植入式传感器依托基因工程细菌，实现体内无线分子监测
土耳其研究团队开发了一款先进的植入式生物传感器，其核心是利用经过基因改造的大肠杆菌，实现对生物体内分子水平的无线实时监测。该系统无需外部电源，能够自主运行。
近年来，医学领域的技术创新正在深刻影响医疗实践，不仅限于医院或家庭场景，还改变了人们监测自身健康的方式。随着全球老龄化趋势加剧，对可检测表皮和体内生物信号的高端医疗设备的需求持续增长。
最新成果发表在《自然・通讯》上，研究团队展示了一种新型植入式传感器，它能将工程化细菌细胞的生物活动转化为可测量的电磁信号。
研究人员对工程菌进行了编程，使其在检测到特定分子时产生特异性的蛋白质。这些蛋白质增强了局部电化学环境中的电子转移，从而触发由镁箔构成的天线发生可控降解。
随着镁制天线的逐步溶解，其形状和尺寸发生变化，进而影响其共振频率。位于体外的接收装置可捕捉这些频率的波动，并将其转换为可识别的电磁信号。
以细胞为能量来源
目前市面上的植入式设备已涵盖从生命体征监测到疾病治疗等多个方面。然而，这类系统仍存在局限，尤其是在体内特定分子的检测方面。
有人可能认为，血糖仪不是已经能检测葡萄糖分子吗？实际上，大多数血糖仪测量的是组织中的电信号变化，而非真正意义上的葡萄糖分子。实现对特定分子的直接追踪，将大幅提升对疾病标志物的检测效率，并推动早期诊断。
生物体内的活细胞具备高度灵敏的分子感知能力。通过合成生物学手段，研究人员对细菌进行基因改造，使其成为能够识别特定分子的定制化生物探测器。
实验中，研究人员对大肠杆菌进行了基因编辑，使其表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，并构建了合成基因回路。当细菌识别到目标分子时，该回路被激活。
回路激活后，电子传输增强，细菌与镁金属天线表面发生相互作用。镁是一种具有良好生物相容性的材料，可在体内随时间自然降解。
随着细菌活动引发天线的逐步降解，其物理特性发生改变，导致共振频率发生偏移。体外的无线读取装置能够捕捉这些变化，从而实现对植入设备状态的追踪。
实验人员还在模拟肌肉组织的人体体模中，成功实现了对25毫米深度内的分子浓度变化进行传感。该体模再现了真实组织的电学行为。
若将此类方法扩展至多种生物工程化细胞类型及分子目标，有望彻底改变疾病的监测方式，避免依赖重复活检或侵入性取样。
本文由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷担任编辑，罗伯特・伊根进行事实核查与审核。这是一次由人类团队精心策划与制作的科学报道。读者的支持是独立科学新闻得以持续发展的关键。如果您认为此报道具有价值，欢迎考虑捐赠，特别是月捐形式。作为感谢，捐赠者将获得无广告账号。
更多信息：Ahmet Bilir 等，《体内无线传感的基因工程细菌实现》，《自然・通讯》（2025 年）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：《自然・通讯》