Tế bào đơn nhân là gì? Các nghiên cứu khoa học về Tế bào này

Định nghĩa tế bào đơn nhân

Tế bào đơn nhân (mononuclear cells) là một nhóm tế bào bạch cầu có đặc điểm hình thái học là nhân đơn, không phân thùy, thường có hình tròn hoặc bầu dục. Đây là những tế bào đóng vai trò then chốt trong hệ thống miễn dịch, đặc biệt là trong việc điều hòa đáp ứng miễn dịch thích nghi và bẩm sinh. Tên gọi “đơn nhân” để phân biệt với các tế bào bạch cầu có nhân phân thùy như neutrophil, eosinophil hay basophil.

Trong máu ngoại vi người, tế bào đơn nhân chiếm khoảng 30–50% tổng số bạch cầu và được gọi chung là PBMC (Peripheral Blood Mononuclear Cells). Nhóm này bao gồm lymphocyte (tế bào lympho), monocyte (bạch cầu đơn nhân lớn), và một số lượng nhỏ các tế bào trình diện kháng nguyên chưa biệt hóa hoàn toàn như tế bào đuôi gai chưa trưởng thành.

PBMC có thể được phân lập từ máu toàn phần thông qua kỹ thuật ly tâm gradient mật độ với môi trường như Ficoll-Paque. Phương pháp này tạo ra lớp phân tách ("buffy coat") giữa huyết tương và lớp hồng cầu, trong đó PBMC nổi ở phần trên và có thể được thu thập để phân tích hoặc nuôi cấy tiếp. Việc thu nhận PBMC là bước khởi đầu quan trọng trong nhiều nghiên cứu miễn dịch học, sinh học phân tử và y học lâm sàng.

Phân loại tế bào đơn nhân

Tế bào đơn nhân được phân chia dựa trên chức năng miễn dịch và đặc điểm biểu hiện bề mặt. Hai nhóm chính là lymphocyte và monocyte, trong đó mỗi nhóm lại chia nhỏ thành các dòng tế bào khác nhau, phản ánh vai trò và đặc tính sinh học đặc hiệu.

• Lymphocyte: Gồm T lymphocyte (T cell), B lymphocyte (B cell) và tế bào sát tự nhiên (NK cell). T cells chịu trách nhiệm nhận diện kháng nguyên thông qua thụ thể đặc hiệu (TCR), chia thành hai nhóm chính là CD4+ helper T cell và CD8+ cytotoxic T cell. B cells có vai trò sản xuất kháng thể, trong khi NK cells tiêu diệt tế bào nhiễm virus hoặc tế bào ung thư mà không cần kháng nguyên đặc hiệu.
• Monocyte: Là dòng tế bào đơn nhân lớn nhất trong máu ngoại vi, có khả năng di chuyển vào mô và biệt hóa thành đại thực bào (macrophage) hoặc tế bào đuôi gai (dendritic cell). Monocyte đóng vai trò quan trọng trong thực bào và trình diện kháng nguyên.

Bảng dưới đây tóm tắt các đặc điểm chính của các loại tế bào đơn nhân:

Chức năng của tế bào đơn nhân

Tế bào đơn nhân tham gia vào hầu hết các phản ứng miễn dịch của cơ thể. Chúng hoạt động như một hệ thống phòng thủ đầu tiên (đối với NK cells và monocyte) và cũng đảm nhận vai trò ghi nhớ miễn dịch đặc hiệu (đối với T và B cells). Chức năng này được điều phối thông qua tương tác giữa các phân tử bề mặt, cytokine, và các tín hiệu hóa học khác.

T cells đóng vai trò nhận diện và tiêu diệt các tế bào bị nhiễm virus hoặc biến đổi ác tính. CD4+ T cells còn tiết ra cytokine để điều hòa hoạt động của các tế bào miễn dịch khác. B cells là nguồn sản xuất kháng thể, giúp trung hòa vi khuẩn và virus. Trong khi đó, NK cells nhận diện các tế bào lạ thông qua sự thiếu hụt phân tử MHC I và tiêu diệt chúng bằng cách giải phóng perforin và granzymes.

Monocyte là một trong những tế bào đầu tiên đáp ứng khi có nhiễm trùng hoặc tổn thương mô. Chúng thực hiện thực bào, sản xuất cytokine gây viêm và thu hút thêm các tế bào miễn dịch khác đến vùng tổn thương. Ngoài ra, monocyte có thể biệt hóa thành đại thực bào mô (macrophage) hoặc dendritic cells, là những tế bào chuyên trình diện kháng nguyên để kích hoạt T cells, mở đầu cho đáp ứng miễn dịch thích nghi.

Vai trò trong bệnh lý

Sự mất cân bằng về số lượng hoặc chức năng của tế bào đơn nhân có liên quan đến nhiều bệnh lý miễn dịch, huyết học và ung thư. Các chỉ số về tế bào đơn nhân thường được sử dụng trong xét nghiệm công thức máu và các kỹ thuật phân tích dòng tế bào như flow cytometry để hỗ trợ chẩn đoán.

Tăng số lượng monocyte trong máu (monocytosis) thường gặp trong các tình trạng viêm mạn, nhiễm trùng như lao, hoặc bệnh bạch cầu đơn nhân cấp tính. Ngược lại, giảm monocyte (monocytopenia) có thể xảy ra sau hóa trị hoặc do suy giảm tủy xương. Lymphocytosis thường đi kèm với nhiễm virus, trong khi lymphocytopenia là dấu hiệu đặc trưng của suy giảm miễn dịch, điển hình là ở bệnh nhân HIV/AIDS.

Trong ung thư, sự hiện diện của các tế bào đơn nhân bất thường hoặc hoạt hóa quá mức có thể thúc đẩy tiến trình bệnh lý. Ví dụ, monocyte có thể biệt hóa thành macrophage liên quan đến khối u (TAM), là loại tế bào có thể hỗ trợ sự phát triển và di căn của khối u thông qua cơ chế ức chế miễn dịch và thúc đẩy tạo mạch máu mới.

Ứng dụng trong nghiên cứu và lâm sàng

Tế bào đơn nhân, đặc biệt là PBMC, có vai trò thiết yếu trong nghiên cứu y sinh hiện đại. Nhờ vào khả năng phản ánh tình trạng miễn dịch của cơ thể, PBMC thường được sử dụng trong các thử nghiệm lâm sàng, nghiên cứu bệnh truyền nhiễm, ung thư học, miễn dịch học, và trong phát triển vaccine cũng như liệu pháp miễn dịch cá thể hóa.

Trong nghiên cứu, PBMC là nguồn tế bào phong phú để phân tích các dấu hiệu sinh học (biomarker), biểu hiện gen, sản xuất cytokine và phân tích phân tử bề mặt thông qua kỹ thuật như flow cytometry, ELISA, RNA-seq và qPCR. PBMC có thể được đông lạnh và lưu trữ lâu dài mà vẫn giữ được đặc tính sinh học, giúp thuận lợi trong việc thực hiện các nghiên cứu đa trung tâm có kiểm soát tốt.

Trong lâm sàng, xét nghiệm công thức máu với định lượng lymphocyte và monocyte thường là chỉ dấu quan trọng giúp đánh giá tình trạng nhiễm trùng, phản ứng miễn dịch sau ghép, hoặc đánh giá tiến triển bệnh lý tự miễn. Ngoài ra, PBMC còn được ứng dụng trong các liệu pháp tế bào như truyền tế bào T CD8+ đặc hiệu với virus hoặc tế bào NK hoạt hóa để tiêu diệt tế bào ung thư.

Kỹ thuật phân lập và bảo quản tế bào đơn nhân

Phân lập PBMC là bước cơ bản để thu nhận tế bào đơn nhân từ mẫu máu ngoại vi. Kỹ thuật phổ biến nhất hiện nay là ly tâm gradient mật độ sử dụng Ficoll-Hypaque hoặc Lymphoprep. Quá trình này tách lớp tế bào đơn nhân thành một vùng màu trắng đục nằm giữa huyết tương và lớp hồng cầu khi mẫu máu được ly tâm với gradient thích hợp.

Quy trình cơ bản gồm các bước: pha loãng máu toàn phần bằng dung dịch đệm (như PBS), đổ nhẹ nhàng lên lớp Ficoll, sau đó ly tâm ở tốc độ thấp (400–1000g) trong 30–40 phút. Sau ly tâm, lớp PBMC sẽ được thu thập, rửa lại bằng dung dịch đệm và đếm tế bào bằng buồng đếm hoặc thiết bị tự động. Trong trường hợp cần lưu trữ, tế bào được bảo quản trong dung dịch cryopreservation chứa DMSO và huyết thanh, và đông lạnh theo chương trình giảm nhiệt độ chuẩn (1°C/phút).

Để đảm bảo chất lượng, điều kiện thu mẫu và thời gian xử lý cần được chuẩn hóa nghiêm ngặt. Thời gian chậm trễ giữa thu mẫu và phân lập có thể làm giảm khả năng sống sót của tế bào và làm thay đổi biểu hiện gen. Bảng dưới đây minh họa một số yêu cầu kỹ thuật:

Tế bào đơn nhân trong miễn dịch học và vaccine

PBMC là mô hình lý tưởng để nghiên cứu phản ứng miễn dịch người trong ống nghiệm (ex vivo). Chúng được sử dụng rộng rãi để đánh giá khả năng đáp ứng miễn dịch sau tiêm chủng, đo lường sản xuất cytokine hoặc phân tích các tế bào T đặc hiệu với kháng nguyên.

Ví dụ, sau khi tiêm vaccine, PBMC có thể được lấy từ người tình nguyện, sau đó kích thích bằng kháng nguyên trong phòng thí nghiệm. Sự tăng sinh của T cells, sản xuất IFN-γ hay IL-2 được đo bằng ELISPOT, flow cytometry hoặc multiplex assays giúp xác định mức độ sinh miễn dịch của vaccine. Những dữ liệu này là tiêu chí để phê duyệt vaccine trong các thử nghiệm lâm sàng giai đoạn I–III.

PBMC cũng được ứng dụng trong liệu pháp tế bào miễn dịch như CAR-T, trong đó tế bào T được thu nhận, biến đổi gen và truyền lại cho bệnh nhân để tiêu diệt tế bào ung thư. Trong nghiên cứu HIV, PBMC là hệ thống để mô phỏng quá trình nhiễm virus, đánh giá ức chế sao chép HIV của các loại thuốc hoặc vaccine ứng viên.

Ứng dụng trong y học cá thể hóa và liệu pháp tế bào

Y học cá thể hóa là lĩnh vực tận dụng đặc tính di truyền và miễn dịch của từng cá nhân để tối ưu hóa điều trị. Tế bào đơn nhân đóng vai trò then chốt trong chiến lược này vì chúng có thể được phân lập dễ dàng, phân tích ở mức phân tử và dùng làm cơ sở dữ liệu sinh học.

Các phân tích "single-cell RNA-seq" trên PBMC cho phép xác định kiểu hình miễn dịch cụ thể của từng bệnh nhân, từ đó lựa chọn thuốc hoặc chiến lược điều trị phù hợp. Trong ung thư, việc định hình các phân nhóm lymphocyte có khả năng phản ứng với tế bào ung thư giúp lựa chọn liệu pháp miễn dịch thích hợp như checkpoint inhibitors hay truyền tế bào T đặc hiệu.

PBMC còn được dùng trong các thử nghiệm thuốc mới để dự đoán đáp ứng thuốc trước khi áp dụng lâm sàng, giảm thiểu nguy cơ và chi phí điều trị không hiệu quả. Khả năng lưu trữ và phân tích hàng loạt mẫu PBMC từ nhiều bệnh nhân cũng là nền tảng cho các nghiên cứu hệ gen, biểu hiện gen và biến đổi biểu sinh quy mô lớn.

Kết luận

Tế bào đơn nhân là thành phần cốt lõi trong hệ miễn dịch người, đóng vai trò trung tâm trong phòng vệ sinh học, phát hiện kháng nguyên, điều hòa viêm và hình thành trí nhớ miễn dịch. Việc nghiên cứu và ứng dụng tế bào đơn nhân, đặc biệt là PBMC, đã mang lại nhiều tiến bộ trong y học, từ chẩn đoán miễn dịch đến phát triển vaccine và liệu pháp tế bào.

Với sự phát triển của công nghệ phân tích đơn bào, sinh học hệ thống và AI, tế bào đơn nhân ngày càng được tích hợp sâu trong nghiên cứu y sinh hiện đại, hứa hẹn đóng góp quan trọng trong y học dự phòng và điều trị cá thể hóa trong tương lai.