工程化细菌驱动的植入式传感器实现体内无线分子监测
土耳其的研究团队开发出一种创新性的下一代植入式生物传感器，该装置利用基因工程化的大肠杆菌，在无需外部电源的情况下，实现体内分子水平的自主无线监测。
当前，医学领域的技术创新正在深刻影响医疗实践，不仅限于医院和家庭护理场景，还改变了个体对自身健康状况的监控方式。随着全球人口老龄化趋势加剧，能够实时监测体内或体表生物信号的先进医疗设备需求不断上升。
在一项最新发表于《自然・通讯》的研究中，研究人员展示了一种新的植入式传感系统，它能够将工程细菌的生物活动转化为可量化的电磁信号。
研究人员对改性细菌进行基因编程，使其在识别特定分子后产生特定蛋白质。这些蛋白质能够增强局部电化学反应的电子传递速率，从而引发由镁箔构成的天线发生可控降解。
随着镁制天线的逐渐腐蚀，其形状和尺寸的变化会直接影响其共振频率。外部读取设备通过追踪这些频率波动，即可提取出相关的电磁信号。
利用活细胞作为传感动力
当前市面上的植入式设备种类繁多，涵盖从生命体征监测、疾病诊断到直接治疗等多种功能。然而，这些系统普遍存在一个技术瓶颈：难以准确追踪和检测特定分子。
有人或许会质疑：血糖仪不是已经能检测葡萄糖分子了吗？实际上，大多数血糖检测仪测量的是组织中的电信号变化，而非葡萄糖分子本身。而具备直接追踪特定分子的能力，将极大提高对疾病相关生物标志物的检测效率，有助于实现疾病早期的实时诊断。
活体细胞本身具备高度敏感的感知系统，能够识别几乎所有与之接触的分子。研究人员利用合成生物学工具，对细菌进行基因改造，使其成为可定制的分子信号检测单元。
研究人员通过编程使大肠杆菌表达细胞色素 c 成熟蛋白（Ccm），构建了合成基因回路。当细菌识别到特定分子时，该回路被激活。
一旦回路启动，电子传递速率增加，使细菌能够与镁基金属天线表面发生电子交互。镁作为一种生物相容性材料，可在体内逐渐降解。
随着细菌活动推动天线的降解，其物理特性随之改变，进而影响其共振频率。体表佩戴的接收装置可以无线捕捉这些频率变化，从而实现对体内植入设备运行状态的远程追踪。
该研究团队还在模拟人体肌肉组织的体模中成功实现了深度达25毫米的分子传感。该体模精确复现了人体组织的电学特性。
这一技术的进一步扩展，有望结合多种工程化细胞类型与分子靶点，彻底革新疾病实时监测的方式，减少对重复活检和侵入性取样的依赖。
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，体现了人类在科学新闻领域的专业创作。作为独立科学新闻的坚定支持者，我们感谢读者对高质量内容的持续关注与支持。若您认为本篇报道具有价值，欢迎考虑捐赠，尤其是月捐。作为回馈，您将获得无广告阅读体验。
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》