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PNAS：合成分子引领细胞之舞
Johns Hopkins大学的研究人员绕过细胞感知环境和应答的通常途径，使用微小的合成分子成功引导了细胞的运动。细胞运动涉及了生命过程的方方面面，从发育、免疫到癌扩散，而这项开拓性的实验为研究细胞运动提供了新工具。
“我们用足够小的合成分子进入细胞，激活了控制细胞运动的化学反应，绕过了这一反应通常所需的绝大多数步骤，”Johns Hopkins大学医学院细胞工程研究所的Andre Levchenko教授说。
研究人员由此得到了能体现重要基础细胞过程的新模型，有助于加深对细胞运动的了解，细胞运动在癌症发展和免疫应答过程中非常关键。该文章发表在近期的美国国家科学院院刊PNAS上。
就像细菌在水滴中扭动一样，许多人类细胞也能运动，例如在皮肤中巡查并进行修复的成纤维细胞、涌向感染位点的免疫细胞、以及在发育过程中长途旅行的神经细胞。此外，肿瘤细胞要扩散转移，也必须解离出来移动到机体的其他部分。
由于其在癌症和免疫中的重要作用，上述细胞之舞是目前的研究热点，Levchenko说。然而，研究刺激细胞运动的天然过程并不容易，在这一过程中信号蛋白与细胞表面的受体分子结合，启动一系列复杂的链式反应，将细胞推向特定的方向。此外，细胞依据细胞两边信号浓度的差异决定移动路线，要人为对细胞两边施加不同刺激比较困难，因为细胞实在太小了。
为此研究人员开发了一种新方法，他们采用能够穿透细胞膜进入细胞的小分子。该分子进入细胞后，就会与两个稍有修饰的蛋白结合，进入刺激细胞运动的网络。这三个分子所形成的复合体能够触发关键蛋白Rac，而Rac正位于细胞运动链式反应的中段。研究人员可以通过分析酶的激活情况，判断相关酶处在Rac的上游还是下游。
要引导细胞的运动方向，就要给合成分子建立适当的浓度梯度。为此，研究人员构建了一个硅芯片，其上分布着微小的液体管道。他们向管道中充入含有合成分子的溶液，并将人类细胞置于其上，就能够给细胞一边施以更多刺激，诱使细胞向指定方向移动。
“合成分子和微流体设备都从未这样用过，而研究结果超出了我们的预期，” Levchenko说。“细胞产生了强烈的应答，不仅向我们指定的方向移动，还改变了形态。”
这项研究不仅为人们提供了进行细胞运动研究的有力工具，也是合成生物学这一新兴领域的进步。“如果研究人员希望培养组织用于移植，那么细胞迁移和聚集的线索就很重要，” Levchenko说。
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