工程细菌赋能植入式传感器实现体内无线分子监测
土耳其科研团队开发了一种新型的植入式生物传感器，该设备利用基因编辑的大肠杆菌进行体内分子监测，无需依赖外部电源，具备自供能和无线通信能力。
医疗技术正以前所未有的速度发展，不仅在医院和家庭护理领域产生深远影响，也彻底改变了我们对自身健康的监控方式。随着全球老龄化趋势加剧，对能够检测体表及体内生物信号的先进设备的需求正持续上升。
在最新发表于《自然・通讯》的论文中，研究人员介绍了一种创新的植入式传感器，该装置可将工程细菌的生物活动转化为可测量的电磁信号。
团队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蛋白质。这种蛋白质的生成会增强电化学系统中的电子传递效率，从而触发由镁箔制成的天线发生可控降解。
随着镁制天线逐渐被侵蚀，其尺寸和形状发生变化，进而改变其共振频率。外部读取设备能够捕捉这些频率的波动，并将其转化为可识别的电磁信号。
活细胞成为信号来源
目前市面上的植入设备功能多样，涵盖生命体征监测、疾病诊断，甚至直接治疗。然而，这些设备普遍缺乏对特定分子的感知能力。
有人或许会质疑：难道血糖仪不是在检测葡萄糖分子吗？实际上，大多数血糖仪是通过测量组织电信号变化来间接推断葡萄糖水平的，并非直接检测分子。而具备直接追踪体内分子的能力，将极大提升生物标志物的检测精度，实现疾病早发现与动态监测。
生物细胞本身具备复杂的感知机制，能够识别其接触的几乎所有分子。研究人员借助合成生物学手段，对细菌进行基因工程改造，使其具备定制化分子检测功能。
研究团队在大肠杆菌中构建了一个合成基因回路，使细菌能够表达细胞色素 c 成熟蛋白（Ccm）。当细菌感知到目标分子时，该回路会被激活。
回路启动后，电子流动增强，从而促使细菌与镁制天线表面产生交互反应。镁作为生物可降解材料，能够在体内逐渐溶解。
随着细菌活动导致天线结构变化，其共振特性随之改变，体表佩戴的读取设备便可无线捕捉这些变化，从而实现对植入设备的远程监控。
研究团队还在模拟肌肉组织的体模中实现了25毫米深度的体内分子传感，该体模高度还原了人体组织的电学性质。
这项技术若能拓展至多种生物工程细胞和分子目标，将有望彻底改变疾病监测方式，减少对活检和侵入性采样的依赖。
本文由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷负责编辑，罗伯特・伊根进行事实核查和审校。作为读者，您的支持对于推动独立科学新闻发展至关重要。若您认可本报道的价值，欢迎考虑捐赠，特别是月捐形式。作为致谢，我们将为您提供无广告的阅读体验。
更多信息：艾哈迈德・比勒尔等，《通过基因工程细菌实现体内无线传感》，《自然・通讯》（2025 年）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：《自然・通讯》