细胞间隧道纳米管是细胞之间以肌动蛋白纤维为骨架而形成的纳米管状结构。作为细胞间信息交流和物质交换的桥梁,细胞间隧道纳米管在细胞的生长、迁移、病变、凋亡等生命活动过程中扮演了重要角色。操控细胞间隧道纳米管内部的物质运输,有助于研究细胞与细胞间的相互作用,揭示恶性肿瘤、阿尔兹海默症等疾病的致病机理。

为此,暨南大学李宝军教授、李宇超副教授研究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,实现了对活细胞内部线粒体、小囊泡等细胞器的定向运输。研究成果以封面论文形式发表在国际学术期刊《ACS Nano》。

该研究团队利用天然的细胞间隧道纳米管作为生物光学传送带,实现了对细胞内部单个细胞器的光学运输和可控释放。他们在实验中发现细胞间隧道纳米管能够有效传导近红外光,当近红外光照射在隧道纳米管内部的细胞器时,会对细胞器产生光散射力的作用,由于光散射力大于肌动蛋白的拖拽力,因此能够克服肌动蛋白拖拽力的影响,从而驱动细胞器在细胞间隧道纳米管内部运输,这种光学运输的速度比自发运输速度提高了十四倍。该团队利用光学运输技术,将线粒体从乳腺癌癌细胞运输到失活的免疫细胞中,促使免疫细胞的激活,抑制癌细胞的生长。此外,他们还将神经元之间形成的隧道纳米管作为光学传送带,从正常神经元内部运输线粒体到机械损伤的神经元中,促进受损神经元的自我修复。进一步,通过控制神经突触中抗抑郁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,使神经元保持静息电位,实现了对神经信号传递过程的精准光学调控。这种基于细胞间隧道纳米管的生物光学传送带为研究细胞与细胞间的相互作用提供了新的光学方法,在免疫激活、细胞修复、神经调控等方面具有重要的科学价值。