植入式生物传感器：工程细菌赋能体内无线分子监测
土耳其科研团队近期推出一种新型植入式生物传感器，这项技术依托基因工程化的大肠杆菌，可在无需外部电源的情况下，实现体内分子的自主无线监测。
当前，创新性技术正深刻影响医疗行业的发展，不仅限于医院和家庭护理，还重塑了人们监测健康状态的方式。随着全球人口老龄化趋势加剧，对能检测体表及体内生物信号的先进医疗设备的需求持续上升。
相关研究成果发表于《自然·通讯》期刊，展示了一种可将工程化细菌细胞的生物活动转化为可测量的电磁信号的植入式传感器。
研究人员通过基因改造，使细菌在识别特定分子后表达特定蛋白质。这些蛋白质可增强周围电化学系统中的电子转移速率，从而引发由镁箔制成的天线发生可控的降解反应。
随着镁制天线的逐渐腐蚀，其几何形态和尺寸随之变化，进而改变其共振频率。外部接收装置通过捕捉频率变化，将这些信号转化为可用的无线数据。
以活细胞驱动传感机制
如今市面上的植入式设备涵盖生命体征监测、疾病诊断乃至直接治疗等多种功能。然而，这些系统在检测特定分子方面仍存在局限。
有人或许会认为，血糖仪不就是用于检测葡萄糖分子的吗？实际上并非如此。多数血糖仪所测量的是组织电信号变化，而非直接识别葡萄糖分子。而若能实现体内特定分子的精准追踪，将极大提升对疾病生物标志物的检测效率，为疾病早期诊断提供可能。
生物细胞本身具备高度敏感的识别系统，几乎可感知所接触的任何分子。研究团队借助合成生物学工具，对细菌进行基因改造，使其具备识别特定分子的能力。
研究人员对大肠杆菌进行基因重编程，使其表达Ccm蛋白并构建合成基因回路。一旦细菌识别到目标分子，该回路便被激活。
激活的回路增强电子传导，促使细菌与镁金属天线表面发生交互。镁材料具有良好的生物相容性，并可在体内逐步溶解。
随着细菌代谢活动促使天线降解，其物理特性随之变化，从而改变其共振频率。佩戴于体表的读取器可无线接收这些信号变化，实现对体内设备状态的实时追踪。
实验中，研究团队在模拟人体肌肉组织的体模内成功实现了25毫米深度的分子水平监测。该体模精准模拟了真实人体组织的电学特性。
这一方法若能扩展至更多生物工程细胞和分子靶点，将有望彻底革新疾病监测方式，大幅减少对活检或侵入性取样手段的依赖。
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。独立科学新闻的发展依赖于读者的支持。若您认同此类报道的价值，欢迎考虑进行捐赠（尤其推荐月捐）。作为感谢，您将获得无广告账户。
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》