近日，我院李宇超副教授等在亚细胞光学操控研究中取得重要进展，他们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（论文链接）。我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。为控制TNTs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，李宇超副教授团队利用天然的TNTs作为生物光学传送带，实现了对亚细胞器精确、无损的光学运输和可控释放。他们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。
