细胞利用吸引剂击穿解决迷宫和远距离响应

细胞在组织和胚胎中的迁移通常由吸引人的化学物质的梯度控制，这一过程被称为趋化性。细胞最擅长在复杂的路线上导航，它们使用“自身产生的趋化性”，并创建自己的吸引梯度。这方面的一个例子是当中性粒细胞迁移到组织中以攻击感染。使用建模和活细胞数据，特威迪等人。他们发现，自我产生的趋化性使细胞能够获得数量惊人的有关其环境的信息。黏液霉菌盘基网柄菌的细胞和小鼠胰腺癌来源的细胞能够利用引诱剂的扩散来确定通过复杂迷宫的最佳路线，即使正确的路径很长和扭曲，也不会进入错误的路径。[eaay9792][1][1]#INTRODUCTIONCells在正常胚胎发育和疾病中进行长距离迁移，它们在复杂的分支路径中导航。[eaay9792][1][1]#INTRODUCTION细胞在正常的胚胎发育和疾病中进行长距离迁移，并在复杂的分支路径中导航。趋化性是这一行为的中心调节因素，细胞迁移由吸引人的化学物质的梯度控制。其敏感性受到引诱剂受体反应性的限制。简单的趋化作用不能引导细胞走很长的距离，也不能分解复杂性和分支。自我产生的趋化作用，即细胞通过分解环境中的引诱剂来创造自己的局部动态梯度的过程是不同的。梯度可以更陡峭，因为它们只在单元格附近形成。它们还可以远距离工作，因为随着细胞的迁移，它们会在当地重新制造。此外，自身产生的梯度可以遵循复杂的路径，因为它们是由细胞与其环境之间的相互作用不断产生的。#比率细胞在复杂结构(如发育中的胚胎或血管化肿瘤)中的迁移既涉及很长的距离，也涉及许多关于遵循哪条路径的决定。因此，我们研究了人工复杂环境中的趋化性，这里用迷宫表示。我们使用自生成梯度的计算和数学模型预测了迷宫中细胞的路径发现，并用微流控迷宫中的真实细胞测试了结果。#结果我们模拟了细胞在吸引剂井和死胡同之间的连接之间导航时的各种连接。然后，我们用通常使用远程导航的细胞来测试模型的预测：盘基网柄菌细胞(它们在环境中长距离地找到彼此)和转移癌细胞(它们散布在人体各处)。两人都成功地解决了一系列迷宫，甚至非常复杂的迷宫(见图)，并能确定最佳路径。结果证实，一个自我生成的趋化模型捕捉到了这些迷宫中的所有重要决策：细胞局部分解吸引剂，每条可能的路径以不同的、可预测的速度补充吸引剂。由此产生的局部吸引梯度允许细胞在到达迷宫连接之前，甚至在拐角处感觉到即将到来的迷宫连接，并对它们还没有遇到的路径做出正确的决定。真正的细胞行为与快速移动的盘状芽孢杆菌和移动较慢的胰腺癌细胞的模型非常一致，这意味着潜在的概念模型是对一般细胞行为的有效解释。特别是吸引剂的扩散性对细胞的响应是至关重要的，而简单的模型忽略了这一点。我们模拟并构建了“容易的”和“困难的”迷宫，这两个迷宫看起来相似，但导致细胞的寻路方式截然不同。最后，我们设计了迷宫几何形状，被动地创造了一个临时的吸引剂流量峰值，故意误导细胞进入死胡同，创造了一个趋化性的“海市蜃楼”。#结论自行产生的化学吸引剂梯度允许细胞高效地导航复杂的路径。扩散和吸引剂的分解使细胞能够获得简单的吸引剂梯度无法提供的有关其周围环境的详细信息。如果不考虑细胞、引诱剂和局部环境的结构之间的相互作用，就无法理解细胞在体内的迁移。微流控迷宫是研究这些相互作用的一个很好的实验系统。！[图][2]细胞利用自身产生的趋化性来解算迷宫，并找出一条捷径。(上图)盘状双歧杆菌解算汉普顿宫殿的迷宫。(底部)单元格使用自生成的梯度感知捷径并选择新的最小路径。单元格从左侧进入，从右侧退出。时间由细胞颜色表示，蓝色表示早期，红色表示后期。在发育和转移过程中，细胞在复杂的环境中进行长距离迁移。迁徙通常是由趋化性引导的。