Luận văn ThS. Nguyễn Xuân Hoà: Nghiên cứu cải tiến quy trình sản xuất vắc xin sởi

Nghiên cứu cải tiến quy trình sản xuất vắc xin sởi tại Việt Nam, tối ưu thời điểm thu hoạch và quy trình đông tan để tăng hiệu quả sản xuất.

• Tác giả: Nguyễn Xuân Hòa
• Người hướng dẫn: Ts. Ngô Thu Hường
• Trường học: Trường Đại Học Mở Hà Nội
• Chuyên ngành: Công Nghệ Sinh Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Cải Tiến Quy Trình Sản Xuất Vắc Xin Sởi Bán Thành Phẩm Tại Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tình Hình Sản Xuất Vắc Xin Sởi Hiện Nay Tại Việt Nam

Vắc xin sởi là một trong những sản phẩm sinh học quan trọng nhất trong chương trình tiêm chủng mở rộng của Việt Nam. Hiện nay, sản xuất vắc xin sởi tại các cơ sở như POLYVAC đang sử dụng chủng vi rút Sởi AIK-C để tạo ra vắc xin sởi sống giảm độc lực. Tuy nhiên, hiệu quả sản xuất vắc xin vẫn còn nhiều hạn chế cần cải tiến. Các nghiên cứu gần đây cho thấy rằng quá trình nuôi cấy tế bào và thu hoạch vi rút đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao năng suất. Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về vắc xin sởi chất lượng cao, cần phải tối ưu hóa từng bước trong quy trình sản xuất. Cải tiến quy trình sản xuất không chỉ giúp tăng hiệu giá mà còn đảm bảo chất lượng và an toàn cho người sử dụng.

1.1. Vai Trò Của Vắc Xin Sởi Trong Phòng Chống Bệnh

Bệnh sởi vẫn là mối đe dọa sức khỏe cộng đông tại Việt Nam mặc dù tỷ lệ tiêm chủng cao. Vắc xin sởi sống giảm độc lực là giải pháp hiệu quả nhất để phòng chống bệnh này. Việc tiêm vắc xin sởi đúng lịch theo khuyến cáo của Bộ Y Tế giúp xây dựng miễn dịch cộng đông mạnh mẽ. Nâng cao chất lượng vắc xin sởi và khả năng tiếp cập vắc xin là ưu tiên hàng đầu của ngành y tế Việt Nam.

1.2. Thách Thức Trong Sản Xuất Hiện Tại

Quy trình sản xuất vắc xin sởi hiện tại gặp phải những thách thức như: hiệu giá vi rút thấp, tỷ lệ hao hụt cao trong quá trình xử lý, và chi phí sản xuất lớn. Nuôi cấy vi rút sởi trong các tank sinh học yêu cầu kiểm soát chặt chẽ các điều kiện môi trường. Cải tiến công nghệ sản xuất là cần thiết để giảm chi phí và tăng sản lượng vắc xin sởi đáp ứng nhu cầu thị trường.

II. Tối Ưu Hóa Thời Điểm Thu Hoạch Vi Rút Sởi

Thời điểm thu hoạch là yếu tố quyết định hiệu quả của sản xuất vắc xin sởi. Nghiên cứu chuyên sâu cho thấy rằng thời điểm tối ưu thu hoạch vi rút nằm trong khoảng 132-144 giờ sau khi thay môi trường lần thứ nhất. Tại thời điểm này, nồng độ vi rút sởi đạt đỉnh cao trong khi độ hoại tử tế bào chưa quá mức. Việc xác định chính xác thời điểm thu hoạch giúp tăng hiệu giá vi rút và giảm mất mát vi rút trong quá trình xử lý. Công nghệ sinh học hiện đại cho phép chúng ta theo dõi sự phát triển vi rút sởi thông qua các chỉ số như CGI (Cell Growth Index) và xác định thời điểm tối ưu một cách khoa học.

2.1. Các Giai Đoạn Phát Triển Vi Rút Sởi Trong Nuôi Cấy

Vi rút sởi trải qua nhiều giai đoạn phát triển trong nuôi cấy tế bào: giai đoạn tiềm伏, giai đoạn phát triển logarit, và giai đoạn bão hòa. Chỉ số CGI giúp theo dõi sự phát triển tế bào trong mỗi giai đoạn. Thay môi trường M199 vào thời điểm phù hợp kích thích sự nhân lên của vi rút sởi. Tối ưu hóa thời gian nuôi cấy và chỉ tiêu kỹ thuật sản xuất là chìa khóa nâng cao hiệu suất sản xuất vắc xin.

2.2. Ảnh Hưởng Của Thay Môi Trường Đến Hiệu Giá Vi Rút

Thay môi trường M199 làm phong phú hóa dinh dưỡng cho vi rút sởi phát triển nhanh chóng. Hiệu giá vi rút tăng đáng kể sau khi thay môi trường, với mức tăng trung bình 0,123 ± 0,042 lgPFU/0,5ml. Kỹ thuật thay môi trường cần được thực hiện đúng quy trình để tối đa hóa hiệu quả sản xuất. Theo dõi pH và thành phần môi trường là quan trọng để duy trì điều kiện tối ưu cho vi rút sởi.

III. Cải Tiến Quy Trình Đông Tan Và Bảo Quản Vắc Xin

Quy trình đông-tan hỗn dịch vi rút trước khi lọc là cải tiến quan trọng trong sản xuất vắc xin sởi. Kỹ thuật này giúp phá vỡ tế bào nhiễm vi rút và giải phóng vi rút sởi giữ nguyên hoạt tính. Đông nhanh hỗn dịch tại nhiệt độ thấp làm tăng hiệu giá vi rút trung bình lên 0,123 ± 0,042 lgPFU/0,5ml. Kết hợp thay môi trường tối ưu với quy trình đông-tan cải tiến, hiệu giá vi rút tăng từ 0,22-0,27 lgPFU/0,5ml. Chia tank bảo quản và điều kiện lưu trữ vắc xin ở nhiệt độ -20°C đảm bảo ổn định hiệu giá vắc xin trong thời gian dài. Công nghệ lọc và xử lý bán thành phẩm phải đảm bảo vô trùng, loại bỏ DNA tế bào, và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt.

3.1. Kỹ Thuật Đông Tan Hỗn Dịch Vi Rút

Đông nhanh hỗn dịch là công nghệ tiên tiến trong sản xuất vắc xin sởi bán thành phẩm. Quá trình làm đông làm phá vỡ màng tế bào và giải phóng vi rút sởi chứa bên trong. Hiệu quả phá vỡ tế bào phụ thuộc vào tốc độ đông lạnh và số chu kỳ đông-tan. Kỹ thuật này tăng hiệu giá vi rút mà vẫn giữ nguyên khả năng miễn dịch của vắc xin sởi.

3.2. Lưu Trữ Và Bảo Quản Vắc Xin Dài Hạn

Bảo quản vắc xin sởi ở nhiệt độ -20°C hoặc colder đảm bảo ổn định hiệu giá trong 24 tháng. Chia tank bảo quản giúp giảm số lần mở nắp và tối thiểu hóa rủi ro ô nhiễm. Điều kiện lưu trữ tối ưu yêu cầu khống chế độ ẩm, tránh ánh sáng, và kiểm soát nhiệt độ chính xác. Kiểm tra vô trùng định kỳ đảm bảo chất lượng vắc xin trước khi sử dụng.

IV. Kết Quả Cải Tiến Và Hiệu Quả Sản Xuất Vắc Xin Sởi

Cải tiến quy trình sản xuất vắc xin sởi đã mang lại kết quả đáng khích lệ trong nâng cao hiệu quả sản xuất. Bằng cách tối ưu hóa thời điểm thay môi trường, thời điểm thu hoạch vi rút (132-144 giờ), và áp dụng quy trình đông-tan hỗn dịch, hiệu quả sản xuất tăng lên trung bình 1,733 ± 0,058 lần so với quy trình thường quy. Hiệu giá vi rút tăng từ 0,22-0,27 lgPFU/0,5ml khi kết hợp cả hai cải tiến kỹ thuật. Ngoài ra, kiểm định chất lượng (vô trùng, kiểm tra Mycoplasma, BSA tồn dư, tác nhân ngoại lai) đều đạt tiêu chuẩn Pharmacopoeia. Nâng cao hiệu quả sản xuất không chỉ giảm chi phí sản xuất mà còn đảm bảo nguồn cung vắc xin sởi ổn định cho chương trình tiêm chủng quốc gia.

4.1. So Sánh Hiệu Quả Giữa Quy Trình Cải Tiến Và Thường Quy

Quy trình cải tiến cho hiệu suất cao hơn đáng kể so với quy trình thường quy. Hiệu giá vi rút sởi trong quy trình cải tiến đạt 0,22-0,27 lgPFU/0,5ml cao hơn, tương đương tăng 1,733 ± 0,058 lần. Chi phí sản xuất giảm nhờ hiệu suất cao hơn và giảm hao hụt vi rút. Kiểm tra chất lượng của bán thành phẩm trong quy trình cải tiến đều đạt các tiêu chuẩn quốc tế.

4.2. Hướng Phát Triển Và Ứng Dụng Thực Tiễn

Cải tiến quy trình sản xuất có thể áp dụng quy mô công nghiệp tại các nhà máy sản xuất vắc xin sởi Việt Nam. Công nghệ này giúp nâng cao năng lực sản xuất, đảm bảo cung cấp vắc xin sởi cho chương trình tiêm chủng mở rộng. Tiếp tục nghiên cứu các cải tiến khác như tối ưu hóa môi trường nuôi cấy và phát triển công nghệ lọc tiên tiến sẽ nâng cao hiệu quả sản xuất hơn nữa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Sởi là một căn bệnh nguy hiểm rất dễ lây lan do vi rút thuộc họ Paramyxo vi rút gây ra. Nó thường lây qua tiếp xúc trực tiếp và qua không khí, vi rút lây nhiễm qua đường hô hấp, sau đó lây lan khắp cơ thể [9], [22]. Trước khi có vắc xin sởi, bệnh thường mắc ở trẻ nhỏ, hơn 90% dân số mắc ở trước tuổi 20. Ước tính hàng năm có khoảng 100 triệu ca mắc và 6 triệu ca tử vong do sởi [28].

Để góp phần làm giảm tỷ lệ mắc bệnh, giảm gánh nặng bệnh trong cộng đồng và hướng tới mục tiêu loại trừ bệnh sởi trong tương lai việc triển khai tiêm vắc xin sởi là hết sức cần thiết. Trong giai đoạn 2000 – 2018, tiêm vắc xin sởi đã ngăn ngừa ước tính 23,2 triệu ca tử vong. Số ca tử vong do sởi trên toàn cầu đã giảm 73% từ ước tính 536. Do sự gián đoạn liên quan đến đại dịch, khả năng tiếp cận với vắc-xin ngày càng bất bình đẳng và sự phân tán nguồn lực từ các dịch vụ tiêm chủng định kỳ đang khiến nhiều trẻ em không được bảo vệ khỏi bệnh sởi và các bệnh có thể phòng ngừa bằng vắc-xin khác.

Nguy cơ bùng phát dịch lớn dễ xảy ra hơn khi nhiều cộng đồng nới lỏng thực hành giãn cách xã hội và các biện pháp phòng ngừa COVID-19 khác mà họ đã thực hiện trong giai đoạn đỉnh điểm của đại dịch. Ngoài ra, đối với hàng triệu người phải lánh nạn do xung đột và khủng hoảng như ở Ukraine, Ethiopia, Somalia và Afghanistan, thì sự gián đoạn của dịch vụ tiêm chủng định kỳ và tiêm chủng ngừa COVID-19, việc thiếu nước sạch và vệ sinh môi trường không đảm bảo, cùng với tình trạng quá tải dân số có thể làm tăng nguy cơ bùng phát các bệnh có thể phòng ngừa bằng vắc-xin. Trong tháng 1 và tháng 2 năm 2022, thế giới đã ghi nhận gần 17.338 ca nhiễm sởi so với 9.665 ca trong hai tháng đầu năm 2021. Vì bệnh sởi rất dễ lây lan nên các ca nhiễm thường xuất hiện nhanh chóng khi mức độ tiêm chủng giảm.

Các cơ quan lo ngại rằng sự bùng phát của bệnh sởi sẽ là dấu hiệu dự báo cho sự bùng phát của các bệnh dịch khác với tốc độ lây lan chậm hơn [23]. Trung tâm Nghiên cứu, sản xuất vắc xin và Sinh phẩm Y tế (POLYVAC) bắt đầu nghiên cứu và sản xuất thử nghiệm vắc xin Sởi vào những năm 2006-2008 theo chuyển giao công nghệ từ Nhật Bản, chính thức được cấp phép đưa vào 1 chương trình tiêm chủng mở rộng vào năm 2009 và được tiêm miễn phí cho trẻ em ở độ tuổi 9 tháng tuổi tại các trạm y tế trong cả nước. Hiện tại vắc xin Sởi sản xuất tại trung tâm công suất chưa cao, cùng với đó nhu cầu cấp thiết về tiêm chủng mở rộng và xuất khẩu lớn cần trên 20 triệu liều/ năm, do đó cần tăng hiệu giá vắc xin bằng cách cải tiến quy trình sản xuất. Trong quy trình thời điểm gặt và đông tan là các thông số quan trong có thể nâng cao hiệu giá do đó chúng tôi tập trung vào 2 thông số này để cải tiến Từ những nhu cầu kể trên đề tài: “Nghiên cứu cải tiến quy trình sản xuất vắc xin Sởi bán thành phẩm tại Việt Nam” được thực hiện với các mục tiêu hướng đến như sau: 1.

Tối ưu được thời điểm thay môi trường và thời điểm thu hoạch vắc xin trong nuôi cấy. Tối ưu quy trình đông-tan và chia tank bảo quản vắc xin. Đánh giá hiệu quả của quy trình cải tiến so với sản xuất thường quy.1 Dịch tễ học bệnh sởi 1.1 Mầm bệnh vi rút sởi thuộc họ Paramyxoviridae, chi Morbilli vi rút, hình cầu, đường kính 100-250 nm, chứa RNA sợi đơn, trọng lượng phân tử 4,6 x 106 dalton, vỏ capsid đối xứng xoắn và có bao ngoài [21].1: Hình thái và cấu trúc vi rút sởi [4] và hình dạng dưới kính hiển vi điện tử Cấu trúc vi rút sởi gồm sợi xoắn RNA, nucleocapsid (N), phosphoprotein (P), Larger protein (L), protein Matrix (M), protein C, V và các gai nhú glycoprotein do Hemag-glutinin (H) và Fusion (F) tạo thành [11]. Vi rút sởi có tính đề kháng yếu, ở 560C sau 30 phút vi rút mất khả năng lây nhiễm, tồn tại trên 5 năm ở nhiệt độ lạnh -700C.

vi rút sởi nhạy cảm với ánh sáng mặt trời và nhiều tác nhân lý hóa, rất nhạy cảm với ether [21]. 3 Hiện nay, tổ chức y tế thế giới đã ghi nhận 24 kiểu gen vi rút sởi bao gồm: A, B1, B2, B3, C1, C2, D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, E, F, G1, G2, G3, H1 và H2.796 báo cáo về trình tự vi rút sởi, trong đó bao gồm 666 mẫu kiểu gen B3 (36 nước), 44 mẫu kiểu gen D4 (4 nước), 1.407 mẫu kiểu gen D8 (43 nước), 87 mẫu kiểu gen D9 (4 nước) và 2.592 mẫu kiểu gen H1 (13 nước) [02], [32]. Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Nguyễn Hạnh Phúc, Vũ Thị Kim Liên và cộng sự cho thấy kiểu gen vi rút sởi gây dịch tại miền bắc Việt Nam giai đoạn 2006-2013 là H1 [29], [39].2 Quá trình nhân lên của vi rút Sởi Quá trình nhân lên của vi rút sởi bao gồm các giai đoạn: vi rút hấp phụ lên thụ thể của tế bào vật chủ, xâm nhập vào bên trong tế bào, cởi vỏ → tổng hợp các thành phần của vi rút (RNA và protein) → lắp ráp các thành phần đã tổng hợp được → giải phóng hạt vi rút ra khỏi tế bào.2: Sự nhân lên của vi rút Sởi [Moss WJ and Griffin DE, 2006] Sau khi bám vào tế bào vật chủ thông qua thụ thể CD46 và CD150, vỏ vi rút và màng tế bào chủ dung hợp giúp cho vi rút xâm nhập vào trong tế bào. Sau khi đi vào tế bào các quá trình như dịch mã tạo protein vi rút, sao chép RNA sẽ diễn ra để tạo các vật liệu hình thành lên những hạt vi rút mới.

Sau khi bao gói, các hạt vi rút được giải phóng khỏi tế bào. Tình hình bệnh Sởi Trước khi có vắc xin sởi (1963) trung bình mỗi năm có khoảng 2,6 triệu trường hợp tử vong sởi và trung bình cứ 2-3 năm lại xảy ra dịch lớn. Giai đoạn 2000-2017, ước tính vắc xin sởi đã ngăn ngừa được khoảng 21,1 triệu trường hợp tử vong do sởi và giảm 80% từ 545.000 trường hợp ước tính của năm 2000 xuống còn 110.000 trường hợp vào năm 2017 trên toàn thế giới. Trước những thành tựu đạt được sau khi triển khai tiêm vắc xin sởi, Tổ chức Y tế thế giới đã đặt mục tiêu loại trừ bệnh sởi tại cả 5 khu vực trên thế giới vào năm 2020, nhiều quốc gia trên thế giới đã đạt hoặc đang từng bước thực hiện mục tiêu loại trừ bệnh sởi đã đề ra, tuy nhiên trên thực tế bệnh sởi đã tăng trở lại ở nhiều vùng trên thế giới, bao gồm cả châu Âu, châu Phi, Bắc Mỹ và Nam Á từ năm 2008 tới nay với mức ảnh hưởng rộng khắp toàn cầu [43].

Theo báo cáo của WHO đến ngày 30/9/2019, toàn cầu ghi nhận tổng cộng 423.963 trường hợp mắc sởi (bao gồm cả sởi xác định bởi phòng xét nghiệm, lâm sàng và có liên quan dịch tễ học), tại tất cả các khu vực và vùng lãnh thổ. Các khu vực mắc nhiều trong 9 tháng đầu năm 2019 bao gồm: khu vực Châu Phi 186.010 trường hợp, khu vực Châu Âu 97.527 trường hợp, khu vực Đông Nam Châu Á 67.604 trường hợp và khu vực Tây Thái Bình Dương 49.396 trường hợp. Khu vực có số trường hợp mắc sởi thấp là khu vực Châu Mỹ 6.506 trường hợp sởi, tuy nhiên khu vực này chỉ công nhận những ca sởi được xác định bởi phòng xét nghiệm, do đó nếu xác định ca sởi dựa trên cả 3 yếu tố như những khu vực khác thì số ca sởi được ghi nhận có thể sẽ lớn hơn nhiều. So sánh với cùng kì năm 2018, số mắc sởi toàn cầu trong năm 2019 tăng 2,45 lần, trong đó khu vực Châu Phi tăng gấp 7,91 lần (188.753 ca), khu vực Tây Thái Bình Dương tăng 2,69 lần (49.311 ca) và khu vực Châu Âu tăng gần 2 lần (97.

Tại Việt Nam dịch sởi xuất hiện từ những tháng cuối năm của năm 2018 tại một số tỉnh miền Bắc và miền Nam và lan rộng ra toàn quốc vào năm 2019. Tính từ đầu năm 2019 đến hết tháng 10/2019, toàn quốc ghi nhận trên 35.000 trường hợp sốt phát ban (SPB) nghi sởi, 03 trường hợp tử vong (Hòa Bình, Sơn La và Hà Nam) và có gần 10.000 ca Sởi xác định bằng xét nghiệm. Bệnh sởi xuất hiện ở tất cả 63 tỉnh/thành phố trên cả nước, trong đó có những tỉnh/thành có số ca SPB/Nghi Sởi cao như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh Đắc Lắc [43].4 Nguồn truyền nhiễm Người bệnh là nguồn truyền nhiễm duy nhất. Thời kỳ lây nhiễm vi rút xuất hiện từ cuối giai đoạn ủ bệnh tương ứng với khoảng thời gian 4 ngày trước đến 4 ngày sau khi xuất hiện ban.

Thời kỳ tiền triệu với các triệu chứng ho, hắt hơi là giai đoạn lây nhiễm mạnh nhất. Do vậy, khi ca sởi được phát hiện, chủ yếu sau xuất hiện ban thì người bệnh đã có thể gây lây nhiễm cho nhiều người khác. Không có tình trạng người lành mang vi rút [10], [20].5 Phương thức lây truyền Bệnh sởi lây bằng những giọt nhỏ từ mũi, họng người bệnh phát tán vào trong không khí trong khi ho và hắt hơi, vi rút xâm nhập vào đường hô hấp trên của người lành, qua niêm mạc vào máu rồi sinh sản ở các tổ chức đường hô hấp và da, sau đó gây bệnh và phát tán [10]. vi rút sởi có khả năng lây truyền cao nhất nên dễ gây dịch có quy mô lớn.

Một ca sởi có thể lây bệnh cho 12-18 người khác. Khả năng lây truyền cho các đối tượng cảm nhiễm trong quần thể hẹp là trên 90% [06], [07].6 Tính cảm nhiễm và miễn dịch Tất cả những người chưa có miễn dịch đầy đủ với sởi ở tất cả mọi lứa tuổi đều có nguy cơ mắc bệnh. Miễn dịch sau mắc sởi là bền vững suốt đời. Miễn dịch đối với bệnh sởi có được qua nhiều con đường như: mẹ sang con, truyền máu, huyết thanh, miễn dịch sau mắc sởi và tiêm vắc xin.

Miễn dịch thụ động tự nhiên: Miễn dịch được truyền một cách tự nhiên từ mẹ sang con trong quá trình mang thai hoặc qua sữa mẹ. Vì hiệu giá kháng thể do tiêm vắc xin suy giảm nhanh hơn so với nhiễm bệnh tự nhiên nên những trẻ sơ sinh có mẹ chưa từng mắc sởi hoang dã dễ mắc bệnh, cần cân nhắc tiêm chủng cho những đối tượng này ở lứa tuổi sớm hơn [06], [08].