工程化细菌赋能植入式传感器，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在体内完成分子水平的检测，无需依赖外部供电，即可实现无线自主运行。
当前，技术创新正持续推动医学领域的变革，不仅改变了医院和家庭医疗的运作方式，也重塑了人们对自身健康状况的监测手段。随着全球老龄化趋势加剧，能够追踪体内和体表生物信号的高端医疗设备正变得越来越重要。
在最新一期《自然・通讯》发表的研究中，科学家展示了这款植入式传感器，它能够将工程细菌的细胞活动转化为可测量的电磁信号。
研究人员通过基因编程，使改造后的细菌在识别特定分子时生成特定的蛋白质。这类蛋白质能够加速周围电化学系统中的电子转移，从而引发由镁箔构成的天线发生可控降解。
随着镁天线的逐步腐蚀，其结构和尺寸随时间发生变化，直接影响其共振频率。外部设备可通过捕捉这些频率波动，实现对传感器状态的无线追踪。
细胞作为感知与能量来源
当前市场上的植入式设备应用广泛，涵盖生命体征监测、疾病诊断，甚至体内直接治疗。然而，这类设备仍面临一个关键挑战：难以直接追踪或检测特定分子。
有人或许会质疑：血糖仪不正是用于检测葡萄糖分子的吗？实际上并非如此。传统血糖仪主要测量组织中电信号的变化，而非直接识别葡萄糖分子。而具备直接追踪体内特定分子的能力，将极大提升疾病相关生物标志物的检测精度，从而实现更早、更准确的疾病诊断。
活细胞具备高度灵敏的感知机制，能够识别其所接触的几乎任何分子。研究人员借助合成生物学工具，通过基因编辑使大肠杆菌成为分子信号的定制检测器，从而利用这种天然优势。
研究团队对大肠杆菌进行了重新编程，使其表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，从而构建出一套合成基因回路，该回路在检测到目标分子时被触发。
当回路被激活，电子流动增强，细菌可与镁制天线表面发生相互作用。镁是具备良好生物相容性的材料，可在体内随时间自然降解。
随着细菌活动推动天线的持续降解，其物理特性发生变化，导致其共振频率发生偏移。佩戴于体表的读取装置可无线捕捉这些变化，实现对体内传感器状态的非侵入式监测。
在模拟人体肌肉组织的体模中，研究人员成功实现了25毫米深度的分子水平传感。该体模复现了人体组织的电学特性，为技术的实际应用提供了有力验证。
这项技术若能拓展至更多类型的生物工程细胞与分子靶点，有望彻底改变疾病监测的方式，使患者无需依赖重复活检或侵入性取样，即可实现疾病的实时追踪。
本文由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷负责编辑，罗伯特・伊根进行事实核查与审核。我们依赖广大读者的支持来推动独立科学新闻的发展。如果您觉得这篇报道对您有所帮助，欢迎考虑捐赠（建议选择月捐形式）。作为回馈，您将获得无广告账号。
更多信息：Ahmed Bilir 等，《体内无线传感的基因工程细菌》，自然・通讯（2025年）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：自然・通讯