可植入生物传感器通过工程细菌实现体内无线分子监测
土耳其研究团队开发出一款新型可植入、无电池、无线操作的生物传感器，利用基因工程改造的大肠杆菌实现体内分子水平的实时监测。这项技术为未来医疗设备的设计提供了全新方向，特别是在精准医疗和慢性病管理方面。
当前，随着全球人口老龄化趋势加剧，对能够持续监测体内生物信号的先进医疗工具的需求不断上升。传统医疗设备虽已广泛应用于生命体征监测和疾病诊断，但在特定分子层面的检测上仍存在明显局限。
在发表于《自然通讯》期刊的研究中，研究者展示了一种基于工程化细菌的传感器系统。该系统能将细菌细胞内的生物活动转化为可测量的电磁信号。通过这种设计，研究人员能够在无需外部电源支持的情况下，远程获取体内分子信息。
研究人员对大肠杆菌进行了基因改造，使其在检测到特定分子时表达特定的蛋白质。这些蛋白质增强了细菌与电化学环境之间的电子转移效率，从而加速了镁金属天线的降解过程。随着天线的逐步腐蚀，其结构变化会直接影响其共振频率，而外部接收装置则可以捕捉这些频率的变化，并将其转换为可用数据。
利用生物细胞实现“蜂窝式”供能机制
现有的可植入设备虽然具备监测生命体征和辅助疾病诊断的能力，但在追踪特定分子方面仍显不足。例如，市面上的血糖检测设备通常测量的是组织电位变化，而非直接检测葡萄糖分子。
研究人员指出，具备体内特定分子追踪能力的技术，将有助于更早识别疾病生物标志物，从而实现更及时、更精确的诊断。利用活细胞对分子的高度敏感性，研究团队通过合成生物学方法，设计出一种能够响应目标分子的工程化细菌。
研究中使用的大肠杆菌被编程以表达Ccm（细胞色素c成熟）蛋白，形成一个能够响应特定分子刺激的合成遗传回路。当细菌检测到目标分子时，该回路被激活，从而增强电子传输，促进细菌与镁制天线之间的交互。
随着细菌的持续活动，天线的结构逐渐改变，其共振频率也随之变化。外部无线读取装置可实时捕捉这些频率波动，从而远程监控植入物的工作状态。
在实验中，研究团队在模拟肌肉组织的幻影组织中，实现了25毫米深度内的分子感知。该组织的电学特性与真实人体组织相似，表明该技术具备临床应用的可行性。
这一突破性方法若能推广至更多生物工程细胞类型及多种分子靶点，将有望革新当前疾病监测手段，大幅减少侵入性检测手段的依赖。
更多信息请参考 Ahmet Bilir 等人的研究论文 Wireless in vivo sensing via genetically engineered bacteria，发表于 自然通讯，DOI：10.1038/s41467-025-65416-5。