Cơ chế hoạt động của vaccine phòng bệnh như thế nào?

Vaccine là một trong những phát minh vĩ đại của nhân loại, giúp bảo vệ sức khỏe, bảo toàn tính mạng và sự phát triển của con người trong tương lai. Ước tính, vaccine giúp cả thế giới ngăn chặn gần 6 triệu ca tử vong, gia tăng tuổi thọ và cứu lấy 386 triệu năm sống mỗi năm. Ngoài ra, mỗi 24.000 đồng đầu tư cho tiêm chủng vaccine, có thể tiết kiệm được khoảng 1,3 triệu đồng cho chi phí thăm khám và chăm sóc y tế. Vậy, vaccine là gì? Cơ chế hoạt động của vaccine như thế nào mà có thể mang lại nhiều lợi ích về sức khỏe, chất lượng sống, kinh tế và nhiều lợi ích liên quan khác cho toàn cầu như thế?

Bài viết được tư vấn Y khoa bởi BS.CKI Nguyễn Lê Nga - Quản lý Y khoa vùng 1 - miền Bắc, Hệ thống Trung tâm tiêm chủng VNVC.

Cơ chế hoạt động của vắc xin là gì?

Vaccine là chế phẩm sinh học chứa kháng nguyên, có tác dụng kích thích cơ thể tạo miễn dịch chủ động, đặc hiệu với tác nhân gây bệnh, bảo vệ cơ thể khỏi nguy cơ nhiễm trùng và mắc bệnh. Kháng nguyên có thể là các vi khuẩn hoặc virus sống, bị giảm độc lực hoặc bị bất hoạt, giết chết…).

Vậy, cơ chế hoạt động của vắc xin như thế nào? Vaccine hoạt động dựa trên cơ chế “bắt chước” quá trình nhiễm trùng tự nhiên của cơ thể. Khi vaccine được đưa vào cơ thể, cơ thể sẽ nhận diện các thành phần kháng nguyên có trong vaccine là các “kẻ lạ mặt” đột nhập vào cơ thể, từ đó huy động các “chiến binh” của hệ thống miễn dịch sản sinh ra các kháng thể nhằm trung hòa các kháng nguyên từ vaccine.

Sau khi quá trình sản sinh kháng thể kết thúc, hệ thống miễn dịch tiếp tục sản sinh tế bào lympho có trí nhớ miễn dịch tương ứng với quá trình trên. Đây là quá trình “diễn tập” sự nhiễm trùng tự nhiên của cơ thể, nhằm huấn luyện cho hệ thống miễn dịch nhận biết và ghi nhớ các thành phần kháng nguyên này, đưa hệ thống miễn dịch vào trạng thái sẵn sàng chiến đấu chống lại và loại bỏ các tác nhân gây bệnh này khi bị phơi nhiễm trong tương lai. (1)

Cơ chế hoạt động của vaccine được tóm tắt như sau:

• Tiêm/uống vaccine: Đưa kháng nguyên vào cơ thể;
• Phát hiện: Hệ miễn dịch nhận biết sự hiện diện của các thành phần kháng nguyên trong cơ thể;
• Tấn công: Hệ miễn dịch sản sinh kháng thể tấn công, tiêu diệt và loại bỏ các thành phần kháng nguyên của vaccine ra khỏi cơ thể;
• Ghi nhớ: Hệ miễn dịch sản sinh tế bào trí nhớ miễn dịch lympho T, ghi nhớ các thành phần kháng nguyên của vaccine, bảo vệ cơ thể khỏi sự tấn công của các thành phần kháng nguyên này trong tương lai.

Cơ chế hoạt động của vaccine theo từng loại

1. Vắc xin sống giảm độc lực

Vaccine sống giảm độc lực là vaccine có chứa các tác nhân gây bệnh (virus, vi khuẩn…) còn sống nhưng đã được thông qua quá trình tinh chế nhằm làm suy yếu khả năng hoạt động của chúng cho đến mức an toàn. Do đó, khi được đưa vào cơ thể, vaccine sống giảm độc lực sẽ không còn khả năng gây bệnh. (2)

Vì là vaccine có nguồn gốc từ vi sinh vật sống nên vaccine sống giảm độc lực thường gây ra phản ứng miễn dịch tương tự với miễn dịch tự nhiên của cơ thể khi nhiễm trùng. Khi được đưa vào cơ thể, cơ chế hoạt động của vaccine sống giảm độc lực sẽ gây nhiễm trùng, nhằm kích thích hệ thống miễn dịch huy động các tế bào miễn dịch xác định và tiêu diệt tế bào bị nhiễm, sản xuất kháng thể nhằm tiêu diệt và loại bỏ vi sinh vật đã được giảm độc lực ra khỏi cơ thể.

Sau khi vi sinh vật bị loại bỏ khỏi cơ thể, các tế bào trí nhớ miễn dịch sẽ ghi nhớ quá trình phản ứng miễn dịch này và tái kích hoạt quá trình phản ứng này trong tương lai trong trường hợp cơ thể phơi nhiễm với tác nhân gây bệnh đó.

Các loại vaccine sống giảm độc lực gồm có: vaccine phòng ngừa bệnh sởi - quai bị - rubella, thủy đậu,…

2. Vaccine bất hoạt

Vaccine bất hoạt là vaccine có chứa các tác nhân gây bệnh được nuôi cấy và đã bị giết chết hoặc bất hoạt bằng hóa chất/nhiệt độ nhưng vẫn giữ được tính kháng nguyên, đảm bảo an toàn với khả năng gây miễn dịch cho cơ thể khi sử dụng.

Mặc dù bị bất hoạt/giết chết, khiến chất liệu di truyền của tác nhân gây bệnh bị phá hủy, vaccine bất hoạt vẫn chứa một lượng protein kháng nguyên bề mặt, đủ để khiến hệ thống miễn dịch phát hiện và thực hiện các phản ứng miễn dịch cần thiết để hình thành kháng thể đặc hiệu chủ động cho cơ thể chống lại nguy cơ tấn công và xâm nhập của các tác nhân gây bệnh này trong tương lai.

Tuy nhiên, vì chất liệu di truyền của tác nhân gây bệnh bị phá hủy nên chúng không còn khả năng lây nhiễm vào các tế bào, khiến cơ chế hoạt động của vaccine bất hoạt chỉ có thể kích thích phản ứng thông qua các trung gian kháng thể. Do đó, các phản ứng miễn dịch diễn ra thương yếu và kháng thể tồn tại sau quá trình phản ứng cũng tồn tại ngắn hơn, nên vaccine bất hoạt thường được tiêm cùng các chất bổ trợ kích thích hệ miễn dịch và có thể có lịch tiêm có liều nhắc lại nhằm bổ sung lượng kháng thể bị hao hụt sau một khoảng thời gian nhất định.

Các loại vắc xin bất hoạt gồm có: vắc xin phòng bệnh cúm, tả, bại liệt, dại, thương hàn, viêm gan A, vắc xin ho gà toàn tế bào,…

3. Vắc xin giải độc tố

Trên thực tế, tác nhân gây bệnh trực tiếp không chỉ là các loại vi khuẩn, virus, vi sinh vật… mà còn có thể là độc tố của chúng. Chính vì thế, vaccine giải độc tố được nghiên cứu và phát triển dựa trên chất độc mà tác nhân gây bệnh (thường là vi khuẩn) tiết ra, thay vì kích thích cơ thể sinh kháng thể chống lại toàn bộ vi sinh vật, cơ chế hoạt động của vaccine giải độc tố sẽ kích thích cơ thể kích hoạt các phản ứng miễn dịch chủ động, đặc hiệu, hướng đích đến tác nhân gây bệnh trực tiếp - độc tố của vi sinh vật.

Tất nhiên, chất độc của vi sinh vật có trong vaccine giải độc tố đã trải qua quá trình tinh chế, làm mất khả năng gây độc, không còn khả năng gây bệnh cho người tiêm, song vẫn bảo toàn khả năng gây miễn dịch của chúng khi vaccine được tiêm vào cơ thể.

Các loại vaccine giải độc tố thường gặp gồm có vaccine giải độc tố uốn ván, vắc xin giải độc tố bạch hầu,…

4. Vaccine tiểu đơn vị

Vaccine tiểu đơn vị là vaccine chỉ chứa một phần kháng nguyên của vi sinh vật (các mảnh vỡ tinh khiết của vi sinh vật gây bệnh). Những mảnh vỡ tinh khiết của vi sinh vật không có khả năng gây bệnh nên vaccine tiểu đơn vị được đánh giá là một trong những vaccine có tính an toàn rất cao.

Có 3 loại vaccine tiểu đơn vị, bao gồm:

• Vaccine tiểu đơn vị protein: Là vaccine có chứa các protein đặc trưng được tách ra từ các tác nhân gây bệnh.
• Vaccine Polysaccharide: Là vaccine có chứa các chuỗi polysaccharide (phân tử đường) chứa trong thành tế bào của một số loại vi khuẩn.
• Vaccine tiểu đơn vị liên hợp: Là vaccine có chứa cả các protein đặc trưng được tách ra từ các tác nhân gây bệnh và chuỗi phân tử đường polysaccharide, đồng thời liên kết chúng với nhau, gia tăng khả năng đáp ứng miễn dịch khi tiêm.

Các loại vaccine tiểu đơn vị thường gặp bao gồm: Vaccine phòng viêm gan B, vaccine ho gà acellular (vaccine tiểu đơn vị protein); vaccine phòng các bệnh do phế cầu khuẩn (vaccine tiểu đơn vị Polysaccharide); vaccine ngừa não mô cầu nhóm A, C, Y, W-135 (vaccine tiểu đơn vị liên hợp)…

5. Vắc xin vector virus

Vaccine vector virus hay còn được gọi là vaccine virus trung gian, là vaccine được sản xuất bằng cách đưa một thành phần cụ thể của tác nhân gây bệnh (thường là một đoạn mã vật liệu di truyền, protein của virus) vào bên trong cấu trúc của một virus an toàn khác, gọi là virus trung gian, mang theo vật liệu di truyền của virus gây bệnh. Khi vaccine được tiêm vào cơ thể, protein của virus gây bệnh có trong virus an toàn sẽ kích hoạt phản ứng, gây miễn dịch, kích thích hệ thống miễn dịch sinh kháng thể đặc hiệu, chủ động với virus gây bệnh có trong vaccine.

Các loại vaccine vector virus tính đến thời điểm hiện tại bao gồm vaccine Ebola, vaccine ngừa Covid-19 AstraZeneca và vaccine phòng Covid-19 Sputnik-V.

6. Vắc xin RNA

Vaccine mRNA là vaccine được bào chế bằng cách sử dụng bản sao của phân tử - mRNA, đóng vai trò là vật liệu di truyền. Vaccine mRNA hoạt động thông qua cơ chế “huấn luyện” cơ thể biết cách sản xuất protein vô hại của tác nhân gây hại (thường là virus) tương tự như protein gai trên bề mặt của virus gây bệnh.

Cơ chế hoạt động của vaccine RNA là khi tiêm vào cơ thể, hệ miễn dịch nhận ra protein vô hại mà cơ thể tạo ra là “kẻ đột nhập” sẽ ngay lập tức kích hoạt chuỗi phản ứng miễn dịch, sản xuất kháng thể, tạo ra các tế bào lympho B và T ghi nhớ cách chống lại virus gây bệnh. Vaccine mRNA được áp dụng thành công trong nghiên cứu, phát triển và sản xuất vaccine phòng Covid-19 Moderna và vaccine ngừa Covid-19 Pfizer.

Một số câu hỏi thường gặp

1. Kháng nguyên là gì?

Kháng nguyên là một thành phần hoặc phụ phẩm của mầm bệnh, giống như một loại protein xuất hiện trên bề mặt của virus, là đối tượng mà hệ thống miễn dịch tìm kiếm khi gặp phải sự xâm nhập của tác nhân gây bệnh.

Khi phát hiện sự hiện diện của kháng nguyên trong cơ thể, các tế bào bạch cầu và kháng thể sẽ bám vào chúng, tổ chức một cuộc tấn công tiêu diệt kháng nguyên. Sau khi chiến thắng, sự nhiễm trùng được khống chế, hệ thống miễn dịch sẽ ghi nhớ kháng nguyên đó và cách chống lại chúng để sử dụng trong trường hợp tái phát hiện virus trong tương lai.

2. Hệ miễn dịch là gì?

Hệ thống miễn dịch là tất cả các thành phần của cơ thể có chức năng tổ chức tấn công, tiêu diệt hoặc loại bỏ các yếu tố xâm nhập được chúng xác định không thuộc về cơ thể, nhằm bảo vệ và giữ cho toàn bộ cơ thể luôn khỏe mạnh.

Hệ miễn dịch vô cùng phức tạp, phân bố rải rác khắp trên cơ thể, từ da; niêm mạc mỏng bên trong mũi, họng, bộ phận sinh dục; amidan cổ họng; hệ thống tiêu hóa; tủy xương; hạch bạch huyết; lá lách… (3)

3. Miễn dịch cộng đồng là gì?

Trong một cộng đồng, nếu người được tiêm chủng và hình thành miễn dịch với một loại bệnh nhất định với số lượng đủ để ngăn chặn nguy cơ lây nhiễm, cộng đồng đó có thể đạt đến khái niệm “miễn dịch cộng đồng”. Nhờ miễn dịch cộng đồng, số lượng người có miễn dịch với một loại bệnh cao, khả năng tìm được vật chủ để lây nhiễm và gây bệnh của mầm bệnh bị hạn chế, bệnh khó có thể truyền từ người này sang người khác, từ đó bảo vệ sức khỏe cả cộng đồng, kể cả những người chưa được tiêm chủng như trẻ sơ sinh, người suy giảm hệ miễn dịch…

Sự tương tác và phản ứng “kỳ diệu” giữa kháng nguyên và hệ miễn dịch là cơ sở ứng dụng để phát minh ra cơ chế hoạt động của vaccine. Vaccine khai thác tối đa khả năng phi thường của hệ thống miễn dịch, kích thích hệ miễn dịch phản ứng với các thành phần kháng nguyên có trong vaccine, tiêu diệt và loại bỏ chúng, đồng thời ghi nhớ quá trình này để hệ thống miễn dịch có thể chủ động phản ứng với các tác nhân gây bệnh, bảo vệ cơ thể khỏi sự xâm nhập và tấn công của chúng trong tương lai.