Johns Hopkins大學的研究人員繞過細胞感知環(huán)境和應答的通常途徑，使用微小的合成分子成功引導了細胞的運動。細胞運動涉及了生命過程的方方面面，從發(fā)育、免疫到癌擴散，而這項開拓性的實驗為研究細胞運動提供了新工具。

“我們用足夠小的合成分子進入細胞，激活了控制細胞運動的化學反應，繞過了這一反應通常所需的絕大多數(shù)步驟，”Johns Hopkins大學醫(yī)學院細胞工程研究所的Andre Levchenko教授說。

研究人員由此得到了能體現(xiàn)重要基礎細胞過程的新模型，有助于加深對細胞運動的了解，細胞運動在癌癥發(fā)展和免疫應答過程中非常關鍵。該文章發(fā)表在近期的美國國家科學院院刊PNAS上。

就像細菌在水滴中扭動一樣，許多人類細胞也能運動，例如在皮膚中巡查并進行修復的成纖維細胞、涌向感染位點的免疫細胞、以及在發(fā)育過程中長途旅行的神經(jīng)細胞。此外，腫瘤細胞要擴散轉移，也必須解離出來移動到機體的其他部分。

由于其在癌癥和免疫中的重要作用，上述細胞之舞是目前的研究熱點，Levchenko說。然而，研究刺激細胞運動的天然過程并不容易，在這一過程中信號蛋白與細胞表面的受體分子結合，啟動一系列復雜的鏈式反應，將細胞推向特定的方向。此外，細胞依據(jù)細胞兩邊信號濃度的差異決定移動路線，要人為對細胞兩邊施加不同刺激比較困難，因為細胞實在太小了。

為此研究人員開發(fā)了一種新方法，他們采用能夠穿透細胞膜進入細胞的小分子。該分子進入細胞后，就會與兩個稍有修飾的蛋白結合，進入刺激細胞運動的網(wǎng)絡。這三個分子所形成的復合體能夠觸發(fā)關鍵蛋白Rac，而Rac正位于細胞運動鏈式反應的中段。研究人員可以通過分析酶的激活情況，判斷相關酶處在Rac的上游還是下游。

要引導細胞的運動方向，就要給合成分子建立適當?shù)臐舛忍荻取榇耍芯咳藛T構建了一個硅芯片，其上分布著微小的液體管道。他們向管道中充入含有合成分子的溶液，并將人類細胞置于其上，就能夠給細胞一邊施以更多刺激，誘使細胞向指定方向移動。

“合成分子和微流體設備都從未這樣用過，而研究結果超出了我們的預期，” Levchenko說。“細胞產(chǎn)生了強烈的應答，不僅向我們指定的方向移動，還改變了形態(tài)。”

這項研究不僅為人們提供了進行細胞運動研究的有力工具，也是合成生物學這一新興領域的進步。“如果研究人員希望培養(yǎng)組織用于移植，那么細胞遷移和聚集的線索就很重要，” Levchenko說。