2.1. Hệ miễn dịch
2.1.1. Hệ miễn dịch sinh học
2.1.1.1. Khái niệm
Hệ miễn dịch (HMD) sinh học là tập hợp tất cả các cơ chế sinh học giúp cho một cơ thể đa bào giữ được sự liên kết giữa các tế bào và các mơ, đảm bảo sự tồn vẹn của cơ thể bằng cách loại bỏ những thành phần bị hư hỏng cũng như các chất và sinh vật xâm hại. Chức năng bảo vệ cơ thể bao gồm hai loại cơ chế miễn dịch, lần lượt xuất hiện trong quá trình tiến hĩa của các lồi và liên hệ chặt chẽ với nhau ở các động vật bậc cao [2].
2.1.1.2. Các tầng bảo vệ của hệ miễn dịch
Hình 2.1. Các tầng miễn dịch sinh học
HMD cĩ thể coi như một cấu trúc phân tầng với cơ chế điều khiển và bảo vệ ở 3 mức:
+ Mức vật lý (Physical Barriers) gồm lớp da và màng nhầy nằm ở các tuyến hơ hấp và tiêu hĩa chứa đại thực bào (Macrophage) và kháng thể ngăn khơng cho những chất lạ xâm nhập vào cơ thể.
+ Mức sinh hĩa (Biochemical Barriers): Các chất lưu như nước bọt, mồ hơi, nước mắt chứa những enzym cĩ thể loại bỏ kháng nguyên. Các axit trong vùng da cùng với nhiệt độ của cơ thể cũng ngăn cản sự sống và kháng sinh của kháng nguyên.
- HMD bẩm sinh: Hoạt động dựa vào bạch cầu huyết là đại thực bào và bạch cầu trung tính (cĩ chức năng nuốt và tiêu diệt các vi trùng, tạo ra một cơ chế bảo vệ quan trọng chống lại các bệnh truyền nhiễm). Những bạch huyết này cĩ các cơ quan thụ cảm trên bề mặt, chúng cĩ thể nhận diện và bám vào các phần tử gây bệnh.
Với những vi khuẩn thơng thường, HMD bẩm sinh cĩ thể nhận diện và loại bỏ.
HMD bẩm sinh khơng cĩ cơ chế ghi nhớ, hoạt động của HMD bẩm sinh đối với các vi sinh vật xâm nhập vào cơ thể lần thứ hai khơng cĩ gì khác so với lần thứ nhất.
- HMD thích nghi: hoạt động với các thành phần chính là các lymphơ bào (Lymphocyte – là một loại bạch cầu) bao gồm B-cell và T-cell. Các B- cell và T-cell trên bề mặt của chúng cĩ những cơ quan thụ cảm chuyên dụng cho một loại kháng thể nào đĩ. Khi kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể các cơ quan thụ cảm trên bề mặt của lymphơ bào sẽ kết hợp với kháng nguyên làm cho các lymphơ bào này được kích hoạt và thực hiện quá trình nhân rộng, đột biến sau đĩ tạo ra những kháng thể thích hợp cĩ khả năng nhận diện và loại ổ kháng nguyên. Một số lymphơ bào sẽ trở thành tế bào cĩ khả năng ghi nhớ lưu thơng trong cơ thể. Khi cĩ loại kháng nguyên tương tự lây nhiễm, thì HMD thích nghi cĩ thể nhanh chĩng phát hiện và loại bỏ chúng. Khả năng này giúp cho cơ thể khơng mắc lại những bệnh cũ, do đĩ đáp ứng miễn dịch thích nghi cho phép HMD tự hồn thiện sau mỗi lần đụng độ với kháng nguyên.
Hình 2.2. Một số cơ quan của hệ miễn dịch sinh học
HMD nhân tạo được trình bày ở phần sau chỉ mơ phỏng cơ chế miễn dịch sinh học của HMD thích nghi.
2.1.1.3. Phân biệt self và nonself
Trong quá trình chọn lọc các tế bào B-cell và T-cell, HMD thích nghi khơng chỉ phải chọn những tế bào cĩ khả năng nhận biết những tế bào lạ (antigen hay nonself), mà nĩ cịn phải loại bỏ những tế bào nhận biết được những tế bào do cơ thể tạo ra (self - antigen hay đơn giản là self). Tương ứng với hai quá trình này ta cĩ quá trình chọn lọc tích cực và quá trình chọn lọc tiêu cực. Hai quá trình này xảy ra với cả B-cell và T-cell với nguyên lý khá giống nhau. Khi xây dựng thuật tốn, chúng ta chỉ cần xét với T-cell [5].
+ Phép chọn lọc tích cực
Phép chọn lọc tích cực đối với các Lymphơ bào (T-cell và B-cell) nhằm mục đích tránh sự xuất hiện của các Lymphơ bào khơng cĩ ích. Những Lymphơ bào mà cơ quan thụ cảm của chúng khơng cĩ khả năng nhận diện
được kháng nguyên. Kết quả cuối cùng là những Lymphơ bào cĩ khả năng nhận diện được kháng nguyên [5].
+ Phép chọn lọc tiêu cực
Phép chọn lọc tiêu cực của các lymphơ bào nhằm mục đích loại bỏ những lymphơ bào mà cơ quan thụ cảm của nĩ nhận diện được các tế bào do cơ thể tạo ra và nĩ cĩ thể tiêu diệt những tế bào này.