工程化细菌赋能无线体内分子监测
土耳其研究团队近期开发出一种创新性的植入式生物传感器，该装置无需外接电源，依靠基因编辑的大肠杆菌在体内进行分子水平的实时监测，并通过无线方式传输信息。
近年来，技术创新不断推动医疗领域的进步，不仅体现在医院和家庭护理场景中，也深刻改变了个体对自身健康状况的监测方式。随着全球人口老龄化的加速，对具备体表及体内生物信号检测功能的先进医疗设备的需求持续增长。
最新发表于《自然・通讯》的研究成果展示了一种植入式传感技术，其核心在于将工程化细菌细胞的生物活动转化为可测量的电磁信号。
研究人员对大肠杆菌进行了基因改造，使其能够在检测到特定分子时表达出特定的蛋白质。这些蛋白质能够增强局部电化学环境中的电子传递效率，从而触发镁箔天线的可控降解。
随着天线材料逐步被侵蚀，其几何形态和尺寸随之变化，进而改变其共振频率。这种频率偏移可被外部接收设备捕捉，并转化为可用于分析的电磁信号。
以生物细胞为传感动力
当前市场上多种植入式设备已经能够实现生命体征监测、疾病诊断甚至治疗功能。但它们在检测特定分子方面仍存在局限。
有人或许会问，难道血糖仪不是在检测葡萄糖分子吗？其实不然。传统血糖仪主要检测的是组织液中电信号的变化，而非直接识别葡萄糖本身。而具备检测体内特定分子能力的传感器，有望在疾病生物标志物的识别方面实现突破，从而推动早期、实时诊断。
活细胞本身具备高度灵敏的分子识别机制，研究人员利用合成生物学手段对细菌进行基因编辑，将其转变为专门针对某类分子的定制化检测平台。
研究团队通过编程大肠杆菌，使其表达细胞色素c成熟（Ccm）蛋白，构建出一个合成基因回路。当目标分子被识别时，该回路被激活。
回路激活后，细菌的电子传递效率提升，使其能够与植入的镁金属天线表面发生相互作用。镁材料具有良好的生物相容性，并可在体内缓慢降解。
随着天线材料的降解进程，其物理特性发生变化，进而影响其共振频率。佩戴于体表的读取设备可远程捕捉这些频率变化，实现在体外对植入设备状态的无线监测。
该研究在模拟人体肌肉组织的体模中成功实现了深度达25毫米的分子级传感，该体模高度还原了真实人体组织的电学行为。
这项技术的扩展应用，将使多种工程化细胞类型和分子靶标具备可检测性，从而革新疾病监测方式，摆脱对传统活检或侵入性取样手段的依赖。
本文由桑朱克塔・蒙达尔执笔，萨迪・哈雷负责编辑，罗伯特・伊根完成事实核查与审核，体现了高质量科学报道的协作精神。我们感谢每一位读者对独立科学新闻的支持。如果您觉得本报道有价值，欢迎考虑进行捐赠，尤其是月捐支持。作为回馈，您将享受无广告的阅读体验。
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》