物理與光電工程學(xué)院（理工學(xué)院）李寶軍教授團(tuán)隊在 ACS Nano 發(fā)表封面論文
近日，物理與光電工程學(xué)院（理工學(xué)院）納米光子學(xué)研究院李寶軍教授團(tuán)隊在亞細(xì)胞光學(xué)操控研究中取得重要進(jìn)展，團(tuán)隊提出了將細(xì)胞間隧道納米管作為生物光學(xué)傳送帶的新思路，實現(xiàn)了對細(xì)胞內(nèi)部線粒體等細(xì)胞器的定向運輸和可控釋放，為研究細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互作用提供了精準(zhǔn)、無損的光學(xué)方法。研究成果以“Intercellular tunneling nanotubes as natural biophotonic conveyors”為題發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊 ACS Nano，并被選為當(dāng)期封面論文。納米光子學(xué)研究院聯(lián)合培養(yǎng)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(xì)胞之間天然形成的、以肌動蛋白為骨架的納米管狀結(jié)構(gòu)，在遠(yuǎn)程細(xì)胞間的信息交流和物質(zhì)交換中起到了至關(guān)重要的作用。作為細(xì)胞間溝通的橋梁，TNTs內(nèi)部的物質(zhì)運輸直接影響著細(xì)胞的生長、衰老、病變、凋亡、修復(fù)等生命活動過程。為了控制TNTs內(nèi)部的物質(zhì)運輸，研究人員提出了基因編輯法、化學(xué)藥物法等生化技術(shù)。然而，這些方法容易對細(xì)胞造成不可逆的損傷，并且無法對單個細(xì)胞器進(jìn)行高精度的定向運輸。
為此，李寶軍教授團(tuán)隊利用天然的TNTs作為生物光學(xué)傳送帶，實現(xiàn)了對細(xì)胞內(nèi)部單個細(xì)胞器精確、無損的光學(xué)運輸和可控釋放。該團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)直徑為亞波長尺度的TNTs能夠有效傳導(dǎo)近紅外光，當(dāng)近紅外光與TNTs內(nèi)部的細(xì)胞器相互作用時，會對細(xì)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(qū)動細(xì)胞器在TNTs內(nèi)部進(jìn)行定向運輸，這種光學(xué)運輸速度比自發(fā)運輸速度提高了14倍。利用TNTs光學(xué)傳送帶，不僅能夠?qū)⒕€粒體從乳腺癌癌細(xì)胞運輸?shù)绞Щ畹拿庖呒?xì)胞中，促使免疫細(xì)胞的重新激活，抑制癌細(xì)胞的進(jìn)一步惡化，還能將線粒體從健康神經(jīng)元內(nèi)部運輸?shù)绞軗p神經(jīng)元中，促進(jìn)受損神經(jīng)元的自我修復(fù)。此外，通過光操控神經(jīng)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(jīng)元的過度興奮，實現(xiàn)了對神經(jīng)信號傳遞過程的精準(zhǔn)光學(xué)調(diào)控。這種TNTs光學(xué)傳送帶為研究細(xì)胞與細(xì)胞間的相互作用提供了亞細(xì)胞層面的光學(xué)方法，在免疫激活、細(xì)胞修復(fù)、神經(jīng)調(diào)控等方面具有潛在的應(yīng)用前景。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.4c12681