工程化细菌赋能无线植入式生物传感
一项来自土耳其的突破性研究展示了一种新一代植入式生物传感器，该设备通过基因编辑的大肠杆菌实现体内分子动态监测。这种无需电池、可自主无线运作的技术，标志着生物传感领域的重要进展。
当前医学正经历深刻的变革，不仅体现在医院和家庭的诊疗场景，更延伸至个体对自身健康状态的实时掌控。随着全球人口老龄化趋势加剧，对可检测体表与体内生物信号的智能医疗设备的需求日益提升。
在最新发表于《自然・通讯》的研究中，研究团队开发出一种能将工程化细菌活动转化为电磁信号的植入式传感系统。这项技术通过细菌细胞的生理反应，实现了体内信号的非侵入式读取。
研究中，科学家对大肠杆菌进行了基因重编程，使其在识别特定分子时产生特定蛋白质。这些蛋白质增强了局部电化学反应中的电子传递效率，从而加速了镁箔天线的可控降解。
随着镁制天线逐步被侵蚀，其物理结构发生改变，导致共振频率发生相应变化。位于体表的接收装置能够捕捉这些频率波动，并将其转化为可分析的电磁信号，从而实现分子水平的体内追踪。
活细胞作为分子探测器
尽管市面上已有大量植入式设备可用于生命体征监测、疾病诊断甚至体内治疗，但它们普遍存在一个局限：无法直接检测体内特定分子。
有人或许会质疑：血糖仪不是能检测葡萄糖吗？实际上，大多数血糖仪依赖的是组织电信号的变化，而非直接追踪葡萄糖分子。而这项新技术具备检测体内特定分子的能力，有望显著提升生物标志物的识别效率，推动疾病早期实时诊断。
天然细胞具有高度灵敏的感知机制，几乎能识别其接触的任何分子。研究团队利用合成生物学方法，对细菌进行基因改造，将其转化为可识别特定分子的定制传感器。
在实验中，研究者让大肠杆菌表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，构建了能够响应目标分子的合成基因回路。当细菌感知到特定物质时，该回路被激活，增强其与镁金属天线的电子相互作用。
镁天线具有良好的生物相容性，并可随时间在体内缓慢降解。随着细菌持续作用于天线表面，其结构变化导致的频率偏移能够被外部读取装置远程捕获，从而实现无线监测。
实验还表明，该系统在模拟人体肌肉组织的体模中实现了深度为25毫米的体内分子检测。该体模设计复现了人体组织的真实电学环境，为技术的临床转化提供了关键验证。
未来，该方法有望应用于更多类型的生物工程细胞和分子靶点，为疾病进展的实时监测提供非侵入性解决方案，避免频繁的组织活检和侵入性采样。
本研究由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷编辑，罗伯特・伊根审核。文章体现了独立科学新闻的专业水准，并依赖读者支持以维持其运营。若您认可本报道的价值，欢迎考虑捐赠，尤其是月度定期捐助。您的支持将有助于我们继续提供高质量的科学内容。
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》