癌细胞在体内迁移有多种原因；一些细胞只是跟随液体的流动，而另一些则是主动跟随特定的化学轨迹。那么，如何确定哪些细胞在移动，为什么？普渡大学的研究人员逆向设计了一个细胞信号处理系统，并像逻辑门--一个简单的计算机一样使用它，以更好地了解是什么导致特定细胞迁移。

多年来，机械工程教授Bumsoo Han和他的研究小组一直在研究癌细胞。他建立了微流体结构来模拟它们的生物环境；他甚至用这些结构建立了一个"时间机器"来逆转胰腺癌细胞的生长。

"在我们的实验中，我们一直在观察和研究这些癌细胞如何迁移，因为这是癌症转移的一个重要方面，"Han团队的博士后研究人员Hye-ran Moon说。"但这是不同的。我们正试图解决这些行为背后的基本机制。而这是非常具有挑战性的，因为细胞是非常复杂的分子系统，而且它们会接触到导致它们移动的多种线索。"

这些线索之一涉及化学线索，许多细胞天生就被吸引（很像蚂蚁追寻气味线索）。另一个是液体流动；如果液体在细胞周围朝某个方向流动，许多细胞就会顺势而行。因此，如果一个细胞在移动，怎么能知道它是由化学物质、液体运动或两者共同驱动的呢？

该团队采用了一个三元逻辑门模型来分析这些线索，并预测细胞在不同环境下会如何移动。他们的研究已经发表在《芯片实验室》（Lab on a Chip）上，这是英国皇家化学学会的一份期刊。

他们的实验是在一个微流控平台上进行的，该平台有一个中心室供细胞使用，还有两个侧面平台。使用这个设备，他们可以复制一个方向的液体流动，也可以复制相反方向的流动，或者根本不流动。他们还可以引入一种已知的化学物质，使细胞迁移。同样，他们可以选择朝一个方向、相反的方向或完全没有方向的趋化作用。这两种线索会相辅相成，还是相互抵消？有了两个线索和三个选择，就有足够的可观察数据来建立一个三元逻辑门模型。

逻辑门是一种来自计算的构造，晶体管接受1或0的输入并返回1或0的输出。二元逻辑门接受两个1和0的组合，并根据它是哪种门而输出不同的结果。三元逻辑门做同样的事情，只是有三个可能的输入和输出。1、0和-1。

穆恩对细胞在两种不同刺激下的移动方向进行了赋值。如果细胞在流动的方向上移动，那就是1。如果它们没有方向性，那就是0。如果它们朝与流动相反的方向移动，那就是-1。

当细胞单独遇到化学品或液体流动时，它们向正方向移动（"1"）。当两者在同一方向出现时，其影响是相加的（仍然是"1"）。然而，当两者的流动方向相反时，细胞向化学品的方向移动（"-1"），而不是向液体流动的方向移动。

基于这些观察，穆恩推断出一个3×3的网格来简化结果。这些癌细胞的线索现在可以被绘制成图表，就像电气工程师绘制电路图一样。

当然，现实世界从来没有那么简单。"Moon说："实际上，化学刺激是一个梯度，而不是一个开关。细胞只有在引入一定的流量阈值后才会移动；如果你引入太多，细胞就会短路，根本不会移动。我们能够预测这种运动的准确性是一种非线性关系。"

穆恩还强调，这个特定的实验非常简单：两个刺激，方向严格相反，在一个单一维度上。下一步将是建立一个类似的实验，但在一个二维平面中；然后在一个三维体积中建立另一个。而这只是开始；一旦施加了多个刺激，并将时间作为第四维的因素，计算就会变得非常复杂。"现在你明白为什么生物学家需要使用超级计算机了！"穆恩说。

"这是一个完美的例子，说明微流控设备可以用于癌症研究，"穆恩说。"在生物环境中做这个实验将是非常困难的。但是有了这些设备，我们可以直接深入到单个细胞，在受控环境中研究它们的行为。"

"这个模型可以适用于远远超过物理上的癌细胞，任何细胞都会受到不同线索的影响，这为研究人员提供了一个框架，以研究这些影响并确定它们发生的原因。遗传工程师也接受了逻辑门模型，将基因视为能产生不同结果的处理器。"