Cơ chế:
Thực bào là một quá trình phức tạp gồm nhiều bước tuần tự:
- Nhận diện: Tế bào thực bào nhận diện mục tiêu thông qua các thụ thể trên bề mặt màng tế bào. Các thụ thể này có thể liên kết với các phân tử cụ thể trên bề mặt của hạt, chẳng hạn như kháng thể (opsonin) đã được gắn vào mầm bệnh. Quá trình phủ opsonin này làm tăng hiệu quả của thực bào bằng cách tạo ra liên kết chắc chắn hơn giữa tế bào thực bào và mục tiêu.
- Bao bọc: Sau khi nhận diện, màng tế bào của tế bào thực bào bắt đầu mở rộng và bao quanh hạt. Các phần mở rộng này được gọi là chân giả (pseudopods). Chân giả được hình thành nhờ sự sắp xếp lại bộ xương tế bào actin.
- Hình thành Phagosome: Khi các chân giả gặp nhau, chúng hợp nhất lại, tạo thành một túi kín chứa hạt bên trong, gọi là phagosome.
- Hợp nhất với Lysosome: Phagosome sau đó di chuyển vào bên trong tế bào và hợp nhất với lysosome, một bào quan chứa các enzyme phân giải. Sự hợp nhất này tạo thành phagolysosome.
- Tiêu hóa: Bên trong phagolysosome, các enzyme phân giải từ lysosome sẽ phân hủy hạt thành các phân tử nhỏ hơn, chẳng hạn như amino acid, đường đơn và axit béo. Môi trường bên trong phagolysosome thường có tính axit và chứa các chất hoạt động bề mặt giúp quá trình tiêu hóa diễn ra hiệu quả.
- Đào thải: Các chất không tiêu hóa được sẽ được thải ra khỏi tế bào thông qua quá trình xuất bào (exocytosis).
Các tế bào thực bào
Ở động vật có xương sống, các tế bào thực bào chuyên nghiệp chính bao gồm:
- Đại thực bào (Macrophages): Có mặt trong hầu hết các mô và đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ mầm bệnh, mảnh vụn tế bào và tế bào chết. Chúng hoạt động như những “người dọn dẹp” của hệ miễn dịch, liên tục tuần tra và loại bỏ các yếu tố gây hại.
- Tế bào tua (Dendritic cells): Chuyên biệt trong việc bắt giữ kháng nguyên và trình diện chúng cho các tế bào lympho (T cells), đóng vai trò cầu nối giữa miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch thích nghi. Chúng “huấn luyện” hệ miễn dịch thích nghi để nhận diện và tiêu diệt các mầm bệnh cụ thể.
- Bạch cầu trung tính (Neutrophils): Là loại bạch cầu phổ biến nhất và là lực lượng phản ứng nhanh đầu tiên tại vị trí nhiễm trùng. Chúng có khả năng di chuyển nhanh chóng đến vùng viêm và thực bào một lượng lớn vi khuẩn.
Vai trò của thực bào
Thực bào đóng nhiều vai trò quan trọng trong cơ thể:
- Miễn dịch: Loại bỏ mầm bệnh như vi khuẩn, virus và nấm, ngăn ngừa nhiễm trùng và bệnh tật.
- Loại bỏ tế bào chết: Loại bỏ các tế bào chết và mảnh vụn tế bào, giúp duy trì cân bằng nội môi và ngăn ngừa tích tụ các chất độc hại.
- Trình diện kháng nguyên: Các tế bào trình diện kháng nguyên, như tế bào tua và đại thực bào, sử dụng thực bào để bắt giữ kháng nguyên và trình diện chúng cho các tế bào lympho, khởi động phản ứng miễn dịch thích nghi, tạo ra trí nhớ miễn dịch lâu dài.
- Phát triển: Thực bào đóng vai trò trong quá trình phát triển của một số sinh vật, ví dụ như trong quá trình biến thái của côn trùng.
Rối loạn liên quan đến thực bào
Một số rối loạn liên quan đến khiếm khuyết trong thực bào, dẫn đến tăng nguy cơ nhiễm trùng, bao gồm:
- Bệnh granulomatosis mạn tính: Một rối loạn di truyền ảnh hưởng đến khả năng của các tế bào thực bào trong việc tiêu diệt vi khuẩn. Điều này dẫn đến sự hình thành các khối u hạt (granuloma) trong các mô khác nhau.
- Hội chứng Chediak-Higashi: Một rối loạn di truyền hiếm gặp gây ra sự hợp nhất bất thường của các bào quan, ảnh hưởng đến chức năng của lysosome và thực bào. Bệnh nhân thường dễ bị nhiễm trùng và có các vấn đề về chảy máu.
Thực bào là một quá trình thiết yếu cho cả sinh vật đơn bào và động vật đa bào, đóng vai trò quan trọng trong việc thu nhận dinh dưỡng, miễn dịch và cân bằng nội môi. Sự hiểu biết về cơ chế và chức năng của thực bào là rất quan trọng trong việc nghiên cứu các bệnh liên quan đến miễn dịch và phát triển các phương pháp điều trị mới.
Thực bào và quá trình chết theo chương trình (Apoptosis)
Thực bào cũng đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các tế bào chết theo chương trình (apoptosis). Các tế bào trải qua apoptosis sẽ hiển thị các tín hiệu cụ thể trên bề mặt của chúng, chẳng hạn như phosphatidylserine. Những tín hiệu này hoạt động như “cờ báo hiệu” cho các tế bào thực bào, giúp chúng nhận diện và loại bỏ các tế bào chết một cách hiệu quả. Quá trình này ngăn chặn việc giải phóng các thành phần nội bào của tế bào chết, vốn có thể gây viêm và tổn thương mô xung quanh.
Thực bào và ung thư
Các tế bào ung thư có thể sử dụng nhiều cơ chế để trốn tránh sự phát hiện và tiêu diệt của hệ thống miễn dịch, bao gồm cả việc ức chế thực bào. Một số tế bào ung thư có thể tiết ra các phân tử ức chế hoạt động của tế bào thực bào hoặc che giấu các tín hiệu bề mặt giúp tế bào thực bào nhận diện. Nghiên cứu hiện nay đang tập trung vào việc phát triển các phương pháp điều trị ung thư mới nhằm vào việc tăng cường khả năng thực bào của các tế bào miễn dịch để tiêu diệt tế bào ung thư hiệu quả hơn. Ví dụ, một số liệu pháp miễn dịch đang được phát triển nhằm mục đích “huấn luyện” hệ miễn dịch để nhận diện và tấn công các tế bào ung thư.
Thực bào và các bệnh khác
Ngoài các bệnh đã đề cập ở trên, thực bào cũng có liên quan đến một số bệnh khác, bao gồm:
- Xơ vữa động mạch: Sự tích tụ của cholesterol trong thành mạch máu có thể dẫn đến sự hình thành các mảng xơ vữa. Đại thực bào đóng vai trò trong quá trình này bằng cách hấp thụ cholesterol, nhưng quá trình này cũng có thể góp phần vào sự viêm nhiễm và phát triển của xơ vữa. Khi đại thực bào hấp thụ quá nhiều cholesterol, chúng có thể biến thành các tế bào bọt (foam cells), góp phần vào sự hình thành mảng xơ vữa.
- Bệnh Alzheimer: Đại thực bào trong não có thể đóng vai trò trong việc loại bỏ các mảng amyloid beta, một đặc trưng của bệnh Alzheimer. Tuy nhiên, khi quá trình này bị rối loạn, nó có thể góp phần vào sự tiến triển của bệnh.
Các kỹ thuật nghiên cứu thực bào
Nhiều kỹ thuật được sử dụng để nghiên cứu thực bào trong phòng thí nghiệm, bao gồm:
- Nuôi cấy tế bào: Các tế bào thực bào, như đại thực bào và bạch cầu trung tính, có thể được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu các cơ chế của thực bào.
- Thí nghiệm thực bào in vitro: Các hạt được đánh dấu huỳnh quang hoặc phóng xạ có thể được sử dụng để định lượng khả năng thực bào của các tế bào.
- Hình ảnh hiển vi: Hình ảnh hiển vi, bao gồm cả hiển vi huỳnh quang và hiển vi điện tử, có thể được sử dụng để quan sát trực tiếp quá trình thực bào.
- Mô hình động vật: Các mô hình động vật được sử dụng để nghiên cứu vai trò của thực bào trong các bệnh khác nhau. Các mô hình này cho phép các nhà khoa học nghiên cứu quá trình thực bào trong một hệ thống sống phức tạp.