英国的汉普顿皇宫里有一座特殊的花园，准确地说，它是一座迷宫。这是英国现存最古老的一座树篱迷宫，许多前往皇宫观光的游客都喜欢前往这座花园完成迷宫挑战。它占地1300多平方米，据统计，游客平均走到这个迷宫的中央大约会耗时20分钟。最近，这座古老的迷宫却为一项科学研究提供了灵感，成为了一篇科学论文里的重要插图：一组科学家以这座迷宫为原型，打造了一系列特殊的微型迷宫，而穿越这些微型迷宫的，却是一群细胞。
无论是在正常的细胞发育期间还是疾病的转移期间，白细胞、皮肤细胞、癌细胞、亦或是像细菌这样的单细胞生物，都需要穿过复杂的环境，进行远距离的迁徙。对于微小的细胞而言，由各种组织、化学物质、毛细血管组成的人体就宛如一个组无比巨大的迷宫。然而，数以亿计的细胞却能在这个“喧闹”的迷宫中穿行，并在大多情况下都能设法抵达想要前往的目的地。你或许会不禁想问：细胞是如何得知该朝哪里移动的呢？
其实，细胞的移动往往是由一种名为趋化性的过程引导的。它指的是大多数单细胞都能通过感知环境中对它们“有吸引力”的化学物质来进行移动。这些有吸引力的化学物质即引诱剂，简单来说，细胞想要从引诱剂浓度较低的区域移动到浓度较高的区域。这种现象非常普遍，比如精子细胞会利用趋化性来寻找卵子，白细胞会利用趋化性聚集到感染部位周围，癌细胞会利用趋化性通过脆弱的组织转移。
不过，简单的趋化并无法引导细胞进行长距离的移动，它也不能处理细胞有时会面临的复杂的分支路径问题。而有一种特殊的趋化性是“自我生成”式的，在这种过程中，细胞可以通过酶来分解环境中的引诱剂，创造出局部的动态化学梯度，然后通过感知不同方向上的引诱剂补给，来确定最佳的移动路径。在一项新的研究中，研究人员为了检测细胞在“自我生成”的趋化性下的导航能力，模拟了细胞在迷宫中的路径选择。
他们通过设置不同长度、不同数目的死胡同和通路路径，创建了一系列复杂度不等的迷宫。迷宫的路径中被设置了可被消耗的引诱剂。结果显示，当细胞面对一条短的、缺乏引诱剂的死胡同，和一条长的、充满了引诱剂的路径时，它们总是会选择充满了引诱剂的那条通的路径。接着，他们以汉普顿皇宫的迷宫为原型，在硅芯片上蚀刻凹槽，创造出了许多微型迷宫，每条路径宽约10到40微米。
在实验中，研究人员观察了两种细胞在这些迷宫中的表现，一种是是被称为盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）的土壤变形虫（一种单细胞生物），还有一种是一类转移性的癌细胞。实验开始之前，迷宫中的凹槽会被填满含有相应的引诱剂的液体。在开始实验时，这些细胞会从每个迷宫的入口处被依次注入，向前游动。
实验结果表明，这些细胞的实际表现几乎与模拟的预测完全一致：为了确定哪条路径分支拥有更高浓度的引诱剂，细胞会分解前方的分子，创造出化学梯度，使得附近区域的引诱剂向它们扩散。随着细胞向前移动，前方的引诱剂就会被消耗得越来越多；如此一来，短小的死胡同分支中的引诱剂就有可能已经被完全耗尽，使得这些细胞在真正抵达死胡同之前就避开这些路径。
也就是说，迷宫中的细胞可以在趋化性下，有效地预判出前方拐角后的情况，通过分解它们面前的化学物质，判断出哪个分支会通向死胡同，哪个分支会通向出口。当面临在一条短的死胡同和一条通往出口的长路径中做选择时，细胞总是会选择长的路径。在这些难度不等的迷宫中，这些细胞在破解的最长的迷宫时耗时约2小时，而破解较短的迷宫只需30分钟。对于那些将死胡同长度设置得与正常通路一样长的较难迷宫，细胞的正确率约约为50%。
此外研究人员还发现，对于同一个复杂的迷宫，第一波到达的细胞最有可能找到出口，而随后的第二波细胞则会面临每条路径中的引诱剂都已经被“先行者”耗尽了的困境，使得它们不知道该往哪里走。一般在自然界中，前导细胞会向后来的细胞发出某种信号，让它们可以紧随其后；但在实验中，研究人员对这些细胞进行了改造，阻断了这种交流，从而观察到了这样的现象。
这项结果对于生物医学有着十分重要的价值，比如它为了解哺乳动物的胚胎发育的早期过程，以及癌细胞的转移提供了新的研究窗口。这项模拟和实验让研究人员了解到，细胞通过分解化学物质所能读取到的信息或许比想象中更加复杂；对于大多数需要细胞找到从一个地方到另一个地方的路径的生物问题，或许都遵循这样的机制。
此外，研究人员相信，不同场景下可能有着各种不同的引诱剂，只是有些引诱剂目前对我们来说仍是未知的，但是对于那些在我们身体迷宫中穿行的细胞来说，它们将是带领它们通向目的地的最佳指引。