Tháng 3 vừa qua, GE Research cùng các đối tác được Cơ quan Chỉ đạo các Dự án Nghiên cứu Quốc phòng Tiên tiến (DARPA) tài trợ để thực hiện một dự án kéo dài 5 năm. Dự án này nhằm phát triển một nền tảng y tế di động có thể sản xuất vắc xin dựa trên DNA và RNA trong thời gian chưa đến ba ngày.

Tại phòng thí nghiệm của GE Research ở Niskayuna (New York), John Nelson – Nhà khoa học cấp cao tại GE Research cầm một mẫu thử DNA tổng hợp đựng bên trong một chiếc lọ nhỏ. Ông cho biết chiếc lọ này có đủ DNA tổng hợp để sản xuất khoảng 5.000 liều vắc xin. “Chúng tôi chỉ mất chưa đến một ngày để sản xuất cái này” – Nelson nói thêm.

Giờ đây, Nelson và nhóm nghiên cứu đang áp dụng chuyên môn của mình trong việc sản xuất một lượng DNA tổng hợp công nghiệp để giải quyết một thử thách mới: tìm ra cách để sản xuất hàng loạt vắc xin một cách dễ dàng và nhanh chóng trên toàn cầu.

Hệ thống GE có thể được quân đội sử dụng để phân phối các vắc xin và phương pháp điều trị nhanh chóng hơn – chẳng hạn như một số loại vắc xin COVID-19 được phê duyệt gần đây như một phần của các hoạt động nhân đạo.

Tất nhiên, việc sản xuất đủ vắc xin cho toàn bộ dân số trên thế giới trong thời kỳ khủng hoảng và thực hiện nó một cách nhanh chóng là một thách thức lớn. Đặc biệt là khi quá trình sản xuất hàng loạt DNA và RNA – các yếu tố nền tảng của nhiều loại vắc-xin hiện nay thường mất tới hàng tuần. Các sợi phải được tập hợp từ oligonucleotide – những phân tử DNA ngắn và phải được gắn vào chuỗi DNA – công việc tương tự như chơi một bức tranh xếp hình. Thông thường, các vật chất cần được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng các tế bào sống trước khi được tạo thành vắc xin và được tiêm vào cánh tay của người nhận.

Nắm giữ 65 bằng sáng chế của Hoa Kỳ, Nelson phát minh ra một phương pháp tổng hợp để tạo ra DNA trong thời gian ngắn cũng như cần ít không gian và thiết bị hơn. “Nếu bạn cần một gallon DNA để tiêm chủng cho một thành phố như Albany hay New York, DNA đó sẽ cần đến 500 lít vi khuẩn lên men theo cách cũ. Những gì chúng tôi đã phát triển là phương pháp tổng hợp để thực hiện điều đó bằng enzyme, cần một vật chứa nhỏ hơn nhiều” – John Nelson nói.

DNA bottle

Một lọ mẫu thử DNA được sản xuất bằng phương pháp tổng hợp mới có khả năng tạo ra lượng DNA công nghiệp đủ cho 5000 liều vắc xin trong vòng 3 ngày.

Nhóm nghiên cứu của Nelson đang sử dụng các enzym – protein xúc tác các phản ứng sinh hóa để lắp ráp DNA và RNA. Không giống như vi khuẩn, họ không cần cho các enzyme ăn và dọn dẹp sau đó. Nelson nói rằng quá trình này giống như in một trang của cuốn sách dạy nấu ăn và sản xuất hàng loạt theo một công thức. “Chúng tôi đưa bản sao chính và tất cả các thành phần chúng tôi có vào một máy ấp” – Nelson cho biết. “Sau khoảng 10 tiếng, chúng tôi thu được rất nhiều gram DNA tinh khiết ở bên trong. Sau đó, vi khuẩn lên men sẽ bị loại bỏ và phá vỡ để lấy DNA từ chúng”.

Dự án vô cùng thích hợp trong bối cảnh đại dịch. Phương pháp tiếp cận này có tiềm năng tương thích với vắc xin mRNA – vốn là cơ sở của các mũi tiêm COVID-19 từ Pfizer và Moderna. Những loại vắc xin đó sử dụng các phân tử mRNA truyền tin để thúc đẩy phản ứng hệ thống miễn dịch của con người và giúp tạo ra kháng thể khi họ tiếp xúc với vi rút.

Bằng cách kết hợp chuyên môn của họ về hóa học, sinh học phân tử và kỹ thuật với tài năng của các đối tác của họ, nhóm Nghiên cứu của GE tin rằng có thể tích hợp tất cả các bước cần thiết để tạo ra một nền tảng sản xuất vắc xin di động.

Nelson đã có nhiều đột phá khoa học và công nghệ trong suốt sự nghiệp của mình tại GE Research, bao gồm các dự án làm khuếch đại DNA từ lượng vết trong các mẫu pháp y, vi trùng đơn lẻ và các tế bào ung thư tuần hoàn.

“Tôi đã làm rất nhiều thứ được coi là mới lạ nhưng đây là một dự án lớn kết nối nhiều công nghệ thực sự độc đáo lại với nhau theo cách hoàn toàn tự động” – Nelson nói. “Thật sự rất thú vị khi biết rằng chúng tôi đang làm một điều gì đó chưa từng được làm trước đây: tự động hóa việc sản xuất DNA cấp dược phẩm bắt đầu từ con số không”.

BÌNH LUẬN CỦA BẠN