Vắc-xin đa epitope: Bước đột phá mới trong điều trị ung thư phổi

Vắc-xin đa epitope: Bước đột phá mới trong điều trị ung thư phổi

Nhóm: ANTIBODY AVENGERS

Lĩnh vực Y sinh, hóa sinh

Lượt bình chọn:

Giới thiệu giải pháp:

Dữ liệu của nghiên cứu cho thấy vắc xin được thiết kế để tối ưu hóa khả năng nhận diện của hệ miễn dịch ở nhiều nhóm dân số khác nhau. Điều này trực tiếp giải quyết vấn đề về sự đa dạng di truyền giữa các cộng đồng trên thế giới, đặc biệt là sự khác biệt về các alen HLA. Với khả năng nhận diện bởi hệ miễn dịch của khoảng 77.21% dân số toàn cầu, vắc xin này có tiềm năng bảo vệ một phần lớn cộng đồng trên phạm vi toàn cầu. Đây là một yếu tố then chốt cho một giải pháp y tế mang tính cộng đồng, vì nó hướng đến việc bảo vệ sức khỏe cho đa số mọi người, không bị giới hạn bởi các yếu tố di truyền cụ thể. Sự dao động về mức độ bao phủ ở từng khu vực (từ 19.33% ở Trung Mỹ đến 87.56% ở Châu Âu) cho thấy cần có những nghiên cứu và đánh giá sâu hơn về hiệu quả của vắc xin ở các cộng đồng cụ thể. Tuy nhiên, mức độ bao phủ toàn cầu tổng thể cao vẫn là một tín hiệu tích cực về tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Như đã thảo luận trước đó, việc vắc xin có khả năng liên kết với nhiều alen MHC lớp I và lớp II là cơ sở cho phạm vi bao phủ rộng này.
Ngoài ra, với khả năng tương tác mạnh mẽ với hệ miễn dịch, vắc xin được thiết kế để kích thích các thụ thể miễn dịch quan trọng như TLR2, TLR3, TLR4, TLR5, TLR7 và TLR8. Các thụ thể TLRs đóng vai trò trung tâm trong việc kích hoạt cả hệ miễn dịch bẩm sinh (phản ứng nhanh chóng ban đầu) và hệ miễn dịch thích nghi (phản ứng đặc hiệu và lâu dài). Việc kích hoạt đồng thời cả hai nhánh này là rất quan trọng để xây dựng một hàng rào bảo vệ mạnh mẽ chống lại ung thư trong cộng đồng. Phản ứng miễn dịch được mô phỏng còn cho thấy sự gia tăng đáng kể của kháng thể IgG1, IgM, tế bào B nhớ và tế bào T trợ giúp, đây cũng là những yếu tố then chốt để cung cấp một nền tảng bảo vệ vững chắc và lâu dài chống lại ung thư phổi. Sự hình thành tế bào nhớ B đảm bảo khả năng đáp ứng nhanh chóng nếu tiếp xúc lại với các kháng nguyên ung thư tương tự trong tương lai. Tế bào T trợ giúp đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối các phản ứng miễn dịch khác, bao gồm cả việc kích hoạt tế bào T gây độc tế bào để tiêu diệt trực tiếp tế bào ung thư.
Về tính ổn định và khả năng sản xuất dễ dàng, cấu trúc vắc-xin đã được mô phỏng và kiểm tra độ ổn định cao. Việc áp dụng Disulfide by Design 2 (DbD2) v2.13 webserver để dự đoán các cặp amino acid có khả năng hình thành liên kết disulfide, sàng lọc, biến đổi gene để tạo liên kết disulfide và mô phỏng động lực học phân tử trong nghiên cứu đã chứng minh tính ổn định của cấu trúc - một yếu tố quan trọng để đảm bảo vắc xin có thể được bảo quản và vận chuyển đến các cộng đồng khác nhau một cách an toàn và hiệu quả, đặc biệt là ở những khu vực có điều kiện cơ sở hạ tầng hạn chế. Điều này có ý nghĩa to lớn trong việc đảm bảo vắc xin có thể được sản xuất hàng loạt với chi phí phải chăng, từ đó mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi trong cộng đồng, bao gồm cả những cộng đồng có nguồn lực hạn chế.

Xuất xứ giải pháp:

Nhóm nghiên cứu đến trường Đại học Khoa học Sức khỏe, Đại học Quốc gia thành phồ Hồ Chí Minh

Tính sáng tạo và đổi mới:

Nghiên cứu về thiết kế vắc-xin đa epitope nhằm chống lại ung thư phổi sử dụng các kháng nguyên liên quan đến pyroptosis đã thể hiện tính sáng tạo và đổi mới thông qua việc áp dụng các công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực sinh học tính toán và miễn dịch học.
Trước hết, nghiên cứu sử dụng phương pháp tin sinh học để xác định các epitop T-cell và B-cell có tiềm năng kích thích hệ miễn dịch. Phương pháp này không chỉ giúp giảm thời gian và chi phí thí nghiệm mà còn tối ưu hóa khả năng miễn dịch của vắc-xin. Cụ thể, nghiên cứu đã sử dụng các công cụ dự đoán như NetMHCpan-4.1 và NetMHCIIpan-4.3 để xác định các epitop có ái lực cao với các phân tử MHC lớp I và lớp II, từ đó đảm bảo tính đặc hiệu của phản ứng miễn dịch.
Hơn nữa, thiết kế vắc-xin kết hợp các liên kết GGS và EAAAK để tối ưu hóa cấu trúc và sự linh hoạt của vắc-xin, giúp đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong việc kích thích đáp ứng miễn dịch. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng sử dụng các phân tử bổ trợ như cholera toxin subunit B và TpD nhằm tăng cường khả năng sinh miễn dịch, qua đó cải thiện khả năng nhận diện và tiêu diệt tế bào ung thư.
Một điểm nổi bật trong nghiên cứu là việc sử dụng mô phỏng động lực học phân tử (Molecular Dynamics Simulation) để kiểm tra độ ổn định của cấu trúc vắc-xin và đánh giá khả năng tương tác với các thụ thể miễn dịch như TLR2, TLR4, TLR5, TLR3, TLR7 và TLR8. Kết quả cho thấy vắc-xin có độ ổn định cao và khả năng kích thích hệ miễn dịch mạnh mẽ, giúp tối ưu hóa hiệu quả điều trị.
Ngoài ra, nghiên cứu còn tiến hành mô phỏng miễn dịch in silico để đánh giá đáp ứng miễn dịch của cơ thể đối với vắc-xin. Các kết quả cho thấy sự gia tăng đáng kể của các loại kháng thể IgG1 và IgM, cũng như sự phát triển mạnh mẽ của các tế bào bộ nhớ miễn dịch, giúp duy trì khả năng bảo vệ lâu dài.
Cuối cùng, nghiên cứu ứng dụng tối ưu hóa codon và nhân bản in silico trong hệ thống Escherichia coli để kiểm tra khả năng biểu hiện của vắc-xin trong môi trường thí nghiệm. Điều này giúp tạo nền tảng vững chắc cho các thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng trong tương lai.

Tính ứng dụng:

Trong nghiên cứu, vắc-xin đa epitope có khả năng nhắm mục tiêu các thành phần của con đường pyroptosis có tiềm năng đáng kể trong việc vượt qua các cơ chế kháng thuốc thường gặp trong điều trị ung thư phổi. Vắc-xin có thể hỗ trợ điều trị ung thư phổi bằng cách kích thích hệ miễn dịch nhận diện và tiêu diệt các tế bào ung thư thông qua việc nhắm vào các kháng nguyên liên quan đến pyroptosis (CARD8, NAIP, NLRP1, NLRP3). Kết quả nghiên cứu cho thấy được nhờ vào thiết kế dựa trên các epitope có khả năng bao phủ khoảng 77.21% dân số toàn cầu, vắc-xin này có tiềm năng trở thành một phương pháp điều trị cá nhân hóa, phù hợp với nhiều bệnh nhân.
Bên cạnh vai trò điều trị, vắc-xin còn có thể nhằm mục đích ngăn ngừa ung thư phổi ở những người có nguy cơ cao, đặc biệt là những người hút thuốc hiện tại hoặc đã từng hút thuốc ở độ tuổi 55-74, bằng cách huấn luyện hệ thống miễn dịch nhận ra neoantigen (protein đột biến trên các tế bào phổi bất thường) do đó nhắm mục tiêu và loại bỏ các tế bào ung thư này. Hơn nữa, theo nghiên cứu đối với những bệnh nhân đã điều trị ung thư phổi, vắc-xin có thể giúp ngăn ngừa tái phát bằng cách kích thích hệ miễn dịch duy trì khả năng nhận diện và tấn công tế bào ung thư còn sót lại.
Ngoài ra, nghiên cứu này cũng góp phần thúc đẩy sự phát triển của vắc-xin ung thư dựa trên tin sinh học, giúp rút ngắn thời gian nghiên cứu và giảm chi phí thử nghiệm lâm sàng. Tuy nhiên, để ứng dụng vắc-xin vào thực tế, cần tiến hành thêm các thử nghiệm in vitro và in vivo, cũng như đánh giá tính an toàn và hiệu quả thông qua các thử nghiệm lâm sàng. Nghiên cứu nếu tiếp tục được mở rộng và phát triển thành công, vắc-xin này có thể trở thành một công cụ quan trọng trong điều trị ung thư phổi, mang lại hy vọng mới cho bệnh nhân trên toàn thế giới.

Tính hiệu quả:

Nghiên cứu đã tiến hành phát triển một vaccine đa epitope nhằm điều trị ung thư phổi, sử dụng các phương pháp tin sinh học và miễn dịch học. Tính hiệu quả của nghiên cứu đã được đánh giá dựa trên nhiều yếu tố, bao gồm khả năng kích hoạt hệ miễn dịch, tính ổn định của vaccine, và tính khả thi trong quá trình biểu hiện protein.
Nghiên cứu cho thấy vaccine kích thích đáp ứng miễn dịch dịch thể mạnh mẽ, biểu hiện qua tỷ lệ gia tăng của IgG1 và IgM. Sau mỗi liều tiêm, số lượng kháng thể IgG1 và IgM tăng đáng kể, chứng tỏ sự nhận diện kháng nguyên mạnh và khả năng hình thành đồng miễn dịch lâu dài. Vaccine đã kích thích quá trình tăng sinh tế bào B và T-trợ giúp, bao gồm tế bào B trí nhớ và tế bào plasma. Sự gia tăng của tế bào T-trợ giúp và tế bào trí nhớ T cho thấy khả năng tạo đồng miễn dịch bền vững. Ngoài ra, các cytokine quan trọng như IL-10, IL-12 và IFN-γ đã được sản sinh với hàm lượng đáng kể, đánh dấu một đáp ứng miễn dịch toàn diện.
Mô phỏng động học phân tử cho thấy vaccine có độ ổn định cao, với RMSD đạt trung bình 1.85 ± 0.19 nm sau 30 ns, chứng tỏ vaccine giữ vững cấu trúc trong môi trường dịch. Mô phỏng SASA cũng cho thấy vaccine được định hình gọn chặt, đảm bảo khâu trình bày kháng nguyên hiệu quả. Nghiên cứu đã đạt được Codon Adaptation Index (CAI) lên đến 1.0, đánh dấu khả năng biểu hiện protein đồng bộ cao. Hàm lượng GC đạt 50.49%, nằm trong khoảng tối ưu cho biểu hiện trong E. coli, đảm bảo quá trình sao phiên và dịch mã diễn ra trơn tru.
Kết quả nghiên cứu đã chứng minh tính hiệu quả cao của vaccine đa epitope trong việc kích thích hệ miễn dịch, giữ vững cấu trúc, và tối ưu hóa biểu hiện trong hệ thống vi khuẩn. Những phát hiện này đặt nền tảng quan trọng cho giai đoạn thử nghiệm và áp dụng thực tế trong tương lai.

Tiềm năng phát triển:

Các nghiên cứu của trước đây đã xác định và đánh giá các protein CARD8, NAIP, NLRP1 và NLRP3 là các kháng nguyên quan trọng liên quan đến quá trình pyroptosis ở tế bào ung thư phổi. Những protein này không chỉ đóng vai trò quan trọng trong việc nhận diện và tiêu diệt các tế bào bị tổn thương mà còn có thể kích hoạt các phản ứng miễn dịch mạnh mẽ, một yếu tố then chốt trong việc phát triển vắc-xin. Bên cạnh đó, pyroptosis như được mô tả trong các nghiên cứu đóng một vai trò phức tạp nhưng quan trọng trong cả sự phát triển và ức chế của khối u, cũng như trong phản ứng với các phương pháp điều trị. Việc nhắm mục tiêu các kháng nguyên này có thể kích hoạt hệ thống miễn dịch của cơ thể chống lại các tế bào ung thư thông qua cơ chế pyroptosis. Việc thúc đẩy nghiên cứu epitope ứng dụng vào các chiến lược điều trị ung thư phổi với ưu điểm là tính đặc hiệu cao, khả năng kích hoạt đáp ứng miễn dịch đa dạng và khả năng vượt qua các cơ chế trốn tránh miễn dịch mà tế bào ung thư thường sử dụng để "ẩn mình" khỏi hệ thống miễn dịch trong nghiên cứu của chúng tôi khẳng định tiềm năng của vắc-xin này.
Đáng chú ý, phương pháp mô hình hóa cấu trúc ba chiều của vắc-xin và các mô phỏng động lực phân tử trong nghiên cứu của chúng tôi đã cho thấy sự ổn định vượt trội của cấu trúc vắc-xin trong môi trường sinh học. Điều này được củng cố qua các thử nghiệm docking phân tử, cho thấy rằng vắc-xin có thể tương tác mạnh mẽ với các thụ thể miễn dịch quan trọng như TLR2, TLR4, TLR5, TLR3, TLR7 và TLR8 – tất cả đều đóng vai trò thiết yếu trong việc khởi động phản ứng miễn dịch bẩm sinh và thích nghi.
Tuy nhiên, điều thực sự làm cho nghiên cứu này trở nên đột phá chính là việc mô phỏng phản ứng miễn dịch, cho thấy rằng vắc-xin có khả năng kích thích các đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ và duy trì lâu dài. Từ việc sản sinh kháng thể IgG1, IgM đến sự hình thành các tế bào T giúp đỡ và các tế bào nhớ B, tất cả đều chứng minh rằng vắc-xin này có thể cung cấp một nền tảng bảo vệ vững chắc chống lại ung thư phổi.
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi cung cấp cơ sở tiền lâm sàng vững chắc thông qua việc tiến hành các phân tích tin sinh học và tin học cấu trúc toàn diện, bao gồm dự đoán epitope, mô hình hóa cấu trúc vắc xin, mô phỏng động lực học phân tử và mô phỏng miễn dịch. Kết quả cho thấy vắc xin có các đặc tính lý hóa thuận lợi, cấu trúc ổn định và tiềm năng kích hoạt đáp ứng miễn dịch mạnh mẽ. Đây là những bước quan trọng trong quá trình phát triển vắc xin và cung cấp cơ sở để tiến hành các nghiên cứu tiền lâm sàng và lâm sàng tiếp theo.
Tóm lại, tính cấp thiết của nghiên cứu này không chỉ ở việc đáp ứng nhu cầu cấp bách của y tế trong bối cảnh ung thư phổi đang là nguyên nhân gây tử vong hàng đầu do ung thư trên toàn cầu và những hạn chế của các liệu pháp điều trị hiện tại, mà còn phù hợp với định hướng phát triển khoa học công nghệ và chuyển đổi số của đất nước theo Nghị quyết số 36-NQ/TW và 57-NQ/TW. Đây là bước đột phá quan trọng, vừa nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh học, vừa thể hiện sự cần thiết trong việc ứng dụng các công nghệ hiện đại để đưa ra giải pháp điều trị hiệu quả và an toàn hơn, từ đó giảm tải gánh nặng về kinh tế - xã hội và cải thiện chất lượng cuộc sống của người bệnh, góp phần đưa Việt Nam tiến vào kỷ nguyên của đổi mới sáng tạo và phát triển bền vững.

Tiêu chí về cộng đồng:

Cơ sở hạ tầng:

- Chuẩn bị kháng nguyên (SC2023-PF). Tổng hợp Epitope (peptide) và liên hợp với protein mang KLH (Keyhole Limpet Hemocyanin).
- Hoá chất cần thiết để tổng hợp 1 epitope tiềm năng:
+ Tổng hợp peptide hoá học
+ CTL 1
+ Trọng lượng: Tổng
+ Số lượng: 4 mg
+ Độ tinh khiết: ≥98%
+ Chiều dài: 10
+ Chiết xuất: 1 (lọ)
+ Dạng phân phối: Đông khô
+ AccuPrep - Định tính
+ Kiểm tra độ hòa tan: CTL 1
+ Kiểm tra độ hòa tan: Nước siêu tinh khiết, 1×DPBS (pH 7,1 ± 0,1), DMSO
+ HSN: 29349900
+ Tiêu chuẩn QC: MS & HPLC cho peptide tự do

Khoảng thời gian triển khai: 6 tháng

Số người tham gia: 6