癌細胞在體內遷移有多種原因；一些細胞只是跟隨液體的流動，而另一些則是主動跟隨特定的化學軌跡。那麼，如何確定哪些細胞在移動，為什麼？普渡大學的研究人員逆向設計了一個細胞信號處理系統，並像邏輯門–一個簡單的計算機一樣使用它，以更好地了解是什麼導致特定細胞遷移。

多年來，機械工程教授Bumsoo Han和他的研究小組一直在研究癌細胞。他建立了微流體結構來模擬它們的生物環境；他甚至用這些結構建立了一個”時間機器”來逆轉胰腺癌細胞的生長。

“在我們的實驗中，我們一直在觀察和研究這些癌細胞如何遷移，因為這是癌症轉移的一個重要方面，”Han團隊的博士後研究人員Hye-ran Moon說。”但這是不同的。我們正試圖解決這些行為背後的基本機制。而這是非常具有挑戰性的，因為細胞是非常複雜的分子系統，而且它們會接觸到導致它們移動的多種線索。”

這些線索之一涉及化學線索，許多細胞天生就被吸引（很像螞蟻追尋氣味線索）。另一個是液體流動；如果液體在細胞周圍朝某個方向流動，許多細胞就會順勢而行。因此，如果一個細胞在移動，怎麼能知道它是由化學物質、液體運動或兩者共同驅動的呢？

該團隊採用了一個三元邏輯門模型來分析這些線索，並預測細胞在不同環境下會如何移動。他們的研究已經發表在《芯片實驗室》（Lab on a Chip）上，這是英國皇家化學學會的一份期刊。

他們的實驗是在一個微流控平台上進行的，該平台有一個中心室供細胞使用，還有兩個側面平台。使用這個設備，他們可以復制一個方向的液體流動，也可以復制相反方向的流動，或者根本不流動。他們還可以引入一種已知的化學物質，使細胞遷移。同樣，他們可以選擇朝一個方向、相反的方向或完全沒有方向的趨化作用。這兩種線索會相輔相成，還是相互抵消？有了兩個線索和三個選擇，就有足夠的可觀察數據來建立一個三元邏輯門模型。

邏輯門是一種來自計算的構造，晶體管接受1或0的輸入並返回1或0的輸出。二元邏輯門接受兩個1和0的組合，並根據它是哪種門而輸出不同的結果。三元邏輯門做同樣的事情，只是有三個可能的輸入和輸出。1、0和-1。

穆恩對細胞在兩種不同刺激下的移動方向進行了賦值。如果細胞在流動的方向上移動，那就是1。如果它們沒有方向性，那就是0。如果它們朝與流動相反的方向移動，那就是-1。

當細胞單獨遇到化學品或液體流動時，它們向正方向移動（”1″）。當兩者在同一方向出現時，其影響是相加的（仍然是”1″）。然而，當兩者的流動方向相反時，細胞向化學品的方向移動（”-1″），而不是向液體流動的方向移動。

基於這些觀察，穆恩推斷出一個3×3的網格來簡化結果。這些癌細胞的線索現在可以被繪製成圖表，就像電氣工程師繪製電路圖一樣。

當然，現實世界從來沒有那麼簡單。”Moon說：”實際上，化學刺激是一個梯度，而不是一個開關。細胞只有在引入一定的流量閾值後才會移動；如果你引入太多，細胞就會短路，根本不會移動。我們能夠預測這種運動的準確性是一種非線性關係。”

穆恩還強調，這個特定的實驗非常簡單：兩個刺激，方向嚴格相反，在一個單一維度上。下一步將是建立一個類似的實驗，但在一個二維平面中；然後在一個三維體積中建立另一個。而這只是開始；一旦施加了多個刺激，並將時間作為第四維的因素，計算就會變得非常複雜。”現在你明白為什么生物學家需要使用超級計算機了！”穆恩說。

“這是一個完美的例子，說明微流控設備可以用於癌症研究，”穆恩說。”在生物環境中做這個實驗將是非常困難的。但是有了這些設備，我們可以直接深入到單個細胞，在受控環境中研究它們的行為。”

“這個模型可以適用於遠遠超過物理上的癌細胞，任何細胞都會受到不同線索的影響，這為研究人員提供了一個框架，以研究這些影響並確定它們發生的原因。遺傳工程師也接受了邏輯門模型，將基因視為能產生不同結果的處理器。”