Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Một loại vắc-xin DNA origami thế hệ mới có thể cạnh tranh với vắc-xin mRNA trong khi lại dễ sản xuất và phân phối hơn.

Ngày: 17 tháng 3 năm 2026

Nguồn: Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering tại Harvard

Tóm tắt: Vắc-xin mRNA đã cứu sống hàng triệu người trong đại dịch COVID-19 nhưng vẫn có những hạn chế như hiệu quả miễn dịch giảm dần theo thời gian và quy trình sản xuất phức tạp. Hiện nay, các nhà khoa học đang thử nghiệm một nền tảng mới có tên là DoriVac, sử dụng các cấu trúc DNA nano được gấp lại để kiểm soát tốt hơn cách hệ miễn dịch phản ứng. Trong các nghiên cứu ban đầu, phương pháp này đã tạo ra phản ứng kháng thể và tế bào T mạnh mẽ ở cả mô hình chuột và mô hình người. Các nhà nghiên cứu cho rằng công nghệ này có thể dẫn đến việc phát triển các loại vắc-xin ổn định hơn, dễ sản xuất hơn cho các bệnh như COVID-19, HIV và Ebola.

Một nền tảng vắc-xin DNA origami mới có tên là DoriVac có thể khắc phục những hạn chế chính của vắc-xin mRNA. Các thử nghiệm ban đầu cho thấy nó kích hoạt phản ứng miễn dịch mạnh mẽ, đồng thời ổn định hơn và dễ sản xuất hơn. Nguồn: Shutterstock

Đại dịch COVID-19 đã đưa vắc-xin RNA thông tin (mRNA - messenger RNA) trở thành tâm điểm toàn cầu. Sau khi hoàn tất các thử nghiệm lâm sàng, liều vắc-xin mRNA COVID-19 đầu tiên được tiêm vào ngày 8 tháng 12 năm 2020. Các nhà nghiên cứu sau đó ước tính thông qua mô hình hóa rằng những vắc-xin này đã ngăn chặn ít nhất 14,4 triệu ca tử vong trên toàn thế giới trong năm đầu tiên. Nhờ tác động mạnh mẽ đó, các nhà khoa học đã bắt đầu phát triển vắc-xin mRNA cho các bệnh truyền nhiễm khác. Các thử nghiệm lâm sàng đang được tiến hành hiện nay nhắm đến virus cúm, virus hợp bào hô hấp (RSV - Respiratory Syncytial Virus), HIV, Zika, virus Epstein-Barr và vi khuẩn lao. Đồng thời, các nghiên cứu về vắc-xin COVID-19 cũng đã chỉ ra những hạn chế quan trọng, cho thấy cần thiết phải phát triển các chiến lược vắc-xin mới.

Những thách thức về hiệu quả và sản xuất của vắc-xin mRNA

Hiệu quả bảo vệ miễn dịch do vắc-xin mRNA COVID-19 tạo ra có thể khác nhau đáng kể giữa từng người và không duy trì lâu dài. Vấn đề này càng trở nên phức tạp do sự tiến hóa liên tục của virus SARS-CoV-2, tạo ra các biến thể mới có khả năng né tránh một phần hệ miễn dịch. Vì vậy, vắc-xin cần được cập nhật thường xuyên.

Ngoài ra còn có những thách thức thực tiễn. Việc sản xuất vắc-xin mRNA khá phức tạp và tốn kém, đồng thời việc kiểm soát số lượng phân tử mRNA được đóng gói vào các hạt nano lipid vẫn còn khó khăn. Những vắc-xin này cũng yêu cầu bảo quản lạnh và có thể gây ra các tác dụng phụ không mong muốn. Việc khắc phục những hạn chế này có thể giúp cải thiện khả năng chuẩn bị và ứng phó của thế giới đối với các mối đe dọa từ bệnh truyền nhiễm trong tương lai.

Nền tảng vắc-xin DNA origami mang lại một hướng thay thế

Để giải quyết những vấn đề này, một nhóm nghiên cứu đa ngành từ Viện Wyss thuộc Đại học Harvard, Viện Ung thư Dana-Farber (DFCI - Dana-Farber Cancer Institute) và các tổ chức đối tác đã khám phá một hướng tiếp cận khác. Họ sử dụng nền tảng công nghệ nano DNA origami có tên là DoriVac, hoạt động vừa như vắc-xin vừa như chất bổ trợ (adjuvant).

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế vắc-xin DoriVac nhằm vào một vùng peptide (HR2) có trong protein gai (spike) của nhiều loại virus, bao gồm SARS-CoV-2, HIV và Ebola. Ở chuột, vắc-xin HR2 của SARS-CoV-2 đã kích hoạt phản ứng miễn dịch mạnh mẽ, bao gồm cả đáp ứng qua kháng thể (miễn dịch dịch thể) và đáp ứng qua tế bào T (miễn dịch tế bào).

Nhóm nghiên cứu cũng thử nghiệm vắc-xin này trên mô hình tiền lâm sàng ở người bằng công nghệ Organ Chip vi lỏng của Viện Wyss, mô phỏng hạch bạch huyết người trong điều kiện in vitro. Trong hệ thống này, vắc-xin HR2 của SARS-CoV-2 cũng tạo ra các phản ứng miễn dịch đặc hiệu kháng nguyên mạnh mẽ trong tế bào người.

Khi so sánh trực tiếp với vắc-xin mRNA SARS-CoV-2 được phân phối qua các hạt nano lipid, vắc-xin DoriVac mang cùng biến thể protein gai tạo ra mức kích hoạt miễn dịch tương đương mạnh trong mô hình người. Tuy nhiên, vắc-xin DNA origami cho thấy ưu điểm về độ ổn định cao hơn, đồng thời dễ bảo quản và sản xuất hơn. Những kết quả này đã được công bố trên tạp chí Nature Biomedical Engineering.

“Từ nền tảng DoriVac, chúng tôi đã phát triển một cấu trúc khung (chassis) cực kỳ linh hoạt với nhiều lợi thế quan trọng, bao gồm khả năng kiểm soát chưa từng có đối với thành phần vắc-xin, cũng như khả năng lập trình nhận diện miễn dịch trong các tế bào miễn dịch mục tiêu ở cấp độ phân tử để đạt được đáp ứng tốt hơn,” đồng tác giả liên hệ, TS. William Shih – thành viên chủ chốt của Viện Wyss và là người tiên phong trong phát triển khái niệm vắc-xin này – cho biết. “Nghiên cứu của chúng tôi chứng minh tính đa dạng và tiềm năng của DoriVac thông qua việc phân tích sâu những thay đổi miễn dịch cần thiết để chống lại các virus gây bệnh.” Ông Shih cũng là giáo sư tại Trường Y Harvard và Viện Ung thư Dana-Farber.

Cách vắc-xin DNA origami được chế tạo

Vào năm 2024, nhóm của Shih tại Viện Wyss và Viện Ung thư Dana-Farber đã giới thiệu DoriVac như một nền tảng vắc-xin dựa trên công nghệ nano DNA với tiềm năng ứng dụng rộng rãi. Yang (Claire) Zeng, M.D., Ph.D., người dẫn dắt nghiên cứu cùng các cộng sự, đã cho thấy rằng DoriVac có thể vận chuyển chính xác các phân tử chất bổ trợ kích thích miễn dịch đến tế bào ở quy mô nano.

Các nghiên cứu trước đó trên chuột mang khối u đã chứng minh rằng những vắc-xin này tạo ra phản ứng miễn dịch mạnh hơn so với các phiên bản không có cấu trúc DNA origami. Vắc-xin DoriVac được xây dựng từ các cấu trúc DNA nano hình vuông rất nhỏ, có khả năng tự lắp ráp. Một mặt của cấu trúc này hiển thị các phân tử chất bổ trợ được sắp xếp với khoảng cách nanomet được kiểm soát chặt chẽ, trong khi mặt còn lại mang các kháng nguyên được lựa chọn như peptide hoặc protein từ khối u hoặc tác nhân gây bệnh.

Tiến sĩ Zeng – đồng tác giả chính và đồng tác giả liên hệ của nghiên cứu mới, đồng thời hiện là đồng sáng lập và CEO/CTO của DoriNano và là người đang dẫn dắt việc chuyển giao công nghệ này vào các ứng dụng lâm sàng, cho biết: “Trong khi chúng tôi đang phát triển nền tảng này cho các ứng dụng điều trị ung thư, đại dịch COVID-19 vẫn đang diễn biến mạnh mẽ. Vì vậy, câu hỏi nhanh chóng được đặt ra là liệu hoạt tính bổ trợ vượt trội của DoriVac có thể được tận dụng trong các bệnh truyền nhiễm hay không,”

Để khám phá ý tưởng này, Zeng và đồng tác giả chính Olivia Young, Ph.D. (cựu nghiên cứu sinh trong nhóm của Shih) đã hợp tác với nhóm của Donald Ingber tại Viện Wyss. Nhóm của Ingber tập trung vào đổi mới thuốc chống virus bằng cách sử dụng các phương pháp dựa trên AI, đa omics, cùng với hệ thống Organ Chip vi lỏng mô phỏng cơ quan người. Cùng với đồng tác giả chính Longlong Si, Ph.D. (cựu nghiên cứu sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Ingber), các nhà nghiên cứu đã phát triển các vắc-xin DoriVac nhắm vào SARS-CoV-2, HIV và Ebola. Những vắc-xin này trình bày các peptide HR2, đóng vai trò là kháng nguyên bảo tồn trong protein gai của virus.

“Phân tích của chúng tôi về các phản ứng miễn dịch do những vắc-xin DoriVac đầu tiên này gây ra ở chuột đã cho thấy nhiều quan sát đầy hứa hẹn, bao gồm sự kích hoạt mạnh mẽ và rộng hơn của cả miễn dịch dịch thể và miễn dịch tế bào trên nhiều loại tế bào miễn dịch liên quan, so với các kháng nguyên và chất bổ trợ không có cấu trúc origami,” Zeng cho biết.

“Chúng tôi nhận thấy số lượng tế bào B tạo kháng thể, tế bào tua trình diện kháng nguyên (DCs) được hoạt hóa, cũng như các tế bào T nhớ và tế bào T gây độc đặc hiệu kháng nguyên – những yếu tố rất quan trọng cho khả năng bảo vệ lâu dài – đều tăng lên, đặc biệt rõ rệt trong trường hợp HR2 của SARS-CoV-2,” Zeng giải thích.

Từ nghiên cứu trên chuột đến mô hình người

Một thách thức trong phát triển vắc-xin là phản ứng miễn dịch ở chuột thường không phản ánh đầy đủ những gì xảy ra ở người. Khoảng cách này đã khiến nhiều phương pháp điều trị đầy hứa hẹn thất bại trong các thử nghiệm lâm sàng. Để dự đoán tốt hơn kết quả trên người, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm vắc-xin DoriVac bằng hệ thống hạch bạch huyết người trên chip (human LN Chip), mô phỏng một số khía cạnh của hệ miễn dịch người.

Hệ thống này, được phát triển bởi đồng tác giả chính Min Wen Ku và đồng tác giả liên hệ Girija Goyal, Ph.D. – Giám đốc Bộ phận Liệu pháp Lấy cảm hứng Sinh học (Bioinspired Therapeutics) tại Viện Wyss – cho thấy vắc-xin DoriVac SARS-CoV-2-HR2 kích hoạt các tế bào tua (DCs) của người và làm tăng đáng kể việc sản xuất các cytokine gây viêm so với các thành phần không có cấu trúc origami. Nó cũng làm tăng số lượng tế bào T CD4+ và CD8+ với nhiều chức năng bảo vệ, từ đó củng cố thêm tiềm năng ứng dụng nền tảng này ở người.

“Khả năng dự đoán của hệ thống LN Chip người đã mang lại cho chúng tôi một nền tảng thử nghiệm lý tưởng cho các vắc-xin DoriVac, và các cấu hình cũng như hoạt động của tế bào miễn dịch đặc hiệu kháng nguyên được tạo ra rất có thể phản ánh những gì sẽ xảy ra ở người được tiêm vắc-xin. Sự hội tụ của các công nghệ này đã giúp chúng tôi nâng cao đáng kể khả năng thành công của một thế hệ vắc-xin mới, đồng thời tạo ra một nền tảng thử nghiệm mới cho việc phát triển vắc-xin trong tương lai.” đồng tác giả chính Ingber, MD, Ph.D., đồng thời là Giáo sư Judah Folkman về Sinh học mạch máu tại Trường Y Harvard và Bệnh viện Nhi Boston, và Giáo sư Hansjörg Wyss về Kỹ thuật lấy cảm hứng sinh học (Biologically Inspired Engineering) tại Trường Kỹ thuật và Khoa học Ứng dụng John A. Paulson của Harvard cho biết.

So sánh trực tiếp với vắc-xin mRNA

Các nhà nghiên cứu cũng đánh giá một loại vắc-xin DoriVac trình bày toàn bộ protein gai (spike) của SARS-CoV-2. Dưới sự dẫn dắt của Zeng và đồng tác giả Qiancheng Xiong, nhóm đã so sánh trực tiếp loại vắc-xin này với các vắc-xin mRNA dạng hạt nano lipid (LNP) của Moderna và Pfizer/BioNTech, vốn cũng mã hóa cùng protein gai. Sử dụng phương pháp tiêm nhắc lại (booster) tiêu chuẩn trên chuột, cả hai loại vắc-xin đều tạo ra đáp ứng tương tự nhau về tế bào T kháng virus và tế bào B sản xuất kháng thể.

“Điều này nhấn mạnh tiềm năng của DoriVac như một nền tảng vắc-xin tự bổ trợ dựa trên công nghệ nano DNA. Tuy nhiên, vắc-xin DoriVac còn có nhiều lợi thế khác: chúng không yêu cầu chuỗi bảo quản lạnh nghiêm ngặt như vắc-xin mRNA-LNP, do đó có thể được phân phối hiệu quả hơn, đặc biệt ở các khu vực thiếu nguồn lực; đồng thời có thể khắc phục một số phức tạp lớn trong sản xuất vắc-xin dạng LNP,” Shih cho biết. Các nghiên cứu gần đây tại DoriNano cũng cho thấy DoriVac có hồ sơ an toàn đầy hứa hẹn.

Ngoài ra, nghiên cứu còn có sự tham gia của nhiều tác giả khác, bao gồm Sylvie Bernier, Hawa Dembele, Giorgia Isinelli, Tal Gilboa, Zoe Swank, Su Hyun Seok, Anjali Rajwar, Amanda Jiang, Yunhao Zhai, LaTonya Williams, Caleb Hellman, Chris Wintersinger, Amanda Graveline, Andyna Vernet, Melinda Sanchez, Sarai Bardales, Georgia Tomaras, Ju Hee Ryu và Ick Chan Kwon.

Nghiên cứu được tài trợ bởi nhiều tổ chức, bao gồm Quỹ Giám đốc và Chương trình Dự án Thẩm định của Viện Wyss; Chương trình Claudia Adams Barr tại DFCI; Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH); quỹ hợp tác toàn cầu Mỹ–Nhật CRDF; Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Hàn Quốc; Chương trình Nghiên cứu Nội bộ của Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST); và Quỹ Bill & Melinda Gates.
 

Nguồn bài viết:

Tài liệu được cung cấp bởi Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering at Harvard. Bài viết gốc do Benjamin Boettner thực hiện. Lưu ý: Nội dung có thể đã được chỉnh sửa về văn phong và độ dài.

Tài liệu tham khảo (bài báo khoa học):

 Yang C. Zeng, Olivia J. Young, Qiancheng Xiong, Longlong Si, Min Wen Ku, Sylvie G. Bernier, Hawa Dembele, Giorgia Isinelli, Tal Gilboa, Zoe Swank, Su Hyun Seok, Anjali Rajwar, Amanda Jiang, Yunhao Zhai, LaTonya D. Williams, Caleb A. Hellman, Chris M. Wintersinger, Amanda R. Graveline, Andyna Vernet, Melinda Sanchez, Sarai Bardales, Georgia D. Tomaras, Ju Hee Ryu, Ick Chan Kwon, Girija Goyal, Donald E. Ingber, William M. Shih. “Các hạt nano vắc-xin DNA origami cải thiện đáp ứng miễn dịch dịch thể và tế bào đối với các bệnh truyền nhiễm.” Tạp chí Nature Biomedical Engineering, năm 2026
DOI: 10.1038/s41551-026-01614-w