工程化细菌驱动植入式传感器实现体内无线分子监测
土耳其研究团队开发出一种新型植入式生物传感器，该装置利用经过基因改造的大肠杆菌，在无需外部电源的情况下，实现在体内的分子水平监测，并具备无线信号传输能力。
在医学领域，技术创新正以前所未有的速度推动着监测方式的变革，不仅改变了医疗机构的操作方式，也深刻影响了个人健康管理的实践。随着全球人口结构不断变化，对具备监测生物信号能力的先进医疗设备的需求也在持续上升。
在最新发表于《自然・通讯》的研究中，研究者展示了一种利用工程化细菌细胞进行体内信号转导的植入式传感器。该装置能够将细菌的生理活动转化为可被外部设备捕捉的电磁信号。
研究人员通过基因工程手段对细菌进行编程，使其在识别特定分子后表达特定蛋白质。这种蛋白质能够提升周围电化学环境中的电子传输效率，从而触发镁箔天线的可控降解。
随着镁制天线的逐渐腐蚀，其几何参数的改变会直接影响其共振频率。通过外部接收器对这些频率的实时追踪，即可将体内分子活动转化为可读的信号。
以活细胞为信息源
目前市场上已有多种植入式设备，覆盖从生命体征监测到疾病治疗的广泛功能。但这些系统大多无法实现特定分子的体内追踪。
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，大多数血糖监测设备测量的是组织内电信号变化，而非直接识别葡萄糖本身。而若能实现对特定分子的实时追踪，将极大提升疾病标志物的检测效率，并有助于实现早期诊断。
活细胞拥有高度敏感的分子识别机制，能够响应环境中的多种分子变化。研究人员利用合成生物学工具，对大肠杆菌进行基因改造，使其成为可识别特定分子信号的生物传感器。
具体而言，研究团队通过引入细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白的表达系统，构建了一个合成基因调控回路。当细菌识别到目标分子时，这一回路被激活，并增强其电子传递能力，从而促进其与镁金属天线表面的相互作用。
镁天线具备良好的生物相容性，并能在体内逐渐降解。随着细菌活动引发的天线降解过程，其物理结构的改变将导致共振频率的变化，外部读取设备则通过无线方式捕捉这些信号。
在实验中，研究团队在模拟人体肌肉组织的体模中实现了25毫米深度的分子水平传感。该体模高度还原了人体组织的电学特性，为未来在实际临床环境中的应用提供了参考。
这一技术的广泛应用将有望拓展至多种细胞类型和分子靶点，从而实现疾病状态的动态监测，大幅减少对组织活检等侵入性手段的依赖。
本文由桑朱克塔・蒙达尔执笔，萨迪・哈雷编辑，罗伯特・伊根负责事实核查及审核。作为独立科学新闻的重要组成部分，我们依赖广大读者的支持来推动这一事业的发展。如果您认可本篇报道的价值，欢迎考虑进行捐赠，特别是月捐计划，我们将为支持者提供无广告的阅读体验。
更多信息：艾哈迈德・比勒尔等人，《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》