Vaccine đâu chỉ gồm... vaccine

TTCT - Đằng sau mỗi mũi kim tiêm vaccine vào bắp tay người dân là guồng máy khổng lồ sản xuất lọ chứa, kim tiêm và phụ liệu mà nếu không có chúng thì vaccine chỉ là những công thức khoa học tuyệt vời nằm trên bàn giấy.

Nhìn vào đại dịch COVID-19, mọi thứ liên quan đến vaccine đến nay vẫn đang diễn ra với tốc độ chưa từng có: tính đến ngày 11-7, hơn 3,39 tỉ liều vaccine đã được tiêm cho hơn 1,9 tỉ người - gần 1/4 dân số thế giới - dù vẫn tập trung chủ yếu ở các nước giàu và tự chủ được vaccine, theo số liệu mà Bloomberg và Our World in Data tổng hợp.

Điều này thật khó tin, nếu ta nhớ rằng, cách đây một năm rưỡi virus SARS-CoV-2 còn chưa có tên gọi chính thức và vaccine COVID-19 đầu tiên mới được cấp phép khẩn cấp tại Mỹ vào tháng 12-2020.

Khi liên tiếp các công trình nghiên cứu vaccine COVID-19 trên thế giới bước vào giai đoạn thử nghiệm lâm sàng cuối cùng với triển vọng khả quan thì cũng là lúc các nước hối hả đi tìm nguồn cung nguyên phụ liệu để sản xuất đại trà. Ngành sản xuất phụ trợ, vốn đã quen với thị trường vaccine có chu kỳ nhu cầu đều đặn và không nhiều biến động, bỗng đối diện với bài toán đáp ứng số lượng đơn mua tăng vọt gần như tức thời cho những sản phẩm của họ.

Lọ chứa: không đơn giản là thủy tinh

Hầu hết lọ thủy tinh dùng để chứa vaccine được làm từ thủy tinh borosilicate - một phát minh của nhà khoa học người Đức Otto Schott từ cuối thế kỷ 19. Vật liệu này có các tính chất hoàn hảo để chứa sinh phẩm y tế như chống sốc nhiệt tốt và rất ít phản ứng với hóa chất bên trong, khác với thủy tinh thông thường làm từ soda lime có thể giải phóng các hạt thủy tinh nhỏ khi tiếp xúc với hóa chất mạnh trong thời gian dài.

Công ty Schott AG do Otto sáng lập có trụ sở tại thành phố Mainz nước Đức hiện là nhà sản xuất thủy tinh borosilicate dùng trong y tế lớn nhất thế giới. “Khoảng 25 tỉ liều vaccine mỗi năm trên toàn thế giới - tương đương 1.200 mũi tiêm mỗi giây - được rút ra từ các lọ chứa làm bằng thủy tinh borosilicate của chúng tôi” - ông Fabian Stöcker, phó chủ tịch Schott AG, nói với Bloomberg.

Khoảng 11 tỉ trong số này là lọ vaccine do Schott AG sản xuất từ A đến Z, phần còn lại do bên thứ 3 sản xuất từ phôi ống borosilicate do Schott AG cung cấp.

Nhưng lọ vaccine làm bằng thủy tinh borosilicate vẫn tồn tại một nhược điểm: chúng thường bị vỡ hoặc tạo ra bụi thủy tinh li ti khi va đập vào nhau trên băng chuyền. Chỉ cần một lọ bị phát hiện nhiễm bụi cũng có thể phải bỏ đi cả một lô vaccine và buộc dây chuyền sản xuất ngừng hoạt động để khắc phục sự cố, theo The New Yorker.

Một loại thủy tinh mới mang tên Valor Glass, do Corning - Công ty sản xuất kính cường lực Gorilla - phát triển từ năm 2011, đã được Chính phủ Mỹ chấp nhận rót tiền để sản xuất. Loại thủy tinh này được dùng cho một số dòng điện thoại thông minh, sử dụng nhôm thay cho boron trong công thức phối trộn với silica, đồng thời được phủ một lớp polyme làm giảm ma sát bề mặt giúp thành phẩm có đặc tính chịu được va đập tốt hơn và giảm thiểu rủi ro giải phóng các chất ô nhiễm vào vaccine.

Tháng 6-2020, Chính phủ Mỹ đã rót cho Corning hơn 200 triệu USD để đẩy nhanh sản xuất loại lọ này cho chiến dịch tiêm chủng của Mỹ.

Sản xuất lọ chứa vaccine tại nhà máy của Corning. Ảnh: Corning

SiO2 Materials Science, một công ty có trụ sở ở Alabama, cũng đang sản xuất một loại lọ vaccine thay thế borosilicate được làm chủ yếu từ nhựa và chỉ tráng một lớp mỏng thủy tinh, giúp chịu lực tốt hơn và giảm lệ thuộc vào nguồn cung cát có độ tinh khiết cao vốn đang ngày một khan hiếm.

Tháng 6-2020, SiO2 đã giành được khoản đầu tư 143 triệu USD từ Chính phủ Mỹ để tăng công suất từ 14 triệu lọ lên 120 triệu vào tháng 12. Rõ ràng đảm bảo nguồn cung lọ chứa đang là ưu tiên số 1 của các nước có dây chuyền sản xuất vaccine. Như CEO của AstraZeneca đã từng cảnh báo ngay từ giai đoạn đầu của đại dịch: “Thế giới đang không có đủ lọ chứa”.

“Thuốc bổ” cho vaccine

Adjuvant (tá chất) là một thành phần quan trọng khác trong mỗi lọ vaccine. Đây là tên gọi chung cho các hoạt chất mà khi thêm vào vaccine có tác dụng làm tăng đáp ứng miễn dịch nơi người được tiêm.

“Thử tưởng tượng bạn có một khẩu súng có độ chính xác cao và bạn nhắm đến mục tiêu cần bắn. Có thể viên đạn của bạn không có đủ năng lượng và nó rơi xuống đất trước khi kịp chạm đến mục tiêu. Năng lượng bổ sung cần thiết đó được cung cấp bởi các adjuvant” - ông Garo Armen, CEO của Công ty công nghệ sinh học Agenus, ví von với Bloomberg.

Ở đây, vaccine chính là khẩu súng và mục tiêu là một phản ứng miễn dịch cụ thể mà vaccine đó muốn nhắm đến. Adjuvant giúp đảm bảo phản ứng này được kích hoạt và hệ miễn dịch có thể “ghi nhớ” để khai hỏa khi mầm bệnh thật xâm nhập vào cơ thể dù là nhiều năm sau đó.

Không phải vaccine nào cũng cần adjuvant, nhưng hầu hết vaccine COVID-19 đều đang sử dụng một chất bổ trợ. Về lý thuyết, adjuvant giúp giảm thể tích vaccine cần thiết để đạt hiệu quả cho mỗi liều, giảm bớt gánh nặng cho khâu sản xuất. Chúng cũng có thể làm tăng tác dụng của vaccine ở người lớn tuổi, những người có hệ thống miễn dịch khó đánh thức.

Adjuvant đầu tiên được phát hiện một cách tình cờ bởi Gaston Ramon, một bác sĩ thú y người Pháp, vào đầu thế kỷ 20. Ông thử tiêm cho ngựa những mũi tiêm phòng bệnh bạch hầu có trộn với một trong các “phụ gia” mà ông tự nghĩ ra như vụn bánh mì, bột sắn, bột rau câu và phát hiện chúng giúp kích hoạt phản ứng miễn dịch tốt hơn.

Trong nhiều thập niên sau đó, adjuvant đáng chú ý duy nhất được cấp phép sử dụng trong vaccine trên người là muối nhôm, nhờ ưu điểm là có thể được sản xuất số lượng lớn với giá thành rẻ. Chất này đã góp phần vào thành công của các chiến dịch chủng ngừa viêm gan, uốn ván và bạch hầu.

Mãi đến những năm 1990, các phòng thí nghiệm công nghệ sinh học mới tìm ra và phát triển các phương pháp tiếp cận phức tạp mới, tạo ra các adjuvant được tinh chỉnh và nhắm mục tiêu tốt hơn đến hệ thống miễn dịch. Tuy nhiên, các adjuvant mới cho đến gần đây vẫn phải được chưng cất từ các nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên - công đoạn cần thời gian, kiên nhẫn và nguồn cung thô dồi dào.

Thành phần hoạt chất trong QS-21 - adjuvant dùng trong vaccine ngừa bệnh zona - có nguồn gốc từ vỏ cây soapbark, một giống thực vật thường xanh mọc chủ yếu ở vùng núi Chile. Vỏ cây chỉ có thể được thu hoạch vào mùa hè, phải nghiền vụn với nước và xử lý qua nhiều bước mới ra được thành phẩm.

Lấy tá chất từ cây soapbark. Minh hoạ: The Atlantic

Một loại adjuvant phổ biến khác là squalene thì có nguồn gốc từ dầu gan cá mập. Để có đủ lượng squalene cho 1 tỉ liều vaccine thì “cần rất nhiều cá mập và tốn nhiều công săn bắt trong một thời gian dài”, theo ông John Melo - CEO của Công ty công nghệ sinh học Amyris Inc. (Mỹ).

Giờ đây, giới công nghệ sinh học đang tìm cách tổng hợp những hợp chất tự nhiên này trong phòng thí nghiệm. Công ty Agenus đang nghiên cứu nhân bản tế bào vỏ cây soapbark trong các lò phản ứng sinh học và kỳ vọng trong vài năm nữa có thể tạo ra một lượng đủ lớn QS-21 để giảm phụ thuộc vào thu hoạch tự nhiên. Amyris thì đang thử nghiệm phiên bản squalene được sản xuất bằng cách lên men cây mía thô và sản phẩm đã “gần sẵn sàng để đưa ra thị trường” từ trước khi dịch COVID-19 bùng phát, Melo cho biết.

Tháng 7-2020, Amyris cam kết cung cấp 10 tấn squalene - đủ cho 1 tỉ liều vaccine 10mg - đến cuối năm cho một công ty sản xuất vaccine COVID-19. Ngay cả khi nghiên cứu thất bại, lượng squalene khổng lồ này vẫn có thể được sử dụng trong sản xuất vaccine ngừa cúm và sẽ không bị lãng phí.

Bước cuối cùng trong quy trình sản xuất vaccine là “chiết rót và hoàn thiện”, trong đó vaccine và các hóa chất khác được cho vào lọ, niêm phong và kiểm tra. Nhiều nhà máy ngày nay có thể hoàn thiện hàng chục nghìn liều vaccine mỗi giờ, nhưng khi nhu cầu cấp thiết lên đến hàng tỉ liều như chiến dịch tiêm chủng COVID-19 hiện nay thì ngay cả những cánh tay robot nhanh nhất cũng tỏ ra quá chậm chạp. Đó là lý do những lô vaccine đầu tiên ra thị trường được đóng gói theo kiểu nhiều liều/lọ nhằm đáp ứng yêu cầu tiêm chủng thần tốc.

Tính chất gấp rút của chiến dịch cũng đồng nghĩa các công ty vaccine chưa đủ thời gian để phát triển và đợi phê duyệt chất bảo quản dành cho vaccine của họ - một quy trình mất nhiều thời gian để đảm bảo chất này không phản ứng hoặc làm thay đổi tính chất của vaccine. Nếu không có chất bảo quản, toàn bộ vaccine trong một lọ sẽ phải được sử dụng hết trong vòng 6 tiếng sau khi mở, theo hướng dẫn của Tổ chức Y tế thế giới (WHO).

Chủ động tính xa

Theo ông Troy Kirkpatrick, người phát ngôn Công ty Becton, Dickinson & Co. - nhà sản xuất ống bơm và kim tiêm lớn nhất thế giới, nguyên liệu thô cho cả hai sản phẩm này đều phổ biến và sẵn có nên lo ngại về sự thiếu hụt nguyên liệu là không quá lớn. Vấn đề là các chính phủ tính toán được số lượng cần có sớm đến đâu để đặt hàng cho kịp.

Theo Kirkpatrick, Chính phủ Canada đã sớm đặt hàng 38 triệu bơm kim tiêm từ trước khi các nghiên cứu vaccine COVID-19 bước vào giai đoạn nước rút. Số lượng này đủ để triển khai tiêm phòng ít nhất 1 mũi vaccine cho mỗi người dân quốc gia Bắc Mỹ này.

“Nhưng một số nước khác dường như cho rằng còn quá sớm để nghĩ đến chuyện chuẩn bị và họ có thời gian để chờ đợi thêm” - Kirkpatrick nói. Thậm chí ngay cả Mỹ, dù đã được dự báo từ tháng 1-2020 rằng nước này sẽ cần khoảng 650 - 850 triệu bơm kim tiêm cho kế hoạch chủng ngừa COVID-19, gấp khoảng 50 lần số lượng có sẵn trong kho dự trữ chiến lược quốc gia khi đó, nhưng mãi đến tháng 5 cùng năm chính quyền tổng thống Donald Trump mới đặt đơn hàng mua bổ sung đầu tiên.

Đến đầu tháng 7-2020, Cơ quan nghiên cứu và phát triển y sinh nâng cao (BARDA) của Mỹ đồng ý đầu tư 42 triệu USD để tăng năng lực sản xuất của nhà máy Becton, Dickinson & Co. ở bang Nebraska, đồng thời mua 50 triệu bơm kim tiêm của hãng này. Chỉ 2 tuần sau, Mỹ tiếp tục mua vào 140 triệu bộ bơm kim tiêm, và Canada mua thêm 37 triệu bộ.

Theo Kirkpatrick, dù các thử nghiệm vaccin có thành công hay không thì Chính phủ Mỹ đã trả tiền trước và sẵn sàng “bao tiêu” cho số bơm kim tiêm được sản xuất tăng cường, nếu không xài đến thì cũng để bổ sung vào kho dự trữ quốc gia. Điều quan trọng, theo ông, là các đơn vị sản xuất được tham dự vào khâu chuẩn bị của chính phủ từ sớm để biết vai trò của mình ở đâu trong chuỗi cung ứng của chiến dịch tiêm chủng.

Không phải tất cả các vaccine đều giống nhau, và các nhà sản xuất bơm kim tiêm cũng cần phải biết vaccine COVID-19 mà nhà nước sử dụng cần đến loại kim tiêm nào trước khi bắt tay vào sản xuất. “Bạn cần loại 1ml hay 10ml, hay đâu đó ở giữa? Tăng cường sản xuất thì ổn thôi, nhưng tăng cường sản xuất cụ thể cái gì mới được? Chúng tôi không thể đoán bạn sẽ cần loại ống tiêm nào vào phút cuối” - Kirkpatrick giải thích.■

Tháng 3 năm nay, Hong Kong và Macau thông báo tạm dừng tiêm vaccine Pfizer/BioNTech cho người dân sau khi phát hiện khoảng vài chục lọ vaccine trong cùng một lô có phần nắp niêm phong bằng nhôm bị lệch, thân thủy tinh bị ố, hộp đựng bên ngoài có dấu hiệu rò rỉ và xuất hiện vết nứt. Dù trấn an người dân rằng “không có lý do để tin rằng sự an toàn của sản phẩm gặp rủi ro” vì các khiếm khuyết ngoại quan trên, lãnh đạo cả hai đặc khu hành chính cho biết “để thận trọng” thì việc tiêm chủng cho lô này sẽ bị đình chỉ trong khi chờ điều tra thêm.

Các vaccine COVID-19 sử dụng công nghệ tiên tiến mRNA như Pfizer và Moderna đang là mục tiêu săn đón của nhiều quốc gia. Chấp nhận thực tế đã về sau trong cuộc đua giữ chỗ mua vaccine, một số nước châu Á - Thái Bình Dương có nền khoa học - y tế phát triển như Úc, Hàn Quốc và Singapore đang đầu tư cho một cuộc đua dài hơi hơn: thành lập các cơ sở để nghiên cứu và tiến tới tự chủ sản xuất được vaccine mRNA của riêng mình trong tương lai.

Công ty BioNTech của Đức đã thông báo sẽ thành lập một nhà máy hợp tác ở Singapore với năng lực sản xuất hàng trăm triệu liều vaccine mỗi năm dựa trên công nghệ mRNA, dự kiến hoàn thành vào năm 2023. Hãng Moderna (Mỹ) hồi tháng 5 cũng đã ký kết 2 biên bản ghi nhớ với Chính phủ Hàn Quốc trong các lĩnh vực nghiên cứu và sản xuất vaccine mRNA. Chính quyền Canberra cũng đã dành ra hàng triệu USD để đảm bảo khả năng sản xuất vaccine mRNA trong nước, dự kiến bắt đầu từ năm sau, sau khi đạt được thỏa thuận hợp tác với Moderna.