近日，物理与光电工程学院（理工学院）纳米光子学研究院李宝军教授团队在亚细胞光学操控研究中取得重要进展，团队提出了将细胞间隧道纳米管作为生物光学传送带的新思路，实现了对细胞内部线粒体等细胞器的定向运输和可控释放，为研究细胞与细胞之间的相互作用提供了精准、无损的光学方法。研究成果以“Intercellular tunneling nanotubes as natural biophotonic conveyors”为题发表在国际学术期刊 ACS Nano，并被选为当期封面论文。纳米光子学研究院联合培养博士后龚智勇为论文第一作者，李宇超副教授、李宝军教授、张垚教授为论文共同通讯作者。

隧道纳米管（Tunneling nanotubes，TNTs）是一种细胞之间天然形成的、以肌动蛋白为骨架的纳米管状结构，在远程细胞间的信息交流和物质交换中起到了至关重要的作用。作为细胞间沟通的桥梁，TNTs内部的物质运输直接影响着细胞的生长、衰老、病变、凋亡、修复等生命活动过程。为了控制TNTs内部的物质运输，研究人员提出了基因编辑法、化学药物法等生化技术。然而，这些方法容易对细胞造成不可逆的损伤，并且无法对单个细胞器进行高精度的定向运输。

为此，李宝军教授团队利用天然的TNTs作为生物光学传送带，实现了对细胞内部单个细胞器精确、无损的光学运输和可控释放。该团队发现直径为亚波长尺度的TNTs能够有效传导近红外光，当近红外光与TNTs内部的细胞器相互作用时，会对细胞器施加约10 pN的光散射力，能够克服肌动蛋白拖拽力（0.1-1 pN）的阻碍，从而驱动细胞器在TNTs内部进行定向运输，这种光学运输速度比自发运输速度提高了14倍。利用TNTs光学传送带，不仅能够将线粒体从乳腺癌癌细胞运输到失活的免疫细胞中，促使免疫细胞的重新激活，抑制癌细胞的进一步恶化，还能将线粒体从健康神经元内部运输到受损神经元中，促进受损神经元的自我修复。此外，通过光操控神经突触中药物小囊泡的定向运输和定点释放，有效抑制了神经元的过度兴奋，实现了对神经信号传递过程的精准光学调控。这种TNTs光学传送带为研究细胞与细胞间的相互作用提供了亚细胞层面的光学方法，在免疫激活、细胞修复、神经调控等方面具有潜在的应用前景。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c12681