn dịch. Ví dụ: vắc xin ho gà, thương hàn, tả, viêm não Nhật Bản…
• Vắc xin giải độc tố: được sản xuất từ ngoại độc tố của vi khuẩn bằng cách làm mất tính độc nhưng vẫn giữ được tính kháng nguyên. Hệ miễn dịch sản xuất ra các kháng thể trung hòa độc tố. Ví dụ: vắc xin bạch hầu, uốn ván…
• Vắc xin ADN, mARN: (được thiết kế dựa trên trình tự ADN đặc hiệu mã hoá protein của virus gây bệnh), được đưa thẳng vào người qua plasmid hay hạt nano bao quanh ADN, hoặc các hạt nano lipid có mARN được đóng gói bên trong bằng cách tiêm hay dùng thiết bị xung điện đặc biệt. Nó giúp cơ thể tạo kháng nguyên, sau đó kích hoạt hệ miễn dịch sinh kháng thể. 
• Vắc xin kết hợp: một số kháng nguyên có thể được kết hợp trong một mũi tiêm để có thể ngăn ngừa nhiều bệnh khác nhau hoặc bảo vệ chống lại nhiều chủng gây ra cùng một bệnh. Ví dụ: vắc xin hexaxim (ho gà, bạch hầu, uốn ván, viêm gan B, bại liệt và các bệnh viêm phổi, viêm màng não do H.influenzae tuýp B)...

3. Cơ chế tác động và hiệu quả của vắc xin

Vắc xin tạo ra kháng thể

Đáp ứng miễn dịch gồm miễn dịch qua trung gian kháng thể bởi lympho bào B (miễn dịch dịch thể) và miễn dịch qua trung gian tế bào bởi lympho bào T (miễn dịch tế bào). Hầu hết các loại vắc xin thông thường được sử dụng (ngoại trừ vắc xin lao BCG) tạo miễn dịch thông qua sự  cảm ứng của các kháng thể. Nhiều nghiên cứu cho thấy các loại kháng thể đóng vai trò quyết định đến hiệu quả bảo vệ của vắc xin. Bao gồm: trạng thái suy giảm miễn dịch, nghiên cứu về miễn dịch thụ động và dữ liệu miễn dịch học.

Các trạng thái suy giảm miễn dịch

Bệnh nhân bị suy giảm miễn dịch dễ bị các vi sinh vật tấn công gây bệnh. Ví dụ: bệnh nhân có khiếm khuyết trong hệ thống bổ thể đặc biệt nhạy cảm với bệnh não mô cầu do nhiễm Neisseria meningitidis; bệnh liên cầu khuẩn đặc biệt phổ biến ở những người bị suy giảm chức năng lách;

những người thiếu kháng thể dễ bị nhiễm vi rút Varicella zoster (gây bệnh thủy đậu) và các bệnh nhiễm vi rút khác…

Hình 2. Cơ chế tác động của vắc xin

Miễn dịch thụ động có thể được tạo ra do mẹ truyền kháng thể cho thai nhi thông qua nhau thai, sữa mẹ giúp trẻ sơ sinh chống lại nhiều loại mầm bệnh, ít nhất là trong vài tháng sau khi sinh. Tiêm phòng cho bà mẹ với các loại vắc xin: ho gà, uốn ván, cúm giúp giảm nguy cơ mắc các bệnh này cho trẻ sau sinh.

Dữ liệu miễn dịch học

Các nghiên cứu chuyên sâu về miễn dịch học giúp chúng ta có những hiểu biết sâu sắc về các cơ chế bảo vệ qua trung gian của vắc xin. Ví dụ: vắc xin polysaccharid, được sản xuất từ polysaccharid bề mặt của vi khuẩn Neisseria meningitidis, Streptococcus pneumoniae giúp chống lại các bệnh này. Các loại vắc xin này không gây ra phản ứng với lympho bào T, vì polysaccharid là kháng nguyên không phụ thuộc vào lympho bào T.

Vắc xin liên hợp protein-polysaccharid chứa các polysaccharid được liên hợp với một chất mang protein (độc tố uốn ván hoặc bạch hầu). Các lympho bào T được tạo ra bởi vắc xin nhận ra chất mang protein (một kháng nguyên phụ thuộc vào lympho bào T) và các lympho bào T này giúp các lympho bào B nhận diện  polysaccharid.

Hiệu quả bảo vệ của vắc xin

Vắc xin tác động lên hệ miễn dịch của con người thông qua sự phụ thuộc lympho bào B và lympho bào T (hình 2). Vắc xin tạo cảm ứng trí nhớ miễn dịch; giúp ngăn ngừa nhiễm bệnh. Ngoài ra, một số vắc xin còn giúp cơ thể chống lại sự xâm nhiễm không triệu chứng, giảm lây truyền mầm bệnh, tạo miễn dịch cộng đồng.

Trí nhớ miễn dịch

Là khả năng hệ thống miễn dịch đáp ứng nhanh chóng và mạnh mẽ hơn với một kháng nguyên cụ thể mà cơ thể đã gặp trước đây và bắt đầu phản ứng miễn dịch tương ứng. Sự suy giảm của mức độ kháng thể khác nhau phụ thuộc vào độ tuổi của người được tiêm vắc xin, bản chất của kháng nguyên và số liều tiêm nhắc lại. Ví dụ: tiêm vắc xin Human papilloma virus (HPV) tạo kháng thể có thể tồn tại trong nhiều thập kỷ, trong khi vắc xin ho gà, sởi có thời gian tồn tại của kháng thể ngắn hơn nhiều. Điều này được khắc phục bằng cách tiêm vắc xin tăng cường ở trẻ nhỏ (ví dụ bệnh bạch hầu, uốn ván, ho gà và bại liệt), giúp duy trì mức kháng thể trên ngưỡng bảo vệ. Tiêm 5-6 liều vắc xin uốn ván hoặc bạch hầu ở trẻ nhỏ giúp bảo vệ suốt đời. Ngoại lệ, vắc xin ho gà có thể  tiêm trực tiếp cho trẻ sơ sinh hoặc tiêm cho các đối tượng khác như thanh thiếu niên và phụ nữ có thai để giảm lây cho trẻ sơ sinh và cung cấp sự bảo vệ bằng cách truyền kháng thể qua nhau thai.

Miễn dịch cộng đồng

Hình 3. Miễn dịch cộng đồng

Là một hình thức bảo vệ gián tiếp chống bệnh truyền nhiễm diễn ra khi một tỷ lệ lớn dân số đã trở nên miễn dịch với một loại vi sinh vật gây bệnh, bởi đó tạo nên một lớp bảo vệ cho những người không miễn dịch (hình 3).

Vắc xin không thể bảo vệ trực tiếp nhũng người không được tiêm chủng hoặc không có đáp ứng miễn dịch mặc dù đã tiêm phòng. Tuy nhiên, nếu đủ số lượng người được tiêm chủng, sẽ giúp ngăn chặn sự phát triển của bệnh, gián đoạn sự lây nhiễm và giảm tỷ lệ mắc bệnh.

Với các bệnh dễ lây truyền, ví dụ sởi hay ho gà, để đạt miễn dịch cộng đồng, khoảng 95% dân số phải được tiêm vắc xin. Với các bệnh ít lây truyền hơn, tỷ lệ phần trăm bao phủ vắc xin cần đạt có thể thấp hơn. Ví dụ: bệnh bại liệt, bệnh rubella, quai bị và bạch hầu; tỷ lệ bao phủ vắc xin ≤ 86%. Với bệnh cúm mùa, tỷ lệ bao phủ vắc xin từ 30–40% có khả năng tạo miễn dịch cộng đồng, tuy nhiên tối ưu là ≥ 80%.

Uốn ván là bệnh lây truyền qua các vết thương trên da bị nhiễmvi khuẩn Clostridium tetani.

Vì vậy, tiêm chủng cho cộng đồng sẽ không ngừa được bệnh ở những người chưa được tiêm vắc xin uốn ván.

Một ví dụ về hiệu quả của miễn dịch cộng đồng, chiến dịch tiêm chủng vắc xin ngừa bệnh viêm não mô cầu nhóm C hàng loạt ở người dưới 19 tuổi vào năm 1999 ở Anh đã giúp loại bỏ gần như hoàn toàn bệnh này.

Vắc xin HPV được tiêm để phòng ngừa ung thư cổ tử cung do HPV gây ra, bằng cách tiêm phòng cho trẻ em gái, nhiều nghiên cứu cho thấy việc tiêm ngừa này cũng góp phần giảm tỷ lệ lây nhiễm HPV ở nam giới thông qua miễn dịch cộng đồng.

Phòng chống nhiễm trùng và bệnh tật.

Tiêm phòng vắc xin bacille Calmette-Guerin (BCG) giúp ngăn ngừa các biến chứng nặng của lao như viêm màng não do lao và lao kê ở trẻ em do làm giảm sự lây lan của vi khuẩn M. tuberculosis qua trung gian miễn dịch lympho bào T. Ngoài ra, nhiều nghiên cứu cho thấy tiêm phòng BCG làm giảm nguy cơ nhiễm trùng. Trong đợt bùng phát bệnh lao tại một trường học ở Anh, 29% những đứa trẻ được tiêm chủng BCG trước đây có trí nhớ miễn dịch với lao, so với 47% trẻ em chưa được tiêm chủng.

Với đại dịch SARS-CoV-2, vắc xin giúp ngăn ngừa ca bệnh trở nặng và nhập viện; ngoài ra nó còn làm giảm sự lây truyền virus với người khác, giúp tạo miễn dịch cộng đồng.

Một số hiệu quả không đặc hiệu khác của vắc xin. 

Nhiều nghiên cứu cho thấy một số loại vắc xin làm tăng khả năng miễn dịch hệ thống của bệnh nhân, tăng khả năng bảo vệ chống lại các mầm bệnh khác. Một số nghiên cứu cho thấy, những đứa trẻ được tiêm vắc xin BCG và sởi, có tỷ lệ tử vong do các vi sinh vật khác khác gây bệnh thấp hơn so với những trẻ chưa tiêm vắc xin BCG và sởi. Giả thuyết đặt ra dựa trên các nghiên cứu được báo cáo là virus sởi làm suy giảm hệ thống miễn dịch, giảm trí nhớ miễn dịch, do đó trẻ em đã mắc bệnh sởi thì nguy cơ tử vong do nhiễm các vi sinh vật khác cao hơn bình thường.

4. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng bảo vệ của vắc xin

Mức độ bảo vệ của vắc xin chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố di truyền và môi trường. Bao gồm tuổi, mức kháng thể của mẹ, kháng nguyên đã tiếp xúc, lịch tiêm và liều lượng vắc xin. Trong đó, tuổi tiêm chủng và lịch tiêm chủng là quan trọng nhất.

Liều vắc xin được thiết lập trong giai đoạn đầu của thử nghiệm lâm sàng, dựa trên tính an toàn và sinh miễn dịch tối ưu. Tuy nhiên, ở người lớn tuổi, liều tiêm vắc xin cao hơn có thể có lợi trong chủng ngừa cúm. Tiêm trong da được chứng minh là có khả năng sinh miễn dịch thấp hơn nhiều so với tiêm bắp trên vắc xin cúm, dại và HBV.

Tuổi tiêm chủng

Trẻ em dưới 5 tuổi là đối tượng dễ bị các bệnh truyền nhiễm tấn công, có tỷ lệ tử vong cao, đặc biệt là trẻ sơ sinh. Do đó, các chương trình tiêm chủng tập trung chủ yếu trên nhóm tuổi này.

Tuy nhiên, việc tiêm phòng cho trẻ lớn và người trưởng thành tạo phản ứng miễn dịch mạnh mẽ hơn. Các phản ứng miễn dịch do tiêm vắc xin trong giai đoạn sơ sinh không mạnh như trẻ lớn hơn. Ngoài ra, kháng thể của mẹ truyền cho con qua nhau thai có thể làm giảm tính khả dụng của kháng nguyên, giảm vi rút nhân đôi (vắc xin sống như sởi) hoặc ảnh hưởng đến các phản ứng của lympho bào B. Các hốc tủy xương hỗ trợ các lympho bào B bị giới hạn ở giai đoạn sơ sinh, nên các phản ứng miễn dịch tồn tại rất ngắn trong năm đầu tiên của cuộc đời. Ví dụ, ở trẻ sơ sinh được tiêm ngừa 2 liều não mô cầu nhóm C, chỉ 41% trẻ còn mức kháng thể bảo vệ ở thời điểm tiêm liều nhắc lại…

Đáp ứng miễn dịch cũng kém hơn ở người lớn tuổi và hầu hết các loại vắc xin được sử dụng ở người lớn tuổi có hiệu quả và thời gian bảo vệ có giới hạn, đặc biệt là trên 75 tuổi. 

Lịch tiêm chủng

Hầu hết các loại vắc xin được tiêm trong những năm đầu đời, 3 – 4 liều vắc xin được tiêm cho trẻ dưới 12 tháng tuổi. Thông thường, liều “mồi” được tiêm với liều thấp hơn ở trẻ 6 tháng tuổi và liều "tăng cường" được tiêm lúc trẻ 9–12 tháng tuổi. Ví dụ, theo lịch tiêm chủng mở rộng của WHO từ năm 1974, vắc xin bạch hầu – uốn ván – ho gà được tiêm 3 liều “mồi” ở 6, 10 và 14 tuần tuổi mà không tiêm tăng cường. Lịch tiêm này giúp cung cấp sớm kháng thể bảo vệ trẻ trước khi các kháng thể được mẹ truyền suy yếu (kháng thể của mẹ có chu kỳ bán rã 30 – 40 ngày nên ít khả năng bảo vệ dành cho trẻ từ 8 - 12 tuần tuổi). Tuy nhiên, lịch tiêm chủng mở rộng có thể khác nhau giữa các nước phát triển và đang phát triển. Lịch tiêm có thể bắt đầu muộn hơn từ 8 - 12 tuần tuổi (khi kháng thể của mẹ ít bị can thiệp hơn) và có khoảng cách giữa các liều dài hơn (8 tuần) giúp sinh miễn dịch cao hơn. 

Tài liệu tham khảo: Pollard, Andrew J., and Else M. Bijker. "A guide to vaccinology: from basic principles to new developments." Nature Reviews Immunology 21.2 (2021): 83-100.

Nhóm Anh Văn Khoa dược

KD.AT