Protein kháng nguyên được tạo ra ngoài cơ thể

Đây là cơ chế tác động của vắc xin sử dụng vi rút bất hoạt hoặc vắc xin tiểu đơn vị. Trong vắc xin bất hoạt, vi rút được nuôi cấy trên tế bào và sau đó được làm bất hoạt bằng hóa chất để phá hủy acid nhân của nó chỉ và để lại cấu trúc protein có vai trò kháng nguyên. Phương pháp này kháng nguyên đã có sẵn trong vắc xin và do bất hoạt nên vi rút không thể nhân lên khi tiêm vào cơ thể. Phương pháp sản xuất này là phương pháp kinh điển đã được áp dụng sản xuất nhiều loại vắc xin như vắc xin dại (Verorab).

Sử dụng phương pháp này để sản xuất vắc xin COVID-19 có vắc xin do công ty Sinopharm chế tạo bằng cách nuôi cấy vi rút trên tế bào Vero và sau đó được bất hoạt bằng β-Propiolactone (từ đây được gọi tắt là vắc xin Sinopharm-BIBP). Đây là loại vắc xin đã được Bộ Y tế cấp phép và đang được triển khai tiêm chủng tại các tỉnh thành hiện nay.

Trong vắc xin tiểu đơn vị, protein kháng nguyên được hình thành bằng cách nuôi cấy tế bào (vi khuẩn hoặc tế bào động vật) có đoạn gene mã hóa protein kháng nguyên. Vi khuẩn hoặc tế bào động vật sẽ giúp tạo ra kháng nguyên. Ví dụ có một loại vắc xin là "NVX-CoV2373" (thường gọi là vắc xin Novavax) sử dụng một loại vi khuẩn mang đoạn gen mã hóa Protein-S của SARS-CoV-2.

Khi các protein kháng nguyên đã được tạo ra ngoài cơ thể được tiêm vào, nó sẽ đóng vai trò kháng nguyên tương tác với tế bào miễn dịch để tạo ra kháng thể giúp bảo vệ cơ thể. Muốn tăng cường sự tương tác thì các vắc xin cần được kết hợp với tá chất (adjuvant). Đây là cách sản xuất kinh điển, an toàn do đã áp dụng sản xuất nhiều loại vắc xin trước đó.

Protein kháng nguyên được tạo ra bên trong cơ thể

Muốn sản xuất vắc xin thuộc loại protein kháng nguyên được tạo ra trong cơ thể, trước đây chỉ có một cách là sử dụng vi rút sống giảm độc lực. Vi rút này không bị bất hoạt, nó chỉ bị giảm độc lực nên nó sẽ xâm nhập vào cơ thể, sinh sản và tạo kháng nguyên. Qua đó tạo ra đáp ứng miễn dịch. Chúng không gây hại cho cơ thể do đã giảm hoặc mất độc lực. Phương pháp này đã được áp dụng tạo ra nhiều loại vắc xin điển hình là vắc xin Sởi.

Tuy nhiên với SARS-CoV-2 thì việc sử dụng phương pháp vắc xin giảm độc lực là khó khăn trong việc tạo ra chủng mới giảm độc lực. Việc phải kiểm tra thật chặt chẽ để tránh trường hợp chủng này phục hồi độc lực do biến dị. Do đó chưa có vắc xin giảm độc lực nào được tạo ra dành cho SARS-CoV-2.

Có 2 cách thông minh hơn và mới được phát triển gần đây để điều khiển sự tạo ra protein kháng nguyên trong cơ thể để chế tạo vắc xin. Cách thứ nhất là sử dụng vật liệu di truyền là DNA và đưa đoạn mã di truyền này vào một con vi rút được gọi là virus vector (vi rút mang vật liệu di truyền là DNA của SARS-CoV-2). Khi vi rút vector này vào cơ thể nó sẽ xâm nhập vào trong tế bào vật chủ, điều khiển bộ máy tế bào để tổng hợp ra protein kháng nguyên. Thí dụ của vắc xin loại này là vắc xin của AstraZeneca và vắc xin Spunik-V.

Cách thứ hai là sử dụng vật liệu di truyền là mRNA (RNA thông tin) và cho vào các hạt lipid rất nhỏ (lipid nanoparticles). Khi vào cơ thể các hạt lipid này đi vào trong tế bào, điều khiển tế bào sản xuất ra protein kháng nguyên.  Thí dụ của vắc xin mRNA là vắc xin Pfizer và vắc xin Moderna. Phát hiển vắc xin theo cách này rất nhanh và có hiệu quả do không phải nuôi cấy tế bào hoặc nuôi cấy virút. Do sử dụng công nghệ mới tính an toàn còn đang được kiểm chứng chứ chưa đầy đủ như các loại vắc xin tạo ra theo các phương pháp cổ điển. Thêm vào đó, việc chế tạo vắc xin loại này nhanh nhưng giá thành hiện nay cao do phải sở hữu các độc quyền sáng chế.

Bên cạnh đó, vắc xin sử dụng công nghệ mRNA do cấu trúc của mRNA rất mỏng manh nên hạn sử dụng rất ngắn, phải giữ ở nhiệt độ rất thấp (-70oC đối với vắc xin Pfizer và -20oC đối với vắc xin Moderna) và chỉ cần một sai sót nhỏ trong dây chuyền lạnh hoặc kĩ thuật tiêm sẽ làm hiệu quả bảo vệ của vắc xin bị mất.