且看细胞如何走出迷宫穿越人体。

众所周知细胞能通过传感转向短距离并向前移动吸引化学物质或在它们直接邻近中的"化学吸引者"，但它们怎样导航更长的路径一直不清楚。为了找出答案，8月28日的Science上刊登了一篇文章：Seeing around corners: Cells solve mazes and respond at a distance using attractant breakdown。来告诉人们：细胞如何辨识迷宫并长距离穿越人体。

有着英国凡尔赛宫之称的汉普顿皇宫为科研人员提供了灵感，科研人员以这座迷宫为原型，打造了一系列特殊的微型迷宫，而穿越这些微型迷宫的，却是一群细胞。他们以汉普顿皇宫的迷宫为原型，在硅芯片上蚀刻凹槽，创造出了许多微型迷宫，每条路径宽约10到40微米。在实验中，研究人员观察了两种细胞在这些迷宫中的表现，一种是是被称为盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）的土壤变形虫（一种单细胞生物），还有一种是一类转移性的癌细胞。

以汉普顿皇宫的迷宫为原型，在硅芯片上蚀刻凹槽，创造出了许多微型迷宫，每条路径宽约10到40微米。在实验中，研究人员观察了两种细胞在这些迷宫中的表现，一种是是被称为盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）的土壤变形虫（一种单细胞生物），还有一种是一类转移性的癌细胞。

实验开始之前，迷宫中的凹槽会被填满含有相应的引诱剂的液体。在开始实验时，这些细胞会从每个迷宫的入口处被依次注入，向前游动。实验结果表明，这些细胞的实际表现几乎与模拟的预测完全一致：为了确定哪条路径分支拥有更高浓度的引诱剂，细胞会分解前方的分子，创造出化学梯度，使得附近区域的引诱剂向它们扩散。随着细胞向前移动，前方的引诱剂就会被消耗得越来越多；如此一来，短小的死胡同分支中的引诱剂就有可能已经被完全耗尽，使得这些细胞在真正抵达死胡同之前就避开这些路径。

也就是说，迷宫中的细胞可以在趋化性下，有效地预判出前方拐角后的情况，通过分解它们面前的化学物质，判断出哪个分支会通向死胡同，哪个分支会通向出口。当面临在一条短的死胡同和一条通往出口的长路径中做选择时，细胞总是会选择长的路径。

在这些难度不等的迷宫中，这些细胞在破解的最长的迷宫时耗时约2小时，而破解较短的迷宫只需30分钟。对于那些将死胡同长度设置得与正常通路一样长的较难迷宫，细胞的正确率约约为50%。

（此图表示：活细胞故意误导（A）简易迷宫迷宫的设计。尽管两者具有相同的死角空间，但硬迷宫设计为具有更少，更长和更多分支的死角。我们注意到，简单的迷宫很难从视觉上解决。标记检查点（彩色点），并用于对单元的导航成功进行评分。器件宽为800μm（B和C）在两个迷宫中通过第一个检查点的细胞以及通过模拟预测的行为的示例图像（D）通过（A）中每个检查点的D. discoideum细胞的数量，作为迷宫进入物的一部分。检查点颜色标签显示在每个值的上方（E）按照与（A）相似的原理进行简单（左）和坚硬（右）三叉戟迷宫的设计。器件的宽度为810μm（从F到H）导航三叉戟设计的单元格的相似图像。参见电影S7。最终决定的成对t检验得出两个设计对的P <0.05（I和J）以5分钟间隔拍摄的细胞图像按时间进行颜色编码，并叠加在所有四种设计的迷宫的不动中值图像上，显示了细胞所采取的路径。）

此外研究人员还发现，对于同一个复杂的迷宫，第一波到达的细胞最有可能找到出口，而随后的第二波细胞则会面临每条路径中的引诱剂都已经被“先行者”耗尽了的困境，使得它们不知道该往哪里走。一般在自然界中，前导细胞会向后来的细胞发出某种信号，让它们可以紧随其后；但在实验中，研究人员对这些细胞进行了改造，阻断了这种交流，从而观察到了这样的现象。

这项结果对于生物医学有着十分重要的价值，比如它为了解哺乳动物的胚胎发育的早期过程，以及癌细胞的转移提供了新的研究窗口。这项模拟和实验让研究人员了解到，细胞通过分解化学物质所能读取到的信息或许比想象中更加复杂；对于大多数需要细胞找到从一个地方到另一个地方的路径的生物问题，或许都遵循这样的机制。

此外，研究人员相信，不同场景下可能有着各种不同的引诱剂，只是有些引诱剂目前对我们来说仍是未知的，但是对于那些在我们身体迷宫中穿行的细胞来说，它们将是带领它们通向目的地的最佳指引。

研究人员分别来自英国苏格兰的克鲁克·比特森研究所、格拉斯哥大学和思克莱德大学。研究披露，细胞特别擅长于解决迷宫问题；该研究证明了细胞可利用自生的化学趋化梯度而能在人体中长程穿越复杂的路径。一对视频展示了细胞的这些能力，它们显示了细胞正在穿行重新诠释的伦敦附近著名的汉普顿宫树篱迷宫。细胞可在一种名为趋化的过程中利用具吸引力的化学物质梯度在组织中穿行。然而，简单的趋化仅能提供短程引导。但是，有些细胞会在人体的胚胎发生、神经发育、癌症转移和炎症性免疫反应过程中穿行相对遥远的距离。人们不甚了解这些细胞如何能在复杂的生物环境中精确地知晓其所去之处的相关机制。

来自克鲁克·比特森研究所的Luke Tweedy博士和同事对细胞如何在复杂和分支的路径中穿行整个人体而不迷路进行了描述。Tweedy等人创建了小型的微流体迷宫，观察了活的盘基网柄菌（这是一种土壤变形虫）如何应对这些迷宫。作者发现，当细胞使用“自生趋化”以创建其引诱剂梯度时，它们的穿行功能最佳，该梯度使细胞可以获得大量有关其周围环境的信息。通过分解局部的化学引诱剂梯度，细胞可以知晓某新型引诱剂向周围区域的弥撒，使它们能“看清”拐角周围，甚或能准确地预判分支结点处的正确路径。Tweedy等人断定，这些自生梯度对许多长程细胞过程至关重要，其中包括炎症和生殖细胞迁移。