سیستم ایمنی مصنوعی (AIS) قسمت 2

سیستم‌های ایمنی مصنوعی جزء الگوریتم‌های الهام گرفته شده از بیولوژی هستند. این نوع الگوریتم‌ها، الگوریتم هایی کامپیوتری هستند که اصول و ویژگی‌های آنها نتیجه بررسی در خواص وفقی و مقاومت نمونه‌ها بیولوژیکی است. سیستم ایمنی مصنوعی نوعی الگو برای یادگیری ماشین است. یادگیری ماشین، توانایی کامپیوتر برای انجام یک کار با یادگیری داده‌ها یا از روی تجربه است. در این پروژه ابتدا سیستم ایمنی انسان تشریح شده زیرا در سیستم های ایمنی مصنوعی از مدل ایمنی طبیعی پیروی می شود. سپس سیستم ایمنی مصنوعی معرفی و تعریف می گردد. در ادامه به تاریخچه و نحوه عملکرد الگوریتم خواهیم پرداخت و انواع کاربردهای الگوریتم سیستم ایمنی مصنوعی معرفی شده و دو مثال از بین کاربردها تشریح خواهند شد.

سیستم ایمنی بدن انسان

محیط اطراف بدن انسان حاوی انواع عوامل نظیر ویروس ها ، باکتری ها و قارچ ها است. اگر این عوامل وارد بدن انسان یا میزبان شوند و موقعیت تکثیر پیدا نمایند می توانند میزبان را از پا در آورند. البته بیشتر این عوامل به دلیل وجود واکنش‌هایی از طرف بدن میزبان چنین موقعیتی را پیدا نمی کنند و پس از مدت کوتاهی از بین می‌روند.واکنش‌هایی که باعث مبارزه با عوامل ذکر شده می شوند توسط سیستمی یکپارچه به نام دستگاه ایمنی صورت می‌گیرند. در بدن انسان دستگاه ایمنی شامل مولکول‌ها ، سلول ها و بافت هایی است که در برابر عوامل بیماری زا و عفونت حاصله از آنها مقاومت ایجاد نموده و مانع رشد آنها می شود.دستگاه ایمنی بدن انسان دارای پیچیدگی های زیادی است که وجود این پیچیدگی ها منجر به وجود علم ایمنی شناسی شده است. این علم به مطالعه دستگاه ایمنی بدن انسان و پاسخ های آن در برابر عوامل بیماری زا می پردازد.

خطوط دفاعی بدن انسان

اولین خط دفاعی بدن انسان یک حصار فیزیکی مانند پوست است. پس از آن سیستم ایمنی ذاتی است که از هنگام به دنیا آمدن به صورت طبیعی در بدن وجود دارد.خط سوم دفاعی سیستم ایمنی تطبیقی می باشد که قابلیت یادگیری و بهبود مکانیزم دفاعی را دارا می باشد. ایمنی تطبیقی نسبت به ایمنی ذاتی آهسته تر بوجود می آید ولی ایمنی موثرتری را فراهم می نماید.

سیستم تطبیقی بدن انسان

سیستم ایمنی تطبیقی از دو نوع سلول به نام های سلول B و سلول T تشکیل شده است. سطح این سلول ها از پروتئین های آنتی بادی پوشیده شده است. بر روی تمام سلول های دیگر بدن پروتئین های آنتی ژن وجود دارد.آنتی بادی ها با آنتی ژن ها واکنش شیمیایی می دهند و می توانند به هم متصل شوند.

سیستم ایمنی تطبیقی به دو دسته عمده تقسیم می شود : ایمنی همورال و ایمنی با واسطه سلولی.
هریک از این انواع ایمنی تطبیقی ، بوسیله سلول ها و مولکول های متفاوتی اداره می شوند و به ترتیب برای دفاع در برابر میکروب های خارج سلولی و داخل سلولی طراحی شده اند.ایمنی همورال ، با استفاده از پروتئین هایی که آنتی بادی هستند و بوسیله سلول های B ساخته می شوند ، نقش خود را ایفاء می کنند.آنتی بادی ها به درون سیستم گردش خون و ترشحات مخاطی ترشح می شوند و میکروب ها و سموم میکروبی را که به خون و حفرات اندام های مخاطی مانند
مجاری تنفسی و روده ای راه یافته اند را حذف و خنثی می نمایند. یکی از مهمترین وظایف آنتی بادی ها ، مهار دسترسی و متمرکز شدن میکروب هایی است که از سطوح مخاطی و و خون به سلول های میزبان و بافت های همبند حمله ور می شوند.بدین ترتیب آنتی بادی ها از استقرار و ادامه عفونت جلوگیری می نمایند. آنتی بادی ها به به میکروب هایی که درون سلول آلوده وجود دارند و تکثیر می شوند دستیابی ندارند. این مشکل میکروب های درون سلولی توسط ایمنی با واسطه سلولی برطرف می شود. این ایمنی با واسطه سلول های T بوجود می آید.برخی از سلول های T ، سلول های بیگانه خوار را برای از بین بردن میکروب هایی که بوسیله سلول ها بلعیده شده اند را فعال می کند. سلول های بیگانه خوار در اصل گلبول های سفید خون هستند که سلول های تصویر بیگانه موجود در بدن را می بلعند. سایر سلول های T هر نوع سلول میزبان دارای میکروب درون سیتوپلاسم را از بین می برند. بنابراین سلول های B و T به ترتیب برای شناسایی اختصاصی آنتی زن های میکروب های خارج سلولی و درون سلولی طراحی شده اند. تفاوت دیگر این دو سلول در این است که سلول های T فقط آنتی ژن های پروتئینی میکروب ها را شناسایی می کنند اما سلول های B قادر هستند انواع متفاوتی از مولکول های میکروبی را شناسایی نمایند.

سلول B

آشنایی با مفاهیم اولیه سیستم ایمنی بدن انسان

مهمترین ارگان های سیستم دفاعی بدن انسان عبارتند از : مغز استخوان، تیموس، طحال، رگ های لنفی، گره های لنفی، لوزه و آدونوئید. در تصویر زیر جایگاه هرکدام از ارگان های سیستم دفاعی بدن انسان را مشاهده می نمائید.

ارگان های سیستم دفاعی بدن انسان

تیموس و مغز استخوان بافت های لنفاوی زاینده نامیده می شوند زیرا در تولید سلول های دستگاه ایمنی (گلبول های سفید) و بلوغ آنها نقش اساسی دارند. این دو ارگان اعضای لنفاوی اصلی نیز نامیده می شوند. تیموس غده ای در اطراف جناغ سینه و گردن انسان است که در بلوغ سلول های T نقش اساسی دارد. این غده تا دوران بلوغ رشد کرده و پس از آن به مرور کوچک تر می شود تا در دوران کهنسالی به غده ای از چربی تبدیل می شود.نقش مهم این غده در آموزش سلول های T برای تشخیص خودی از غیر خودی و ایجاد تحمل ایمنی می باشد. طحال نیز در تولید گلبول های سفید خون نقش دارد و گلبول های قرمز پیر را از بین می برد.

رگ های لنفاوی کانال ارتباطی میان دیگر ارگان ها هستند.گلبول های سفید علاوه بر این که می توانند توسط رگ های خونی در تمام بدن حرکت کنند ، می توانند در سیستمی از رگ های لنفی که به موازات رگ های خونی وجود دارند و به گره های لنفی منتهی می شوند ، نیز حرکت کنند. گره های لنفاوی یکی از مهمترین مولفه های سیستم ایمنی هستند. این گره ها در سرتاسر شریان های لنفی و به تعداد زیاد وجود دارند.گلبول های سفید بالغ به اندام های لنفاوی محیطی رفته و در آنجا به آنتی ژن های خارجی واکنش نشان می دهند و از آنجا وارد خون و رگ های لنفی می شوند. سیستم مخاطی ، طحال و رگ ها و گره های لنفاوی جزء بافت های لنفاوی ثانویه محسوب می شوند.

سلول های B

سلول های B از سلول های ریشه ای مغر استخوان نشات گرفته و در مجاورت سلول های نمدی مغز استخوان مراحل اولیه تکامل را سپری می کنند. سپس از سلول های نمدی جدا شده و مرحله دوم تکامل خود را در مغز استخوان به پایان می رسانند. اگر سلول تشکیل شده ، سلولی سالم باشد و علیه سلول های خودی بدن واکنش نشان ندهد ، از مغز استخوان خارج شده و برای شناسایی و مقابله با آنتی ژن ها وارد بدن می شود.سلول های B پس از تحریک شدن تکثیر یافته و به سلول های حافظه تبدیل می شوند. تحریک سلول های B می تواند در اثر سیگنال های رسیده از جانب سلول های T توسط مولکول های سایتوکین یا مستقیما توسط آنتی ژن ها صورت بپذیرد.

سلول های T

سلول های T دارای نوع های مختلف با عملکردهای متفاوت می باشند.گروهی از سلول های T از طریق واکنش متقابل با سلول های بیگانه خوار تک هسته ای ، به آنها در جهت تخریب عوامل بیماری زای داخل سلولی کمک می کنند.این دسته از سلول های T ، سلول های T کمکی یا TH نامیده می شوند.این گروه از سلول های T می توانند با سلول های B نیز واکنش متقابل داشته و به آنها در جهت تقسیم ، تمایز و تولید آنتی بادی کمک کنند.دسته ای دیگر از سلول هایT وظیفه تخریب آن دسته از سلول های میزبان را که با ویروس یا عوامل بیماری زای داخل سلولی آلوده شده اند را برعهده دارند. این نوع از سلول های T را سلول T کُشنده یا TK می نامند.گروه سوم از سلول های T وظیفه تنظیم پاسخ ایمنی بدن و تعدیل آن پس از برطرف شدن عامل بیماری زا را برعهده دارند.این گروه از سلول های T را سلول T بازدارنده یا TS می نامند.سلول های T در مغز استخوان تولید شده و برای بلوغ و تکامل به تیموس مهاجرت می کنند.سلول های T روی سطح خود دارای مولکول های به عنوان گیرنده هستند که TCR نامیده می شوند.این گیرنده ها با مولکول های دیگری به نام هم گیرنده های TCR، در شناسایی آنتی ژن ها نقش اساسی را ایفا می کنند.

به اجتماع گیرنده ها و هم گیرنده های هر سلول T ، مجموعه TCR گفته می شود. سلول های T در مجموعه TCR متفاوت هستند. به عنوان مثال هم گیرنده های سلول های T کمکی از نوع CD4+ و هم گیرنده های سلول های T کُشنده از نوع CD8+ می باشند. نوع سلول T ، در تیموس و در خلال فرآیندهای انتخاب مشخص می شود. بنابراین یک سلول T هنگامی بالغ است که هم گیرنده آن مشخص شده باشد.گیرنده های TCR ، پیش از بلوغ روی سلول های T قراردارند ولی هم گیرنده آن طی فرآیند بلوغ مشخص می شود.

عملکرد سلول T

آنتی بادی

عنوان شد که پس از تحریک سلول های B توسط آنتی ژن ها و یا سلول های T ، این سلول ها به سلول های حافظه تبدیل می شوند. در این مرحله سلول های حافظه مقادیر زیادی از مولکول های گیرنده از نوع محلول که قابل ترشح است را می سازند.این ماده به عنوان آنتی بادی شناخته می شود زیرا آنتی بادی ها مشابه مولکول اصلی گیرنده هستند و به آنتی ژن هایی که در آغاز سلول B را فعال کرده است متصل می شوند.

آنتی ژن

کلمه آنتی ژن به معنی تولید کننده آنتی بادی است. هر مولکولی که به صورت اختصاصی توسط اجزای سیستم ایمنی مانند سلول های B و T و یا هردو شناسایی شود آنتی ژن محسوب می شود.

انواع مرگ سلول

مرگ برنامه ریزی شده سلول به هر شکلی از مردن یک سلول گفته می شود که بر اساس یک برنامه درون سلولی انجام می شود.مرگ طبیعی سلول راهی کلیدی برای خودپایداری سیستم ایمنی بشمار می رود و عاملی مهم برای تغییرات فیزیولوژیک عمومی سلول مانند تغییرات ریختی و تجزیه سلول به اجزای تشکیل دهنده اش برای ثابت نگاه داشتن حضور خود آنتی ژن ها است. فرآیند مرگ طبیعی سلول ها در طی یک روز برای افراد بالغ حدودا بین پنجاه تا هفتاد میلیارد بار اتفاق می افتد.
شکل دیگری از مرگ برنامه ریزی شده سلول ها ، نکروزیس می باشد که به مرگ غیرطبیعی سلول گفته می شود.نکروزیس باعث ایجاد واکنش های التهابی در اطراف سلول مرده می شود.

پاکسازی سلول های مرده

پاکسازی سلول های مرده توسط سلول های بیگانه خوار انجام می شود.این سلول ها نوعی از سلول های ایمنی هستند که سلول های میکروبی و سلول های مرده را طی فرآیند فاگوسیتوز با بلعیدن و هضم کردن از بین می برند. عوامل زیادی برای جلوگیری از فرآیند فاگوسیتوز بر سلول های سالم و خودی بدن وجود دارد. ساختارهای طبیعی بدن در بافت ها ، سطحی هموار دارند که در برابر سلول های بیگانه خوار مقاوم هستند. اما اگر سطح ذره ای نا هموار باشد احتمال انجام فاگوسیتوز بر روی آن افزایش می یابد. بیشتر مواد طبیعی بدن دارای پوشش حفاظتی پروتئینی هستند که سلول های بیگانه خوار را از خود دور می کنند.بافت های مرده و ذرات خارجی عموما فاقد پوشش حفاظتی هستند که آنها را در معرض سلول های بیگانه خوار قرار می دهد. از طرفی سیستم ایمنی بدن انسان هنگام ورود مواد عفونی نظیر باکتری ها به بدن ، آنتی بادی تولید می کند. آنتی بادی های تولید شده به غشاء باکتری ها چسبیده و و آنها را نسبت به سلول های بیگانه خوار حساس می کنند.
سیستم ایمنی مصنوعی (AIS) قسمت 1
سیستم ایمنی مصنوعی (AIS) قسمت 2
سیستم ایمنی مصنوعی (AIS) قسمت 3
سیستم ایمنی مصنوعی (AIS) قسمت 4
سیستم ایمنی مصنوعی (AIS) قسمت 5
سیستم ایمنی مصنوعی (AIS) قسمت 6