Nhà khoa học VKIST phát triển que thử phát hiện H5N1 trong vài phút

Mặc dù H5N1 đã lưu hành trong gần ba thập kỷ, sự xuất hiện của nó trên bò sữa ở Mỹ hồi tháng Ba vừa qua là một bất ngờ. Nó chưa từng xuất hiện ở loài này.

Mới đây, một bài báo trên Nature, “Spillover of Highly Pathogenic Avian Influenza H5N1 Virus to Dairy Cattle” (Sự nhảy loài của virus cúm gia cầm H5N1 có khả năng lây truyền cao sang bò sữa) thu hút sự quan tâm của cộng đồng khoa học thế giới khi vẽ ra một bức tranh khá toàn diện về sự lây truyền virus H5N1 giữa các loài động vật khác nhau. Thông qua phân tích trình tự hệ gene của virus, người ta phát hiện ra virus H5N1 lần này không chỉ lây nhiễm từ chim sang bò sữa, mà còn dẫn đến sự lây truyền từ động vật có vú sang động vật có vú - giữa các con bò với nhau, và từ bò lây sàng mèo và gấu mèo.

Liệu tới đây có khả năng virus H5N1 tiến hóa để cuối cùng tạo ra một chủng lây sang người và bùng phát thành đại dịch như trường hợp của H1N1 hồi năm 2009 hay không? Chưa ai xác quyết được điều này nhưng theo các nhà nghiên cứu, tại thời điểm hiện tại, để chủ động phòng tránh nguy cơ nói trên, cần giám sát các trang trại liên tục trên diện rộng. Việc xét nghiệm không chỉ cần được thực hiện trên những người thường xuyên tiếp xúc với động vật mà cả trên những con vật trông khỏe mạnh. Tuy nhiên, đây lại là công việc vô cùng tốn kém, cần đến các phòng thí nghiệm và máy móc phức tạp.

“Trong tình huống này, chúng ta sẽ lập tức nghĩ đến các xét nghiệm nhanh như test Covid-19”, PGS. TS Trương Thị Ngọc Liên, Trưởng Phòng thí nghiệm Công nghệ Tích hợp IT-BT, Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam-Hàn Quốc (VKIST) nói với Khoa học & Phát triển vào tuần trước.

Bản thân nhóm của TS. Trương Thị Ngọc Liên đã phát triển thành công một dạng que thử sắc ký miễn dịch dòng chảy bên (Lateral Flow Immuno Assay - LFIA) cho phép nhận biết chính xác sự có mặt của một số dạng virus xác định trong mẫu bệnh phẩm.

Trong gần ba năm qua, họ đã áp dụng công nghệ độc đáo này để tạo ra một loạt que thử khác nhau nhằm theo dõi tình trạng tái phát của một số bệnh ung thư hoặc phát hiện virus/vi khuẩn gây bệnh. Ngay khi nghe tin dịch bệnh bùng phát trên bò sữa ở Mỹ, nhóm nghiên cứu đã nhanh chóng tạo ra các que thử H5N1.

“Hãy tưởng tượng dùng một mẫu máu rất nhỏ - chỉ tầm 20 micro lít (µL), tương đương với lấy máu xét nghiệm tiểu đường trên các thiết bị cầm tay ở nhà - để nhỏ vào que thử và biết được [người hoặc động vật] có khả năng mắc H5N1 hay không. Không cần phải tách huyết tương bằng máy ly tâm như trong các phòng thí nghiệm lớn, cũng không cần phải chờ nhiều ngày để có được kết quả. Tất cả xét nghiệm [từ đầu cho đến ra kết quả] chỉ đơn giản trong vòng vài phút. Đó là viễn cảnh mà chúng tôi đang hướng tới”, chị mô tả.

“Hầu hết các que thử nhanh hiện nay đều sử dụng kỹ thuật hấp phụ thụ động để gắn kháng thể lên hạt báo cáo, tức là dựa vào lực tương tác tĩnh điện yếu giữa kháng thể và hạt báo cáo”, TS. Trương Thị Ngọc Liên giải thích.

Nói một cách đơn giản, có thể ví các hạt báo cáo như những chiếc thuyền mang cờ hiệu, gắn vào kháng thể để cho biết “có địch đến” hay không.

Ở que thử thông thường, lá cờ này bám vào kháng thể nhờ một loại "nam châm" rất yếu là các lực liên kết tĩnh điện chuyên hút ion (+) và ion (-), do vậy chúng rất dễ bị bung ra. Nếu làm thay đổi môi trường xung quanh chiếc thuyền, ví dụ như cho thêm muối vào hoặc thay đổi độ PH của dung dịch, thì nam châm yếu này sẽ không giữ được lá cờ. Nếu lá cờ bị rơi, chúng ta sẽ không biết được có kẻ xâm nhập hay không. Có khi chúng ta sẽ nghĩ là có kẻ xâm nhập trong khi thực tế là không (giống như báo động giả/dương tính giả), hoặc có khi chúng ta lại nghĩ là không có kẻ xâm nhập nào trong khi thực tế là có (giống như bỏ sót kẻ địch/âm tính giả).

Các nhà khoa học VKIST đang cố gắng tìm cách để làm cho nam châm này bám chặt hơn, nhưng vẫn đảm bảo lá cờ có thể dễ dàng bắt lấy "kẻ xâm nhập" bằng kỹ thuật xét nghiệm sắc ký miễn dịch dòng chảy bên.

"Kỹ thuật này cho phép chúng tôi tận dụng các lực liên kết cộng hóa trị, vốn bền vững và khó bị phá vỡ hơn lực hút tĩnh điện. Khi đó, các kháng thể sẽ được “cắm cờ” với bề mặt hạt nano vàng nhờ lực “nam châm” cực mạnh, tạo thành các hạt liên hợp cộng hóa trị”, TS. Trương Thị Ngọc Liên giải thích.

Các hạt liên hợp cộng hóa trị mới này có nhiều ưu điểm so với các hạt liên hợp thụ động truyền thống, chẳng hạn như ổn định hơn, bắt cặp nhạy hơn, và có thể kiểm soát chính xác tỷ lệ kháng thể gắn trên mỗi hạt - điều này rất quan trọng vì nó quyết định khả năng bắt giữ kháng nguyên của hạt. Nếu tỷ lệ quá thấp, hạt liên hợp có thể bỏ lỡ kháng nguyên, ngược lại, nếu tỷ lệ quá cao, các kháng thể có thể cạnh tranh nhau để liên kết với kháng nguyên, làm giảm độ chính xác của kết quả. Bằng cách kiểm soát tốt tỷ lệ này, que thử có thể phát hiện được virus trong một nồng độ cực kỳ loãng.

Ngoài ra, que thử của VKIST còn sử dụng một màng tách máu tại vùng nhận mẫu. Đó là một màng nano với các lỗ có kích thước khác nhau, cho phép giữ lại các tế bào hồng cầu và chỉ có dịch huyết thanh chứa virus chảy qua để xét nghiệm.

“Bình thường, người ta phải tách huyết tương ra khỏi mẫu máu toàn phần để đảm bảo độ nhạy và độ chọn lọc của phép đo, vì máu chứa rất nhiều tạp chất", ThS. Nguyễn Thị Thanh Huyền, nghiên cứu viên tại Phòng thí nghiệm Công nghệ Tích hợp IT-BT, giải thích. "Màng lọc này làm thay công việc của máy ly tâm và giúp giảm rất nhiều thời gian, chi phí.”

Dựa trên nguyên tắc sắc ký miễn dịch dòng chảy bên, các nhà nghiên cứu của VKIST có thể nhanh chóng phát triển các dạng que thử khác nhau cho các loại virus gây bệnh.

Chẳng hạn, năm 2023, họ đã phát triển được một dòng que thử phát hiện kháng nguyên bề mặt virus viêm gan B (HBsAg) với độ nhạy, độ đặc hiệu, độ tin cậy trên 99,5% đối với các mẫu máu được thu thập tại Bệnh viện Nông nghiệp.

“Giờ đây, chúng tôi muốn áp dụng công nghệ này với virus H5N1”. ThS. Huyền chia sẻ.

Do ở Việt Nam đã từng diễn ra các ca nhiễm cúm H5N1 trên gia cầm và người nên hệ thống dịch tễ đã lưu trữ các mẫu phân lập virus.

Tháng Bảy vừa qua, nhóm nghiên cứu của VKIST đã có cơ hội thử bộ test nhanh của mình với 15 mẫu virus cúm được lưu trữ tại Phòng nghiên cứu Bệnh truyền nhiễm do virus của Trung tâm nghiên cứu xuất sắc và Đổi mới sáng tạo thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam và do PGS. TS. Lê Văn Phan phụ trách.

“Kết quả vô cùng lạc quan” về độ đặc hiệu, PGS. TS Lê Văn Phan, người không tham gia vào việc phát triển que thử, cho biết.

Độ đặc hiệu (specificity) là thước đo tỷ lệ "âm tính thật" của một bộ xét nghiệm. Với một phép đo, độ đặc hiệu 100% có nghĩa là nếu 100 mẫu máu không có kháng thể với virus được xét nghiệm thì bộ xét nghiệm phải trả về tất cả kết quả là âm tính. Nhưng vì nhiều virus cùng loài có thể có kháng nguyên tương tự, nên các bộ xét nghiệm có thể nhầm lẫn và ra kết quả "dương tính giả". Nói chung, kháng nguyên của bộ xét nghiệm một loại virus phải đủ độc đáo để không nhầm lẫn kháng thể với các loại virus khác loại đang cần tìm.

"Ở đây, bộ xét nghiệm của VKIST chỉ bắt cặp đặc hiệu với chủng virus H5N1 trong mẫu máu và không bắt cặp với các chủng virus cúm khác như H5N6 và H9N2. Nghĩa là chúng có độ đặc hiệu tương đối tốt", PGS. TS Lê Văn Phan chỉ ra.

Bên cạnh độ đặc hiệu, một phép thử khác cũng không kém phần quan trọng là độ nhạy. Độ nhạy (sensitivity) đo tỷ lệ "dương tính thực sự" của một bộ dụng cụ. Với một phép đo, độ nhạy 100% có nghĩa là nếu bộ xét nghiệm được chạy trên 100 mẫu có kháng thể virus, bộ xét nghiệm sẽ phát hiện kháng thể trong tất cả chúng. Một số bộ dụng cụ không bắt được mức kháng thể thấp trong các mẫu máu sẽ dẫn đến hiện tượng mà các nhà khoa học gọi là "âm tính giả".

Đối với que thử nhanh H5N1, nhóm nghiên cứu VKIST chứng minh rằng chúng vẫn có tín hiệu virus khi pha loãng mẫu phân lập bảy lần (nồng độ virus giảm 2⁷=128 lần), trong khi yêu cầu của các xét nghiệm tiêu chuẩn đối với chủng virus này chỉ là phát hiện được virus khi pha loãng đến 5 lần (nồng độ virus giảm 2⁵=32 lần).

“Có nghĩa là que thử của chúng tôi có độ nhạy tốt vì có thể phát hiện ra virus H5N1 dù tải lượng rất nhỏ”, TS. Trương Thị Ngọc Liên kết luận.

Để xem hoạt động của que thử trên thực tế, nhóm nghiên cứu của VKIST đã thử nghiệm trên 53 mẫu bệnh phẩm "không tinh khiết", tức các mẫu thu nhập từ thực địa, chưa được phân lập virus hoặc xử lý qua phòng thí nghiệm như dịch hầu họng và mẫu phân lấy qua hậu môn gà.

Vì thu thập thực địa nên chắc chắn các mẫu sẽ chứa nhiều loại virus khác nhau, điều này có thể giúp kiểm tra độ đặc hiệu của que thử H5N1. Ngoài ra, do các trang trại ở Việt Nam hiện không báo cáo xuất hiện H5N1, nên có thể giả thiết rằng sẽ không xuất hiện dương tính với virus H5N1 trong các kết quả test nhanh này.

Kết quả thử nghiệm thực địa dường như đã củng cố thêm một phần tự tin cho nhóm nghiên cứu: 53 que thử cho kết quả âm tính với H5N1, đồng nghĩa với việc (i) que thử này có thể hoạt động trong môi trường thực địa và (ii) không bị nhầm với các loại virus khác.

Dĩ nhiên, đội ngũ của VKIST hiểu rõ thử nghiệm này là chưa đủ, bởi họ không có các xét nghiệm tham chiếu để so sánh, và trong 53 mẫu thực địa này cũng không có mẫu nào được xác định chắc chắn nhiễm virus H5N1 từ trước để kiểm tra khả năng hiển thị dương tính của que thử.

"Để có được các mẫu thực địa nhiễm H5N1, cần phải xin cấp phép gây bệnh H5N1 cho một nhóm động vật được kiểm soát và theo dõi gắt gao. Do hạn chế về nguồn lực, chúng tôi không thể tự mình làm được điều đó," TS. Trương Thị Ngọc Liên giải thích.

Với hy vọng đẩy nhanh tiến trình đưa công cụ này ra thực tế, các nhà nghiên cứu kêu gọi sự hợp tác với các đơn vị đang nghiên cứu và kiểm soát virus H5N1 tại Việt Nam, bao gồm cả ngành thú y và y tế.

"Chúng tôi đã có công nghệ. Chúng tôi đã có những kết quả khả quan bước đầu. Để đi đến bước tiếp theo, chúng tôi cần sự hợp tác với các bên để mở rộng quy mô xét nghiệm. Phòng thí nghiệm IT-BT có thể cung cấp miễn phí các loại que thử cho bất kỳ đối tác nào đang thực hành trên virus H5N1 tại Việt Nam. Ngược lại, các bạn hãy cho chúng tôi cơ hội để kiểm chứng và cải thiện que thử của mình." TS. Trương Thị Ngọc Liên nhấn mạnh.

“Hiện nay, trên thế giới chưa có một loại que thử nhanh bằng công nghệ sắc ký miễn dịch dòng chảy bên, cho phép thực hiện ngay trên các mẫu thực địa như dịch hầu họng, dịch hậu môn gia cầm và giọt máu từ người có nguy cơ lây nhiễm H5N1. Việt Nam, với vị trí địa lý và đặc điểm chăn nuôi, luôn đối mặt với nguy cơ dịch bệnh H5N1. Trong bối cảnh đó, việc sở hữu một bộ xét nghiệm nhanh, đơn giản, dễ sử dụng, cho phép giám sát hoặc xét nghiệm trực tiếp tại các ổ dịch là vô cùng cần thiết”, chị nói thêm.