细胞并非彼此孤立。研究显示，细胞可与邻近细胞交换蛋白质、遗传物质，甚至包括细胞器在内的细胞内成分，这类转移与组织发育、应激反应和损伤修复等过程相关。在部分癌症情境中，肿瘤细胞还可能从周围细胞获取线粒体以维持生长；类似的交换也被认为与衰老过程有关。不过，尽管基因编辑与分子靶向技术不断进展，如何在不破坏细胞活性的前提下，直接、可靠地操控活细胞的细胞质组成，仍缺乏成熟工具。

过去的尝试在“提取”和“导入”两个环节均面临限制。细胞质物质的获取往往依赖洗涤剂或酶介导的细胞裂解，难以避免对细胞的破坏；超声等物理破坏手段则需要精细控制以减少对生物分子的损伤，且流程耗时。将物质导入细胞同样存在瓶颈：脂质载体通常适用于小分子，病毒载体成本较高，显微注射难以规模化应用。现有方法难以同时实现受控、高效与低损伤的细胞质转移。

纳米管膜“注射器”平台

在上述背景下，早稻田大学宫家岳夫教授团队开发了一种基于纳米管膜的“注射器”系统，并在2026年3月17日发表于《Small Science》。研究团队称，该平台结合纳米材料与流体物理，可在细胞群体之间直接转移细胞质内容物。

该系统由一层薄金膜构成，金膜上垂直排列纳米管，并安装在玻璃管上。实验中，研究人员将该膜轻压在培养细胞表面，使纳米管穿透活细胞的磷脂双层而不造成显著损伤。随后通过调节玻璃管内气压，从供体细胞“吸取”细胞质物质；再将装置移至受体细胞培养物上，使用微升量缓冲液将所获细胞质内容物注入新的细胞群。

研究团队通过荧光染料与蛋白质检测等实验确认，细胞质内容物可在压力驱动下被提取并转移。论文同时指出，纳米管直径、纳米管密度以及施加压力的精确选择，是降低细胞损伤的关键参数。在优化条件下，细胞存活率约为95%，细胞质转移效率超过90%。

完整线粒体的转移与功能保持

为验证平台对细胞器转移的能力，研究团队进一步测试了完整线粒体的转移。他们对供体细胞线粒体进行荧光标记，并使用共聚焦显微镜观察受体细胞。结果显示，该系统可向单个细胞稳定输送数十个线粒体。

研究还报告，转移进入受体细胞的线粒体保持功能活性，受体细胞内腺苷三磷酸（ATP）水平明显高于对照组。宫家岳夫表示，这项技术提出了一种不同于基因改造的细胞操控路径，即通过重构细胞内组成来改变细胞。

研究与应用前景

研究团队认为，基于纳米管注射器实现的受控细胞质工程，可能为下一代细胞疗法、疾病模型构建以及更精准的药物筛选平台提供工具。宫家岳夫指出，直接将健康线粒体或细胞质成分转移至目标细胞，对再生医学具有潜在意义，因为治疗用细胞在分离与扩增后常出现代谢活性下降或功能异质性增加；在无需基因改造的情况下恢复或增强线粒体功能，或可为移植前提升细胞质量提供新的策略。

论文总结称，该系统为细胞生物学研究以及生物工程、生物医学应用提供了新的可控手段。