Dùng mô hình toán học dự đoán hiệu quả vaccine COVID-19 tương lai

Vaccine COVID-19 đã thay đổi toàn cảnh đại dịch hiện nay. Một số vaccine đã đạt được mức độ bảo vệ cao, giúp giảm hơn 95% số ca nhiễm trùng có triệu chứng trong các thử nghiệm lâm sàng. Nhưng điều gì quyết định mức độ bảo vệ này? Việc trả lời được câu hỏi này sẽ giúp tối ưu hóa việc sử dụng các loại vaccine hiện có và tăng tốc độ phát triển các loại vaccine mới.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Ấn Độ (IISc) và Viện Não Queensland (QBI) ở Australia đã phát triển một mô hình toán học dự đoán cách các kháng thể được tạo ra bởi vaccine COVID-19 mang lại sự bảo vệ chống lại các bệnh nhiễm trùng có triệu chứng. Công trình này được công bố trên tạp chí chuyên ngành Nature Computational Science.

Nhà khoa học Pranesh Padmanabhan thuộc Viện não Queensland cho biết: "Chúng tôi đã phát triển một mô hình để mô tả sự đa dạng của các phản ứng kháng thể do vaccine tạo ra bên trong mỗi cá nhân và giữa các cá nhân". 

Mô hình này sau đó đã được áp dụng đối với 8 loại vaccine ngừa COVID-19 đã được phê duyệt sử dụng trên thế giới và có thể dự đoán chính xác mức độ bảo vệ mà vaccine khi được áp dụng trong các thử nghiệm lâm sàng.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã phân tích hơn 80 kháng thể trung hòa khác nhau được báo cáo là được tạo ra sau khi tiêm vaccine chống lại protein đột biến bề mặt của SARS-CoV-2, loại virus gây ra COVID-19. Những kháng thể này thường tồn tại trong máu trong nhiều tháng và ngăn chặn sự xâm nhập của virus bằng cách ngăn chặn protein tăng đột biến. Các nhà nghiên cứu đưa ra giả thuyết rằng 80 kháng thể này tạo thành một "cảnh quan" hoặc "không gian hình dạng" và mỗi cá nhân tạo ra một "hồ sơ" kháng thể duy nhất là một tập hợp nhỏ ngẫu nhiên của cảnh quan này.

Sau đó, nhóm nghiên cứu phát triển một mô hình toán học để mô phỏng các trường hợp nhiễm trùng trong một quần thể bệnh nhân ảo khoảng 3.500 người với các cấu hình kháng thể khác nhau và dự đoán bao nhiêu người trong số họ sẽ được bảo vệ khỏi nhiễm trùng có triệu chứng sau khi tiêm chủng.

Giáo sư Narendra Dixit thuộc Khoa Kỹ thuật Hóa học, IISc, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu trên cho biết: "Lý do dự đoán hiệu quả của vaccine rất khó vì các quy trình liên quan rất phức tạp và hoạt động ở nhiều cấp độ liên kết với nhau. Vaccine kích hoạt một số kháng thể khác nhau, mỗi loại lại ảnh hưởng đến sự phát triển của virus trong cơ thể một cách khác nhau. Điều này lại ảnh hưởng đến động lực của nhiễm trùng và mức độ nghiêm trọng của các triệu chứng liên quan. Hơn nữa, các cá thể khác nhau tạo ra các bộ sưu tập kháng thể khác nhau và với số lượng khác nhau".

Các nhà nghiên cứu cũng quan sát thấy rằng hiệu quả của vaccine được liên kết với một số liệu có thể đo lường dễ dàng, được gọi là hiệu giá trung hòa kháng thể. Điều này mở ra khả năng sử dụng các mô hình như vậy để kiểm tra hiệu quả của các loại vaccine trong tương lai trước khi các thử nghiệm lâm sàng phức tạp được đưa ra.

Tuy nhiên, giáo sư Dixit cảnh báo rằng nghiên cứu này dựa trên các vaccine hiện tại đã được thiết kế để hoạt động trên chủng SARS-CoV-2 ban đầu. "Mô hình của chúng tôi vẫn chưa được áp dụng cho các biến thể mới, bao gồm Omicron, nơi các nhánh khác của hệ thống miễn dịch tác động vào, chứ không chỉ có mỗi kháng thể dường như góp phần vào hiệu quả của vaccine. Các nghiên cứu khác đang được tiến hành để giải quyết vấn đề này ".

Phương pháp sử dụng mô hình toán học đánh giá được hiệu quả của vaccine ngay trong giai đoạn đầu phát triển vaccine được nhận định rằng giúp các nhà phát triển vaccine nhận biết sớm hơn phương thức hoạt động của loại vaccine mà họ đang phát triển. Mô hình cũng sẽ giúp đánh giá hiệu quả của vaccine trên quy mô dân số, cũng như dự đoán tỷ lệ người dân dễ bị bệnh nặng do các biến thể phát sinh.

"Việc giải mã được hiệu quả khác nhau của vaccine đối với mỗi cá nhân sẽ cho phép dự đoán tỷ lệ những người được tiêm chủng tạo ra phản ứng đủ mạnh để được bảo vệ khỏi mắc bệnh nghiêm trọng. Bằng cách suy luận sự các mối liên quan giữa hoạt động của các kháng thể, sự biến đổi của kháng thể, việc tạo ra kháng thể bằng cách tiêm chủng và kết quả là khả năng bảo vệ các cộng đồng, nghiên cứu của chúng tôi cung cấp những hiểu biết thú vị về hoạt động của vaccine ngừa COVID-19" - giáo sư Dixit khẳng định.