基因工程细菌驱动无线体内传感技术迈出关键一步
土耳其研究团队成功开发出一种新型植入式生物传感器，该装置通过基因工程改造的大肠杆菌，可在体内实现分子级别的无线监测，且无需依赖外部电源。
近年来，技术创新在医疗领域的应用日益深入，不仅革新了医院和家庭护理方式，也显著提升了个人健康管理的便利性。随着全球人口老龄化趋势加剧，对能够实时检测体表及体内生物信号的智能医疗设备的需求持续上升。
研究人员在《自然・通讯》期刊上发表的最新成果中，介绍了这一新型传感器系统，其原理是将工程细菌的细胞活动转化为可测量的电磁信号。
科学家对细菌细胞进行了基因改造，使其在检测到特定分子后能生成特定蛋白质。这些蛋白质提升了局部电化学环境中电子的转移效率，从而引发镁金属天线的可控降解。
镁制天线在降解过程中，其几何结构和尺寸随时间发生变化，从而改变其共振频率。外部接收装置通过监测这些频率波动，便可解析出传感器的内部状态。
利用细胞作为生物传感器
目前市场上的植入式设备种类繁多，从生命体征监测、疾病诊断到体内治疗均有覆盖。然而，现有系统在追踪特定分子方面的能力仍有局限。
有人可能会质疑：血糖监测仪不就是用来检测葡萄糖的吗？实际上，大多数血糖仪是通过测量组织电信号变化间接估算血糖水平，而非直接识别葡萄糖分子。而实现体内分子的精确检测，将极大推动疾病生物标志物的实时监测能力，为早期诊断提供有力支撑。
生物细胞具备高度灵敏的分子识别系统，研究人员利用合成生物学手段，对细菌进行基因编辑，使其能够特异性识别目标分子，并作为定制化的生物传感器。
在实验中，研究者对大肠杆菌进行了基因重编程，使其表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，构建出一种合成基因回路。该回路在检测到特定分子时会被激活。
回路启动后，细菌将增强其电子传递能力，并与镁制天线表面发生电化学反应。镁材料具有良好的生物相容性，并可在体内逐渐降解。
随着细菌持续作用，天线的降解过程会引发其物理特性的变化，导致其共振频率发生偏移。佩戴于皮肤表面的读取设备可远程捕捉这些变化，实现对体内传感器状态的无线追踪。
研究团队还在模拟人体肌肉组织的体模中实现了在 25 毫米深度的分子传感。该体模具备与真实组织相似的电学特性，为未来临床应用提供了验证基础。
若将此类技术扩展至更多生物工程细胞和分子靶点，将为疾病进展的持续监测带来革命性突破，有望减少对传统活检和侵入式采样的依赖。
本文由桑朱克塔・蒙达尔撰写，萨迪・哈雷负责编辑，罗伯特・伊根完成事实核查与审核。文章内容体现了独立科学报道的价值。我们依靠读者的支持推动高质量科学新闻的发展。若您认为本报道具有价值，欢迎考虑支持我们的工作，尤其是月捐形式。作为感谢，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》