Các hạt nano lipid là lớp vỏ phân tử béo giúp các sợi mRNA – chất truyền tin di truyền mã DNA thành protein – trốn tránh những người gác cổng sinh học của cơ thể và đến được các tế bào mục tiêu mà không bị phân hủy. Hạt nano lipid đang hứa hẹn một công nghệ tiên tiến mới sẽ được sử dụng trong chế tạo ra các loại vắc xin và thuốc mới với hiệu quả cao hơn.
Công nghệ nano đã được sử dụng thành công để “đóng gói” các hoá chất hoạt động có trong các loại thuốc như Doxil hóa trị liệu hoặc thuốc giảm cholesterol Repatha và Praluent giúp chúng đạt được mục tiêu với ít tác dụng phụ không mong muốn hơn. Năm 2018, công ty công nghệ sinh học Alnylam đã ứng dụng nghiên cứu RNA can thiệp (công trình đoạt giải Nobel) để chế tạo ra loại thuốc siRNA (small interfering RNA) đầu tiên có tên là Onpattro (dành cho bệnh nhân mắc chứng rối loạn thần kinh di truyền) bằng cách đóng gói RNA can thiệp (interfering RNA) trong các hạt nano lipid. Và hiện nay, công nghệ này đang mở đường tương tự cho chế tạo ra vắc-xin mRNA COVID-19.
Theo Giáo sư Hoá học Daniel Anderson – Viện Công nghệ Massachusetts, một trong những anh hùng trong câu chuyện này chính là hạt nano RNA, bởi vì chính siRNA đã dẫn đến vắc-xin mRNA.
Y học nano (Nanomedicine) đóng vai trò quan trọng trong việc chế tạo ra vắc-xin mRNA, nhưng nó cũng là chìa khóa quan trọng trong việc định dạng lại các loại thuốc hiện có và bào chế thuốc mới để điều trị bệnh nhân Covid-19. Trước khi Covid-19 phổ biến trên toàn cầu, vắc-xin mRNA đang trong giai đoạn phát triển ban đầu tại các công ty công nghệ sinh học và công nghệ nano được xem là trọng tâm. Xét cho cùng, vi-rút chính là các hạt nano tự nhiên, và thực sự, cộng đồng công nghệ nano từ lâu đã cố gắng tận dụng các đặc tính và bắt chước các hành vi của vi-rút, để thiết kế các hạt nano giống vi-rút để phân phối thuốc đến mô đích và chỉnh sửa gen.
Sau khi được đóng gói dưới dạng vắc-xin, mRNA mã hóa cho một protein được tìm thấy trên bề mặt của vi-rút COVID-19 buộc các tế bào của cơ thể sản xuất ra protein đó, từ đó thúc đẩy phản ứng của hệ thống miễn dịch và giúp cơ thể cách chống lại vi-rút, từ đó ngăn ngừa được COVID -19. Đây là một kỹ thuật mới, khác với kỹ thuật được sử dụng bởi vắc-xin truyền thống, bắt chước các thành phần của vi-rút gây bệnh để đánh lừa hệ thống miễn dịch của cơ thể, xây dựng khả năng phòng thủ của cơ thể chống lại các bệnh nhiễm trùng.
Hệ thống mang các hạt nano lipid hoặc cao phân tử có thể đưa mRNA vào bên trong tế bào tạo ra kháng nguyên và kích thích hệ thống miễn dịch tạo ra kháng thể chống lại SARS-CoV-2. Các hạt nano lipid hoặc cao phân tử này được thiết kế để thoát khỏi các enzym có thể làm phân hủy nhanh chóng mRNA hoặc hạn chế mức độ hấp thụ của tế bào. Ngoài ra, các chất tăng cường kích thích miễn dịch cũng có thể được thêm vào để kích thích phản ứng miễn dịch mạnh hơn.
Trong tương lai, kỳ vọng vắc-xin có thể được sử dụng thông qua các miếng dán “microneedle” (microneedle patches), mảnh cấy ghép liều đơn giải phóng chậm (single-dose slow-release implants), vật liệu nano trên phim (film-based nanomaterials) hoặc các hạt nano vi-rút thực vật (plant viral nanoparticles) để phân phối kháng nguyên. Những tiến bộ khoa học trong chế tạo vắc-xin mở ra hy vọng cho các nước nghèo khi mà chi phí sản xuất vắc-xin giảm thấp hơn và không cần dây chuyền lạnh bảo quản vắc-xin như hiện nay.