Giáo sư Jeak Ling Ding, một nhà tiên phong nổi tiếng toàn cầu trong lĩnh vực công nghệ sinh học phân tử và hiện là Giáo sư danh dự tại Khoa Khoa học Sinh học, Đại học Quốc gia Singapore (NUS), tập trung nghiên cứu vào miễn dịch bẩm sinh trong tương tác ký chủ – mầm bệnh, cơ chế phòng vệ kháng khuẩn và điều hòa miễn dịch chống ung thư. Bà đã đạt được khoảng 300 ấn phẩm khoa học và bằng sáng chế, cùng nhiều giải thưởng và danh hiệu uy tín, trong đó gần đây nhất là việc được vinh danh tại Singapore Women’s Hall of Fame
Chúng tôi đã trò chuyện với Giáo sư Ding để tìm hiểu thêm về phát minh mang tính bước ngoặt trong sự nghiệp của bà: kỹ thuật di truyền tạo ra Factor C tái tổ hợp, cũng như tầm quan trọng của việc phát triển một giải pháp thay thế bền vững và đạo đức cho các phương pháp truyền thống trong kiểm tra nội độc tố.
Xét nghiệm nội độc tố và tầm quan trọng đối với ngành dược phẩm?
Pr. JL Ding – A. Nội độc tố là một loại chất gây sốt. Nó là một thành phần của thành tế bào vi khuẩn Gram âm (GNB), chẳng hạn như E. Coli . Nội độc tố có sẵn tự nhiên trên da, trong ruột, trong nước và nhiều vật liệu khác, tuy nhiên, khi nội độc tố xâm nhập vào máu, nó sẽ gây viêm và phản ứng sốt (sốt). Nếu để nội độc tố tồn tại thông qua nhiễm trùng máu do GNB hoặc dưới dạng tạp chất xâm nhập qua thuốc tiêm hoặc thiết bị y tế cấy ghép, nội độc tố có thể gây nhiễm trùng huyết và thậm chí tử vong. Do đó , việc kiểm tra chính xác và đáng tin cậy các dược phẩm tiêm và thiết bị y tế để phát hiện sự hiện diện của nội độc tố là một xét nghiệm kiểm soát chất lượng quan trọng để đảm bảo an toàn cho con người sử dụng.
Vì sao cần rFC? Hạn chế của các phương pháp thử nội độc tố truyền thống
Trước khi phương pháp rFC ra đời, hai phương pháp phổ biến để kiểm tra nội độc tố là: thử nghiệm sốt trên thỏ (RPT) và xét nghiệm LAL (Limulus Amoebocyte Lysate) sử dụng máu của loài sam. Cả hai đều dựa vào động vật và có nhiều hạn chế.
RPT chỉ có thể cung cấp kết quả định tính, có độ nhạy khác nhau với nội độc tố và dễ dẫn đến kết quả sai. Trong khi xét nghiệm LAL là xét nghiệm định lượng, độ nhạy và độ đặc hiệu với nội độc tố của nó khác nhau tùy từng lô, và không có phương pháp chuẩn hóa nào để xử lý xét nghiệm. Sự hiện diện của β glucan trong mẫu thử và các protein không đặc hiệu khác trong LAL cũng có thể ảnh hưởng đến kết quả xét nghiệm, làm tăng khả năng dương tính giả hoặc kết quả dương tính với nội độc tố cao hơn.
Chúng tôi phát triển phương pháp rFC không chỉ để khắc phục các nhược điểm trên, mà còn vì mục tiêu bảo vệ loài sam đang bị đe dọa nghiêm trọng do bị khai thác quá mức để sản xuất LAL.
“Chúng tôi thấy tiềm năng to lớn trong việc tổng hợp Factor C tái tổ hợp – một loài phân tử đơn lẻ để thử nghiệm nội độc tố – có thể loại bỏ nhu cầu phải dựa vào chuỗi protein phức tạp trong LAL, cung cấp một xét nghiệm nội độc tố sạch, định lượng và xác định có thể chịu được thử thách của thời gian.”, Giáo sư JL Ding
Điều gì khiến rFC trở nên độc đáo và mang lại những lợi ích gì so với các vật liệu thử nghiệm khác?
Nội độc tố kích hoạt Factor C, từ đó khởi động chuỗi phản ứng đông máu trong máu cua móng ngựa – cơ chế nền tảng của xét nghiệm LAL. Vì vậy, Factor C là mục tiêu lý tưởng để phát triển một phương pháp kiểm tra nội độc tố mới. Bằng cách nhân bản Factor C, chúng tôi có thể tạo ra một phiên bản tổng hợp – Factor C tái tổ hợp rFC) – ổn định, có thể sản xuất quy mô lớn, an toàn, bền vững và hiệu quả. Việc sử dụng rFC từ nguồn gen được thiết kế và chọn lọc duy nhất giúp đảm bảo nguồn vật liệu thử nghiệm không phụ thuộc vào động vật và luôn sẵn có. Được tạo ra từ một dòng gen duy nhất, rFC mang lại độ nhạy và độ đặc hiệu cao, không thay đổi giữa các lô, đồng thời đáp ứng yêu cầu kiểm nghiệm khối lượng lớn trong quá trình sản xuất thuốc – từ kiểm tra nước và nguyên liệu đầu vào cho đến sản phẩm dược phẩm cuối cùng.
rFC đã tạo ra tác động như thế nào đối với phương pháp thử nghiệm nội độc tố?
Việc ra đời của rFC đã làm thay đổi cách chúng ta tiến hành kiểm tra nội độc tố, giúp quy trình trở nên đơn giản, chính xác và đáng tin cậy hơn. Trong khi xét nghiệm LAL dựa vào một chuỗi phản ứng đông máu phức tạp giữa nhiều enzym – trong đó mỗi enzym kích hoạt enzym tiếp theo – thì phương pháp rFC chỉ sử dụng một enzym duy nhất, đủ để phát hiện nội độc tố một cách ổn định và hiệu quả. Nhờ đó, việc kiểm soát chất lượng bộ kit kiểm tra nội độc tố dựa trên rFC trở nên đơn giản hơn so với bộ kit LAL. Hơn nữa, phương pháp rFC rất dễ triển khai, vì quy trình thao tác gần như tương tự với xét nghiệm LAL. Đặc biệt, hầu hết các phòng thí nghiệm từng sử dụng LAL đều đã có sẵn thiết bị và cơ sở vật chất phù hợp để chuyển đổi sang rFC.
Nhờ ứng dụng rFC, việc kiểm tra nội độc tố đã trở nên hiệu quả hơn, được chuẩn hóa tốt hơn, dễ tích hợp vào quy trình sản xuất và tiết kiệm chi phí – tất cả đều góp phần đảm bảo chất lượng và độ an toàn của thuốc và thiết bị y tế dùng đường tiêm truyền. Hiện nay, ngày càng có nhiều nghiên cứu khẳng định vai trò đáng giá của rFC trong kiểm nghiệm nội độc tố, và phương pháp này cũng đang dần được các cơ quan quản lý công nhận rộng rãi.
Đáng khích lệ, vào năm 2021, Dược điển Châu Âu (Ph. Eur.) đã chấp thuận và ban hành chương 2.6.32, cho phép các nhà sản xuất dược phẩm tại 39 quốc gia Châu Âu sử dụng phương pháp rFC. Ủy ban Dược điển Châu Âu cũng đã thông qua việc sửa đổi nhiều chuyên luận để chính thức đưa phương pháp này vào. Gần đây hơn, xét nghiệm rFC đã được đưa vào Dược điển Anh vào tháng 1 năm 2024, và đến tháng 7 năm 2024, Ủy ban chuyên môn về Vi sinh của Dược điển Hoa Kỳ đã biểu quyết thông qua chương mới <86>, chính thức công nhận các thuốc thử không có nguồn gốc từ động vật trong xét nghiệm nội độc tố, bao gồm cả rFC và các thuốc thử tái tổ hợp theo chuỗi (rCR). Chương <86> cung cấp thông tin cần thiết cho các nhà sản xuất để áp dụng các phương pháp kiểm nghiệm không dựa vào động vật.
Sự phát triển của các phương pháp phát hiện nội độc tố tái tổ hợp, và những đổi mới nào có thể xuất hiện trong tương lai?
“Trước hết, điều quan trọng cần nhấn mạnh là mặc dù tiềm năng đổi mới trong tương lai từ rFC là vô hạn, nhưng nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng rFC, ngay cả khi sử dụng riêng lẻ, đã đủ để thực hiện kiểm nghiệm nội độc tố – phương pháp này đã nhanh hơn, tiết kiệm hơn và ổn định hơn so với các phương pháp trước đây.” – Giáo sư J. L. Ding
Trong tương lai, chúng ta có thể hình dung việc mở rộng ứng dụng kiểm tra nội độc tố dựa trên rFC sang phát hiện in situ (tại chỗ) nội độc tố hoặc vi khuẩn gram âm sống (GNBs) trên các vật liệu rắn. Trong khi các thuốc thử tái tổ hợp theo chuỗi (rCR) – bao gồm ba protein tái tổ hợp trong chuỗi phản ứng LAL: rFC, rFB và enzym tiền đông máu tái tổ hợp (rProclotting enzyme) – đang được nghiên cứu, thì việc cân nhắc các yếu tố thực tiễn là điều rất quan trọng. Từ góc độ chuỗi cung ứng, rFC cho phép đơn giản hóa quy trình, giảm tác động đến môi trường và nâng cao tính bền vững nhờ vào việc giảm số lượng thuốc thử thiết yếu cần sản xuất và quản lý. Vì chỉ sử dụng một enzym duy nhất, bộ kit thử nội độc tố dựa trên rFC chỉ cần kiểm soát chất lượng một thành phần duy nhất, từ đó giúp quá trình sản xuất ổn định, đáng tin cậy và hiệu quả hơn. Điều này khiến rFC trở thành một lựa chọn tối ưu hơn về mặt hiệu quả và tính bền vững trong kiểm nghiệm nội độc tố. Ngoài ra, chúng ta có thể kỳ vọng sự xuất hiện của nhiều định dạng và nền tảng mới để thực hiện các xét nghiệm rFC và rCR trong tương lai.
bioMérieux đang tiên phong thúc đẩy các phương pháp kiểm nghiệm nội độc tố bền vững như thế nào?
Thật đáng khích lệ khi ngày càng có nhiều công ty hàng đầu trong lĩnh vực vi sinh công nghiệp tích cực thúc đẩy việc ứng dụng rộng rãi các phương pháp kiểm nghiệm nội độc tố bền vững và mang tính đạo đức hơn. Một trong những công ty tiêu biểu là bioMérieux, chuyên gia trong lĩnh vực xét nghiệm vi sinh công nghiệp, đã thể hiện cam kết mạnh mẽ khi chỉ sử dụng phương pháp kiểm tra nội độc tố dựa trên rFC – hoàn toàn không thu hoạch máu từ sam hay mua máu để sản xuất LAL. Cách tiếp cận này giúp bioMérieux nổi bật trong ngành khi họ tiếp tục phát triển những phương pháp sáng tạo và tiên tiến để phát hiện nội độc tố bằng rFC. Điều này không chỉ thể hiện năng lực của họ trong lĩnh vực bền vững mà còn là minh chứng rõ ràng cho cam kết về đạo đức trong hoạt động kinh doanh.
Thông điệp đến cộng đồng khoa học về tầm quan trọng của việc áp dụng các phương pháp thử nghiệm bền vững và có đạo đức?
“Điều quan trọng là cộng đồng khoa học phải hiểu và thừa nhận tác động của việc chúng ta quá phụ thuộc vào LAL để thử nghiệm nội độc tố, không chỉ đối với loài sam mà còn đối với môi trường rộng lớn hơn.”, Giáo sư JL Ding
Ở khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, sam hiện được coi là loài có nguy cơ tuyệt chủng, và tác động của các hoạt động của con người lên môi trường sống của chúng đã khiến một số loài biến mất hoàn toàn ở một số khu vực. Tác động dây chuyền của việc suy giảm quần thể sam cũng rất đáng lo ngại, khi các loài khác trong hệ sinh thái phụ thuộc vào trứng của chúng làm nguồn thức ăn. Nếu chúng ta có một giải pháp giúp tránh gây nguy hiểm cho các loài này và giảm thiểu tác động đến môi trường, chắc chắn chúng ta có trách nhiệm phải thực hiện giải pháp này?
Hơn nữa, xét về mặt thực tế, khi dựa vào LAL làm vật liệu lựa chọn để thử nghiệm nội độc tố, các công ty tự đặt mình vào nguy cơ chịu hậu quả của bất kỳ sự gián đoạn nào đối với nguồn cung ứng của họ – ví dụ nếu một thảm họa thiên nhiên xảy ra và tác động đến môi trường sống mong manh khiến mất đi quần thể sam còn lại, điều này có thể làm gián đoạn toàn bộ chuỗi cung ứng.
Việc phát triển yếu tố C tái tổ hợp (rFC) không chỉ là một bước tiến về mặt kỹ thuật trong kiểm nghiệm nội độc tố, mà còn là minh chứng rõ ràng cho cam kết của cộng đồng khoa học đối với các nguyên tắc đạo đức và phát triển bền vững. Hơn nửa thế kỷ sau khi nguyên tắc 3R ra đời, rFC đã hiện thực hóa triết lý thay thế, giảm thiểu và cải tiến các phương pháp thử nghiệm trên động vật bằng một giải pháp hiện đại, hiệu quả và nhân đạo hơn. Việc áp dụng rộng rãi rFC không chỉ giúp chuẩn hóa và đơn giản hóa quy trình kiểm nghiệm, mà còn góp phần bảo vệ các loài sinh vật biển đang bị đe dọa, đồng thời giảm thiểu tác động môi trường trong sản xuất dược phẩm. Với sự công nhận ngày càng tăng từ các cơ quan dược điển lớn trên thế giới và sự tham gia tích cực từ các doanh nghiệp tiên phong, tương lai của kiểm nghiệm nội độc tố đang chuyển mình theo hướng minh bạch, bền vững và có trách nhiệm hơn. Đây không chỉ là một bước tiến trong công nghệ sinh học – mà là một bước tiến trong tư duy khoa học vì con người, vì tự nhiên và vì hành tinh chung của chúng ta.
Nguồn: https://www.biomerieux.com/corp/en/blog/pharmaceutical-qc/Celebrating-Innovation-Professor-Ding.html
Minh Khang là nhà phân phối độc quyền các sản phẩm kiểm tra vi sinh vật hãng bioMérieux (Pháp).
EN