基于基因工程细菌的植入式传感器实现体内分子无线监测
土耳其科研团队开发出一种新型植入式生物传感器，该装置利用基因改造的大肠杆菌，可在无外部电源支持的情况下，实现体内分子的无线监测。
在医疗技术持续演进的背景下，传感器技术正在推动个体健康监测方式的变革。随着全球老龄化进程加快，对具备精准体内外生物信号检测能力的医疗设备的需求也日益增加。
在最新发表于《自然·通讯》的研究中，该团队展示了这种新型植入式传感器的运行机制，其原理是将工程化细菌的细胞活动转化为可测量的电磁信号。
研究人员对大肠杆菌进行基因改造，使其在接触特定分子时能够生成特异性蛋白。这些蛋白能够增强局部的电化学反应，加快电子传输效率，从而促进镁制天线材料的可控降解。
随着镁天线在体内逐渐溶解，其物理结构的改变将影响其共振频率。外部检测设备可捕捉这些频率波动，并将其转化为可用于分析的无线信号。
以活细胞为感知元件
当前市场上的植入式装置功能多样，涵盖生命体征监测、疾病诊断及体内治疗等多个方面。但这些系统普遍缺乏对特定分子的直接检测能力。
有人可能会质疑，血糖仪不正是检测葡萄糖分子的吗？实际上，大多数血糖仪测量的是电化学信号，而非葡萄糖本身。而具备分子级检测能力的系统，能够更高效地识别疾病相关的生物标志物，为早期诊断提供技术支持。
生物系统本身具有高度灵敏的感知机制。通过合成生物学手段，研究人员对大肠杆菌进行基因工程改造，使其具备识别特定分子的能力，并将这一特性转化为可读的信号输出。
研究中，大肠杆菌被改造以表达Ccm蛋白，形成一种可响应特定分子的合成基因回路。当目标分子出现时，该回路被激活，促进电子在细菌与镁制天线之间的流动。
镁是一种生物相容性良好的金属，其在体内的缓慢降解特性可被用来记录时间依赖性的信号变化。细菌活动引发的天线降解，会改变其共振特性，外部读数器可据此追踪其状态。
在模拟人体肌肉组织的实验模型中，研究人员成功实现了25毫米深度的分子信号检测，该模型再现了真实组织的电学特性。
这项技术的扩展应用前景广阔，未来可适用于多种工程化细胞和生物分子靶点，有望革新疾病监测方式，减少对侵入性取样和重复活检的依赖。
本文由桑朱克塔·蒙达尔撰写，萨迪·哈雷编辑，罗伯特·伊根负责事实核查和审核。这是一次由人类专业团队精心打造的科学报道。感谢读者对独立科学新闻的支持。若此报道对您有所启发，欢迎考虑捐赠，特别是每月定额支持，作为回馈，您将获得无广告访问权限。
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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》