Sản xuất vaccine phức tạp như thế nào?

Theo trang HK01, ngày 12/5 Tổng thư ký Liên hợp quốc Antonio Guterres phát biểu rằng thế giới cần nâng cao gấp đôi năng lực sản xuất vaccine để ngăn chặn sự lây lan như "cháy rừng" của virus SARS-CoV-2 ở các nước đang phát triển. Để gia tăng sản lượng, Chính quyền của Tổng thống Joe Biden đã tuyên bố ủng hộ kế hoạch từ bỏ quyền sở hữu trí tuệ đối với vaccine COVID-19. Muốn tìm hiểu tại sao thế giới thiếu vaccine, cũng như cách giải vấn đề này, thì trước hết cần xem việc sản xuất vaccine phức tạp như thế nào.

* Sự phụ thuộc vào dây chuyền công nghiệp

Vaccine là loại thuốc đặc biệt phức tạp. Khác với các loại thuốc phân tử nhỏ có thể được tổng hợp thông qua các bước tương đối đơn giản, phổ biến, việc sản xuất vaccine có quy trình hàng ngàn bước, trong đó nhiều bước có độc quyền sáng chế hoặc bảo mật. Theo thông tin từ báo chí, quy trình sản xuất vaccine Pfizer của công ty dược phẩm Đức BioNtech có hơn 50.000 bước.

Công nghệ vaccine mRNA kiểu mới của Pfizer/BioNTech và Moderna đặc biệt phức tạp. Giám đốc điều hành của Pfizer cho biết trong một bức thư ngỏ, loại vaccine này cần hơn 280 nguyên vật liệu khác nhau, quy trình sản xuất phân bổ ở 19 quốc gia với hơn 100 quyền sở hữu trí tuệ khác nhau.

Tuy nhiên, công nghệ mới này cũng có rất nhiều ưu điểm. Tính đến nay, vaccine mRNA đã được chứng minh đạt hiệu quả cao nhất trong số các loại vaccine, không những có thể giảm thiểu tỷ lệ nằm viện và tử vong, mà còn có thể hạ thấp tỷ lệ lây lan. Ngoài ra, vaccine mRNA còn có thể tái thiết kế nhanh chóng để ứng phó với các biến thể virus có thể xuất hiện trong tương lai.

Điều quan trọng là mặc dù quy trình sản xuất mRNA phức tạp hơn các công nghệ vaccine khác, nhưng chi phí phục chế quy trình này thấp hơn, đồng thời dễ mở rộng quy mô hơn so với các loại vaccine khác. Hơn nữa cơ sở sản xuất cần thiết cũng nhỏ hơn và rẻ hơn nhưng lại có thể duy trì sản lượng cao.

Theo một báo cáo nghiên cứu công bố vào tháng 6/2020, so với việc sản xuất vaccine truyền thống, cơ sở sản xuất vaccine mRNA "có thể sử dụng chưa đến 1/2 thời gian và từ 1/20 đến 1/35 chi phí đầu tư giai đoạn đầu để xây dựng". Điều này giúp công nghệ mRNA có sức hút đặc biệt đối với những bên muốn đẩy nhanh tốc độ cung ứng vaccine trên thế giới. Do đó, bài viết này sẽ chủ yếu tập trung vào quy trình sản xuất vaccine mRNA.

Tuy nhiên, điều này không có nghĩa là việc sản xuất các loại vaccine khác không quan trọng. Kể từ sau khi được Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) cấp phép sử dụng khẩn cấp vaccine, hai nhà sản xuất vaccine sử dụng công nghệ truyền thống là tập đoàn Sinopharm và Sinovac Biotech tuyên bố sẽ lần lượt nâng cao năng lực sản xuất hàng năm lên 3 tỷ liều và 2 tỷ liều, đủ để đáp ứng nhu cầu tiêm chủng của gần 1/2 dân số thế giới.

Tuy nhiên, những hạn chế cố hữu của công nghệ sản xuất này khiến cho quy mô nói trên khó được các tập đoàn dược khác nhân rộng. Ví dụ, gần đây Sinovac tuyên bố sẽ chuyển nguyên vật liệu vaccine cho Ai Cập để sản xuất vaccine ở nước này, nhưng cho biết nhà máy của Ai Cập chỉ có thể sản xuất 40 triệu liều trong năm nay. So với nhu cầu của thế giới, đây chỉ là "hạt muối bỏ biển".

* Quy trình sản xuất phức tạp

Muốn biết vaccine mRNA được sản xuất như thế nào, đầu tiên cần phải tìm hiểu nó phát huy tác dụng ra sao. Loại vaccine này sử dụng axit ribonucleic thông tin (RNA thông tin, gọi tắt là mRNA) có thể mã hóa và giải mã thông tin di truyền để kích thích cơ thể con người tạo ra một loại protein tương tự như "protein gai" (spike protein, hay protein S) trên bề mặt virus SARS-CoV-2. Khi đó, hệ thống miễn dịch của con người sẽ phản ứng tương tự như khi gặp tình huống nhiễm trùng thực tế, do đó dẫn đến phản ứng miễn dịch hiệu quả đối với virus SARS-CoV-2.

Mặc dù các nhà sản xuất vaccine mRNA luôn giữ bí mật chi tiết về dây chuyền sản xuất, nhưng những bước bình thường, cũng như những hạn chế chủ yếu mà họ phải đối mặt thì mọi người đều biết. Bước thứ nhất là tạo ra dung dịch hóa học chứa một lượng lớn DNA protein S. Một khi có đủ DNA được nhân rộng, dung dịch này sẽ được đóng vào túi nhựa đặc biệt, chuyển sang giai đoạn 2. Dung dịch được đưa vào dụng cụ phản ứng chuyên dụng, và ở trong môi trường đó, proteinase đặc biệt sẽ chuyển hóa DNA của protein S thành mRNA.

Hai giai đoạn này chịu trở ngại của ba thiếu hụt chủ yếu. Đầu tiên, kể từ khi dịch bệnh bùng phát đến nay, nhu cầu sử dụng túi nilon vô trùng, sử dụng một lần trong các lò phản ứng kim loại rất lớn, đã gây nên "nút thắt cổ chai" đầu tiên cho các nhà sản xuất. Thứ hai, thiếu nguyên tố cung cấp cơ sở hóa học cho mRNA, nghĩa là nucleotide và AND plasmid. Trước khi xảy ra dịch bệnh, hợp chất hóa học này là sản phẩm mà toàn thế giới chỉ có một số công ty sản xuất, hơn nữa số lượng rất ít. Để có được những nguyên vật liệu này, các nhà sản xuất vaccine phải hỗ trợ các nhà cung ứng phát triển dây chuyền sản xuất của mình, bao gồm thu mua, vật chuyển, lưu trữ và sản xuất.

Đây là một trong những khó khăn chủ yếu trong việc tăng cường năng lực sản xuất vaccine trên toàn cầu. Dường như đằng sau mỗi khâu trong quy trình sản xuất vaccine đều tiềm ẩn sự thiếu hụt của các chuỗi sản xuất khác và vấn đề quyền sở hữu trí tuệ. Đây không phải là đặc trưng riêng có của vaccine mRNA. Toàn bộ dây chuyền sản xuất của Công ty công nghệ sinh học Mỹ Novavax đã bị ảnh hưởng do sự thiếu hụt vỏ cây của Chile, trong khi loại vỏ cây này là một trong những thành phần quan trọng của vaccine protein.

Thứ ba, mối lo ngại về sự thiếu hụt cũng gây rối loạn quy trình đóng nắp của mRNA, nghĩa là thêm một phân tử hóa học vào mRNAM để ngăn cản sự phân hủy quá nhanh của nó. Những vật liệu cần thiết để sản xuất nút chai do một số ít nhà cung ứng kiểm soát nghiêm ngặt, hơn nữa một phân tử cần thiết trong đó lại do một công ty ở bang California, Mỹ sở hữu độc quyền sáng chế. Hiện nay, những nỗ lực để mở rộng năng lực sản xuất phân tử này đã thành công nhưng quá trình này vẫn là một trong những bước đắt đỏ nhất trong sản xuất mRNA.

Đến đây, đã hoàn thành một nửa quy trình sản xuất mRNA. Bước tiếp theo sẽ là bọc mRNA trong lipid. Bởi vì mRNA là một phân tử tương đối không ổn định, thời gian sống trong cơ thể người không dài, do đó công nghệ nano được sử dụng để bọc mRNA không ổn định vào trong một hạt lipid nhỏ, chính là một bong bóng nhỏ của axit béo.

Vấn đề là rất ít công ty sản xuất lipid, và sản phẩm này đã trở thành "nút thắt cổ chai" chủ yếu của vaccine mRNA toàn cầu. Để xử lý vấn đề này, Công ty Pfizer đã hợp tác với các nhà cung ứng, thậm chí bắt đầu sản xuất nội bộ, nhưng vấn đề thiếu hụt vẫn tồn tại. Lipid cần số lượng lớn nhất chính là "lipid cation có thể ion hóa" lại bị hạn chế bởi bằng độc quyền sáng chế giới hạn của một số công ty. Hơn nữa, bản thân quy trình sản xuất của những công ty này chính là một quá trình phức tạp phải mất nhiều tháng mới có thể hoàn thành.

Một vấn đề khác là thiếu máy móc chuyên dụng thích hợp. Ngành sản xuất mRNA quy mô công nghiệp ra đời vào năm 2020, rất nhiều máy móc đều được thiết kế và chế tạo đặc biệt cho các công ty dược, bao gồm máy kết hợp mRNA với lipid, và máy chuyên dụng dùng để lọc hỗn hợp lipid là những loại máy rất khó có được, thậm chí tháng 2/2021, Chính phủ Mỹ cho biết sẽ sử dụng "Đạo luật sản xuất quốc phòng" để hỗ trợ Pfizer mua được nhiều máy móc hơn.

Sau khi lọc dung dịch vaccine, quy trình sản xuất dường như đã kết thúc, nhưng vấn đề thiếu hụt vẫn chưa chấm dứt. Trải qua vòng kiểm soát chất lượng sau cùng, chất lỏng được chuyển sang giai đoạn gọi là "vào lọ và đóng gói". Tuy nhiên, do thiếu năng lực máy móc, nên các nhà sản xuất vaccine phải đạt được thỏa thuận với các ông lớn dược phẩm khác để hỗ trợ việc hoàn thành giai đoạn "vào lọ và đóng gói". Vấn đề "họa vô đơn chí" là tình trạng thiếu lọ đựng vaccine trên toàn cầu tiếp tục làm giảm tốc độ của các nhà sản xuất vaccine.

Sau cùng, một thách thức thường bị coi nhẹ là việc tuyển dụng và bồi dưỡng nguồn nhân lực lành nghề. Nếu không có người am hiểu cách sử dụng thì tất cả nguyên liệu và máy móc trên thế giới đều sẽ trở nên vô dụng.

Điều này hiển nhiên bao gồm vô số các nhà khoa học và chuyên viên kỹ thuật. Ở nhà máy sản xuất vaccine BioNtech, mỗi bước đều cần được ghi lại trong hệ thống bởi 2 chuyên viên kỹ thuật, sau khi 2 chuyên viên kỹ thuật này xác nhận tốt thì bước này mới được triển khai. Tuy nhiên, để đảm bảo những quy trình cực kỳ phức tạp này có thể hoàn thành trước thời hạn, đồng thời đáp ứng yêu cầu chất lượng và quản lý nghiêm ngặt, các công ty vaccine vẫn cần phải tuyển dụng những nhân viên quản lý làm nhiệm vụ ghi chép chi tiết hồ sơ lô sản xuất.

Tất cả những điều này cho thấy thành tựu nghiên cứu, phát triển và sản xuất vaccine sớm của các nhà sản xuất vaccine quả thực rất đáng ca ngợi. Từ giải trình tự gen của virus SARS-CoV-2 đến thử nghiệm giai đoạn III của vaccine mRNA, toàn bộ quá trình chỉ mất 300 ngày, công ty Pfizer và Moderna chỉ mất nửa năm để xây dựng quy trình sản xuất quy mô công nghiệp toàn cầu theo như mô tả nói trên.

Tuy nhiên, mặc dù đã đạt những thành công này, song thế giới vẫn thiếu hụt vaccine. Do đó, vấn đề hiện nay là liệu chúng ta có thể đơn độc dựa vào những công ty này để nâng cao sản lượng vaccine, hay đã đến thời điểm chia sẻ công nghệ cho các công ty khác?./.

Theo TTXVN tại Hong Kong