Một nhóm nghiên cứu Nhật Bản đã giới thiệu phương pháp 'Purecap', cho phép sản xuất vắc xin mRNA có độ tinh khiết cao.
Vắc xin mRNA nắp nguyên chất mở ra cơ hội cho những loại vắc xin hiệu quả hơn với nguy cơ viêm nhiễm thấp hơn. Tín dụng: Mizuki Tada
Một nhóm nghiên cứu đến từ Nhật Bản đã phát triển phương pháp sản xuất vắc xin mRNA có hoạt tính cao ở độ tinh khiết cao bằng cách sử dụng một nắp độc đáo để dễ dàng tách mRNA có nắp mong muốn. Kỹ thuật 'Purecap' này chiết xuất tới 100% mRNA loại Cap2 nguyên chất, cho thấy khả năng sản xuất protein kích thích hệ thống miễn dịch tốt hơn gấp 3-4 lần. Những kết quả này mở ra khả năng tạo ra các loại vắc xin tinh khiết hơn với nguy cơ viêm nhiễm do tạp chất thấp hơn. Phát hiện của họ đã được công bố gần đây trên tạp chí Nature Communications .
Tiềm năng của vắc xin mRNA
Vắc xin mRNA đã được sử dụng thành công như một liệu pháp điều trị chống lại các biến thể của vi rút Corona. Điều này đã mang lại cho các nhà nghiên cứu hy vọng về việc sử dụng chúng làm vắc-xin ung thư trong tương lai. Tuy nhiên, độ tinh khiết của vắc xin cản trở mục tiêu này vì tạp chất có thể kích hoạt hệ thống miễn dịch. Điều này có thể gây viêm quanh chỗ tiêm, một tác dụng phụ thường gặp khi tiêm chủng.
Hiểu tạp chất vắc xin
Các tạp chất trong vắc xin mRNA thường xuất hiện ở giai đoạn giới hạn. Trong giai đoạn này, cấu trúc nắp được thêm vào để cải thiện quá trình dịch mã của mRNA cũng như bảo vệ và ổn định nó. Chỉ có thể thêm mũ vào mRNA chuỗi đơn, vì vậy lý tưởng nhất là vắc xin phải chứa 100% mRNA chuỗi đơn nguyên chất. Tuy nhiên, có thể có những sợi đôi không mong muốn của mRNA làm giảm độ tinh khiết của nó.
Vì các mRNA chuỗi đơn và chuỗi kép có các đặc tính khác nhau nên chúng có thể được phân tách bằng kỹ thuật gọi là sắc ký lỏng hiệu năng cao pha đảo (RP-HPLC). Kỹ thuật này tách các mRNA trên cơ sở tính kỵ nước hoặc tính ưa nước của chúng, tức là lực đẩy hoặc lực hút của chúng đối với nước.
Phương pháp nghiên cứu và kết quả
Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Hiroshi Abe, Trợ lý Giáo sư Masahito Inagaki và Phó Giáo sư Dự án Naoko Abe của Trường Khoa học Sau đại học, Đại học Nagoya dẫn đầu, phối hợp với Đại học Y và Nha khoa Tokyo, đã sử dụng phương pháp PureCap độc đáo để giới thiệu thẻ kỵ nước ở giai đoạn giới hạn. MRNA được gắn thẻ có thể dễ dàng được tách ra ở giai đoạn RP-HPLC. Sau đó, thẻ này được loại bỏ dễ dàng bằng cách xử lý bằng ánh sáng, tạo ra vắc xin có độ tinh khiết 98%-100%.
Hiroshi Abe cho biết: “Chúng tôi rất vui mừng về kết quả khi thấy trên biểu đồ rằng quy trình RP-HPLC đã tách hoàn toàn các RNA có nắp và không có nắp”. “Đối với mRNA của coronavirus, dài 4247 bazơ, chúng tôi đã sử dụng thành công phương pháp PureCap để tạo ra mRNA có nắp với độ tinh khiết trên 98%.”
Nhóm nghiên cứu đặc biệt chú ý đến một nhóm cấu trúc nắp tồn tại trong tế bào động vật và thực vật, được gọi là Cap0, Cap1 và Cap2. Mặc dù Cap2 được tìm thấy trong tế bào động vật và thực vật, việc đánh giá chức năng của nó rất khó khăn vì không có cách nào thu được mRNA có nắp tinh khiết để đảm bảo thử nghiệm công bằng.
“Cấu trúc Cap được sử dụng trong vắc xin mRNA cho đến nay chỉ giới hạn ở loại Cap0 và Cap1. Tuy nhiên, chúng tôi đã sử dụng kỹ thuật của mình để sản xuất các cấu trúc loại Cap0, Cap1 và Cap2”, Abe nói. “MRNA loại Cap0, Cap1 và Cap2 được tinh chế cao được tổng hợp bằng phương pháp PureCap cho thấy hoạt động kích thích miễn dịch thấp hơn so với các mRNA được tổng hợp bằng kỹ thuật thông thường cho thấy tiềm năng sử dụng của chúng trong dược phẩm.”
Vì virus chủ yếu tạo ra Cap1 mRNA nên hệ thống miễn dịch ít bị kích thích bởi Cap2. Điều này cho thấy vắc xin sử dụng Cap2 sẽ ít gây ra các tác dụng phụ không mong muốn như viêm khi tiêm. Tuy nhiên, nó vẫn có thể tạo ra các protein virut khi được phiên mã để làm cho vắc xin có hiệu quả.
Lợi ích của cấu trúc Cap2
Nhóm đã sử dụng Purecap để tạo ra Cap2 mRNA và phân tích khả năng tổng hợp protein của nó. Họ phát hiện ra rằng Cap2 mRNA tạo ra lượng protein nhiều hơn 3-5 lần so với Cap1 mRNA, giúp tăng cường phản ứng miễn dịch. Họ cũng chỉ ra rằng các mRNA loại Cap2 của họ gây ra sự kích thích phản ứng viêm thấp hơn so với các mRNA được tổng hợp bằng kỹ thuật thông thường.
Abe cho biết: “Các phương pháp sản xuất vắc xin mRNA thông thường không thể điều chế được mRNA giới hạn với độ tinh khiết cao, gây lo ngại về việc giảm tổng hợp protein và các phản ứng viêm có nguồn gốc từ tạp chất”.
“Phương pháp PureCap giải quyết những vấn đề này bằng cách tinh chế có chọn lọc các mRNA chỉ có giới hạn. Hơn nữa, cấu trúc loại Cap2 được tạo ra bằng kỹ thuật này có hiệu quả tổng hợp protein cao hơn và ít gây kích ứng hệ thống miễn dịch hơn. Kỹ thuật này có khả năng cải thiện tính an toàn và hiệu quả của vắc xin mRNA. Đây là một bước tiến mang tính cách mạng hướng tới ứng dụng thực tế của y học mRNA, cũng như giúp chúng ta hiểu sâu hơn về các nguyên tắc cơ bản của khoa học mRNA.”
Tham khảo: “Các chất tương tự nắp có thẻ có khả năng phân tách quang kỵ nước cho phép tinh chế dễ dàng các mRNA được gắn nắp hoàn toàn với các cấu trúc nắp khác nhau” của Masahito Inagaki, Naoko Abe, Zhenmin Li, Yuko Nakashima, Susit Acharyya, Kazuya Ogawa, Daisuke Kawaguchi, Haruka Hiraoka, Ayaka Banno, Zheyu Meng, Mizuki Tada, Tatsuma Ishida, Pingxue Lyu, Kengo Kokubo, Hirotaka Murase, Fumitaka Hashiya, Yasuaki Kimura, Satoshi Uchida và Hiroshi Abe, ngày 11 tháng 5 năm 2023, Nature Communications .
