物理與光電工程學院（理工學院）納米光子學研究院李寶軍教授團隊在亞細胞光學操控研究中取得重要進展，團隊提出了將細胞間隧道納米管作為生物光學傳送帶的新思路，實現了對細胞內部線粒體等細胞器的定向運輸和可控釋放，為研究細胞與細胞之間的相互作用提供了精準、無損的光學方法。研究成果以“Intercellular tunneling nanotubes as natural biophotonic conveyors”為題發表在國際學術期刊 ACS Nano，并被選為當期封面論文。納米光子學研究院聯合培養博士后龔智勇為論文第一作者，李宇超副教授、李寶軍教授、張垚教授為論文共同通訊作者。
隧道納米管（Tunneling nanotubes，TNTs）是一種細胞之間天然形成的、以肌動蛋白為骨架的納米管狀結構，在遠程細胞間的信息交流和物質交換中起到了至關重要的作用。作為細胞間溝通的橋梁，TNTs內部的物質運輸直接影響著細胞的生長、衰老、病變、凋亡、修復等生命活動過程。為了控制TNTs內部的物質運輸，研究人員提出了基因編輯法、化學藥物法等生化技術。然而，這些方法容易對細胞造成不可逆的損傷，并且無法對單個細胞器進行高精度的定向運輸。
為此，李寶軍教授團隊利用天然的TNTs作為生物光學傳送帶，實現了對細胞內部單個細胞器精確、無損的光學運輸和可控釋放。該團隊發現直徑為亞波長尺度的TNTs能夠有效傳導近紅外光，當近紅外光與TNTs內部的細胞器相互作用時，會對細胞器施加約10 pN的光散射力，能夠克服肌動蛋白拖拽力（0.1-1 pN）的阻礙，從而驅動細胞器在TNTs內部進行定向運輸，這種光學運輸速度比自發運輸速度提高了14倍。利用TNTs光學傳送帶，不僅能夠將線粒體從乳腺癌癌細胞運輸到失活的免疫細胞中，促使免疫細胞的重新激活，抑制癌細胞的進一步惡化，還能將線粒體從健康神經元內部運輸到受損神經元中，促進受損神經元的自我修復。此外，通過光操控神經突觸中藥物小囊泡的定向運輸和定點釋放，有效抑制了神經元的過度興奮，實現了對神經信號傳遞過程的精準光學調控。這種TNTs光學傳送帶為研究細胞與細胞間的相互作用提供了亞細胞層面的光學方法，在免疫激活、細胞修復、神經調控等方面具有潛在的應用前景。
