Tế bào lympho T gây độc (cytotoxic T lymphocytes) là những “tế bào sát thủ” chuyên biệt của cơ thể, có khả năng loại bỏ chính xác các tế bào bị nhiễm bệnh hoặc ung thư. Hoạt động của chúng dựa trên một vùng trao đổi chuyên biệt gọi là “khớp miễn dịch” (immune synapse), nơi chúng giải phóng các phân tử hoạt tính để tiêu diệt tế bào mục tiêu mà không làm tổn hại các tế bào lân cận. Cho đến nay, tổ chức vi mô của các cấu trúc này vẫn rất khó quan sát.

Một nghiên cứu do Đại học Geneva (UNIGE) và Bệnh viện Đại học Lausanne (CHUV) thực hiện đã cho phép trực quan hóa các cơ chế này trong không gian ba chiều, ở trạng thái gần như tự nhiên. Công bố trên tạp chí Cell Reports, nghiên cứu cho thấy cách tổ chức phân tử của tế bào T gây độc quyết định chức năng của chúng, mở ra những triển vọng mới trong miễn dịch–ung thư học.

Trong quá trình nhiễm trùng hoặc ung thư, các tế bào lympho T gây độc bám vào tế bào mục tiêu và hình thành vùng trao đổi gọi là khớp miễn dịch, sau đó giải phóng các phân tử độc gây chết tế bào mục tiêu. Cơ chế này cho phép tiêu diệt chính xác và có kiểm soát, rất quan trọng để bảo vệ cơ thể mà không làm tổn hại các tế bào khỏe mạnh xung quanh.

Việc cung cấp hình ảnh ba chiều trong trạng thái gần tự nhiên của các quá trình này đã tạo ra một khung tham chiếu để phân tích cách các tế bào miễn dịch hoạt động.

Mặc dù quá trình này đã được nghiên cứu rộng rãi, việc quan sát tổ chức của nó ở cấp độ nanomet trong tế bào người nguyên vẹn vẫn rất khó khăn. Một trong những trở ngại chính nằm ở phương pháp chuẩn bị mẫu, vốn có thể làm biến đổi các cấu trúc tế bào mong manh. Các phương pháp chụp ảnh hiện có thường phải đánh đổi giữa độ phân giải, thể tích quan sát được và khả năng bảo toàn cấu trúc.

Kỹ thuật nhìn thấy những gì “vô hình”

Để vượt qua những hạn chế này, nhóm nghiên cứu từ UNIGE và CHUV-UNIL, với sự hỗ trợ của chương trình TANDEM của Quỹ ISREC, đã sử dụng kính hiển vi giãn nở đông lạnh (cryo-expansion microscopy, cryo-ExM).

“Kỹ thuật này bao gồm việc làm đông tế bào gần như tức thời ở tốc độ rất cao, đưa chúng vào trạng thái thủy tinh, trong đó nước đông đặc mà không tạo tinh thể, nhờ đó bảo tồn trung thực các cấu trúc sinh học. Sau đó, mẫu được giãn nở vật lý bằng hydrogel hấp thụ, cho phép quan sát tổ chức bên trong với độ chính xác cao trong khi vẫn giữ kiến trúc gần tự nhiên,” Virginie Hamel, giảng viên cao cấp tại Khoa Sinh học Phân tử và Tế bào của UNIGE, giải thích.

“Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy tại điểm tiếp xúc giữa tế bào miễn dịch và tế bào mục tiêu, màng tế bào tạo thành một dạng vòm, cấu trúc của nó dường như liên quan đến các tương tác bám dính và tổ chức nội tại của tế bào,” Florent Lemaître, nghiên cứu sau tiến sĩ và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.

Nhóm nghiên cứu cũng đã quan sát được các hạt gây độc (cytotoxic granules) — thành phần chịu trách nhiệm tiêu diệt tế bào mục tiêu — với mức độ chi tiết chưa từng có. Nghiên cứu cho thấy các cấu trúc này có thể thay đổi về tổ chức, với một hoặc nhiều “lõi” tập trung các phân tử hoạt tính giúp phá hủy tế bào mục tiêu.

Từ tế bào đến bệnh nhân

“Chúng tôi đã mở rộng phương pháp này sang mô khối u ở người, cho phép quan sát trực tiếp các tế bào lympho T xâm nhập vào khối u và bộ máy gây độc của chúng ở cấp độ nanomet. Điều này giúp chúng tôi nghiên cứu phản ứng miễn dịch ngay trong bối cảnh lâm sàng và hiểu rõ hơn các cơ chế quyết định hiệu quả của chúng,” Benita Wolf, bác sĩ nội trú trưởng và nhà nghiên cứu tại Khoa Ung thư Lâm sàng CHUV, đồng trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết.

Bằng cách cung cấp góc nhìn ba chiều và gần với trạng thái tự nhiên của các quá trình này, nghiên cứu đã thiết lập một khung tham chiếu quan trọng để phân tích hoạt động của tế bào miễn dịch. Điều này có thể góp phần cải thiện các chiến lược điều trị, đặc biệt trong lĩnh vực miễn dịch–ung thư học, bằng cách giúp hiểu rõ hơn các cơ chế quyết định hiệu quả — hoặc hạn chế — của phản ứng miễn dịch.