Chương 2 HỆ MIỄN DỊCH NHÂN TẠO
2.1.1. Hệ miễn dịch sinh học
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 mô, đảm bảo sự toàn 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 hóa của các loài 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 có 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 hô hấp và tiêu hóa chứa đại thực bào (Macrophage) và kháng thể ngăn không cho những chất lạ xâm nhập vào cơ thể.
+ Mức sinh hóa (Biochemical Barriers): Các chất lưu như nước bọt, mồ hôi, nước mắt chứa những enzym có 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.
+ Mức HMD thích nghi và HMD bẩm sinh:
- HMD bẩm sinh: Hoạt động dựa vào bạch cầu huyết là đại thực bào và bạch cầu trung tính (có 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 có các cơ quan thụ cảm trên bề mặt, chúng có thể nhận diện và bám vào các phần tử gây bệnh.
Với những vi khuẩn thông thường, HMD bẩm sinh có thể nhận diện và loại bỏ.
HMD bẩm sinh không có cơ chế ghi nhớ, hoạt động của HMD bẩm sinh đối với các vi sinh vật xâm nhập vào cơ thể lần thứ hai không có gì khác so với lần thứ nhất.
- HMD thích nghi: hoạt động với các thành phần chính là các lymphô 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 có những cơ quan thụ cảm chuyên dụng cho một loại kháng thể nào đó. Khi kháng nguyên xâm nhập vào cơ thể các cơ quan thụ cảm trên bề mặt của lymphô bào sẽ kết hợp với kháng nguyên làm cho các lymphô bào này được kích hoạt và thực hiện quá trình nhân rộng, đột biến sau đó tạo ra những kháng thể thích hợp có khả năng nhận diện và loại ổ kháng nguyên. Một số lymphô bào sẽ trở thành tế bào có khả năng ghi nhớ lưu thông trong cơ thể. Khi có loại kháng nguyên tương tự lây nhiễm, thì HMD thích nghi có thể nhanh chóng phát hiện và loại bỏ chúng. Khả năng này giúp cho cơ thể không mắc lại những bệnh cũ, do đó đáp ứng miễn dịch thích nghi cho phép HMD tự hoàn 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 mô 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 không chỉ phải chọn những tế bào có khả năng nhận biết những tế bào lạ (antigen hay nonself), mà nó còn 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 có 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 toán, chúng ta chỉ cần xét với T-cell [5].
+ Phép chọn lọc tích cực
Phép chọn lọc tích cực đối với các Lymphô bào (T-cell và B-cell) nhằm mục đích tránh sự xuất hiện của các Lymphô bào không có ích. Những Lymphô bào mà cơ quan thụ cảm của chúng không có khả năng nhận diện được kháng nguyên. Kết quả cuối cùng là những Lymphô bào có khả năng nhận diện được kháng nguyên [5].
+ Phép chọn lọc tiêu cực
Phép chọn lọc tiêu cực của các lymphô bào nhằm mục đích loại bỏ những lymphô bào mà cơ quan thụ cảm của nó nhận diện được các tế bào do cơ thể tạo ra và nó có thể tiêu diệt những tế bào này.