工程细菌赋能新一代植入式传感器，实现体内无线分子监测
土耳其科研团队开发出一款创新的植入式生物传感器，该设备无需外部电源即可在体内自主运行，依赖经过基因工程改造的大肠杆菌来实现分子级别的实时监测。
当前的生物传感技术正在以前所未有的速度推动医疗行业变革，不仅改变了医院和家庭中的健康监测方式，也为应对全球人口老龄化的挑战提供了新的解决方案。能够感知体表与体内生物信号的先进设备，正成为医疗体系中的关键组成部分。
在最新发表于《自然・通讯》的研究中，科研人员展示了该传感器如何将工程化细菌的生物活动转化为可测量的电磁信号，从而实现体内分子信息的无线传递。
研究人员对这些工程大肠杆菌进行编程，使其在检测到特定分子时表达特定蛋白。这些蛋白能加速局部的电子转移过程，触发镁制天线的可控降解反应。
随着天线材料逐渐降解，其几何特征发生变化，从而影响其共振特性。外部读取设备可捕捉这些频率波动，并将其转化为可用于分析的电磁信号。
以生物细胞为信号源
目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，乃至体内治疗。然而，这些系统普遍缺乏对特定分子的直接监测能力。
尽管血糖仪常被认为能检测葡萄糖，但其本质上是通过测量组织电信号变化来间接推断葡萄糖浓度。相比之下，能直接追踪体内分子的技术，将极大地提升对疾病标志物的检测精度，并推动早期诊断的发展。
生物细胞本身具备高度敏感的分子识别机制。研究人员利用合成生物学手段，通过基因编辑使细菌具备检测特定分子的能力，从而将细胞转变为精准的生物传感器。
团队通过在大肠杆菌中引入细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，构建了一个合成基因调控回路。当细菌识别到目标分子时，该回路被激活，推动电子传递增强。
这种增强的电子活性促使细菌与镁制天线表面发生相互作用。镁金属具备良好的生物相容性，并可在体内缓慢降解。
随着镁天线在细菌影响下逐渐降解，其物理特性随之改变，从而引发共振频率的偏移。外部读取器可无线捕捉这些频率变化，实现对体内传感器状态的追踪。
该研究团队还在模拟人体肌肉组织的体模中成功测试了该技术，实现了25毫米深度的分子级传感。该体模具有与人体组织相似的电学特性，验证了该技术在体内环境中的适用性。
通过扩展此方法至更多类型的生物工程细胞和分子靶点，未来有望实现对疾病进程的实时非侵入式监测，从而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・哈雷编辑，罗伯特・伊根负责事实核查与审核。这是一次人类科学新闻创作的深度体现。我们依赖广大读者的支持，以推动独立科学报道的发展。若您觉得本篇内容有价值，欢迎考虑捐赠，尤其是月捐，以助我们持续提供高质量的科学资讯。
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》