工程化细菌驱动无线植入传感器实现体内分子检测
土耳其研究团队开发出一种创新的植入式生物传感器，其核心在于利用基因编辑的大肠杆菌在体内执行分子监测任务。该设备无需电池，可自主运行并以无线方式传输数据。
当前医学技术正在经历深刻变革，不仅改变了临床治疗方式，也在重新定义个体对自身健康的监测能力。随着全球老龄化趋势加剧，对可检测体表及体内生物信号的高端医疗设备的需求正快速上升。
在《自然·通讯》最新发表的研究中，该团队展示了一种全新的植入式传感系统。它将工程细菌的生物信号转化为电磁波输出，从而实现分子级别的检测。
研究团队对这些细菌进行编程，使其在接触目标分子后表达特定蛋白。这些蛋白可以增强局部电子传输能力，最终促使由镁箔制成的天线发生可控降解。
镁天线在降解过程中，其几何结构和尺寸的变化会直接影响共振频率。外部读取设备通过捕捉这些频率波动，即可还原出体内分子变化的信息。
活细胞作为传感核心
当前市面上的植入式医疗设备种类繁多，涵盖了从生命体征监测到治疗性干预等多个领域。然而，这些系统普遍缺乏对特定分子的检测能力。
有人或许会指出，血糖仪不是已经实现了分子检测吗？实际上，大多数血糖监测设备测量的是组织中的电信号变化，而非直接识别葡萄糖分子。而精准追踪特定生物分子的能力，将极大提升疾病早期诊断的效率。
生物细胞本身具备高度灵敏的分子识别机制。研究人员借助合成生物学手段，对细菌进行基因改造，使其具备识别特定分子的能力，并将其转化为可读信号。
在本研究中，大肠杆菌被重新编程以表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，构建了用于分子识别的合成基因回路。当目标分子出现时，该回路被激活，并增强细菌与金属表面之间的电子交换。
镁金属因其良好的生物相容性被选为天线材料。随着细菌活动引发镁材料的缓慢腐蚀，其物理特性随之变化，从而改变天线的共振特性。佩戴在皮肤表面的无线读取装置可检测这些变化。
研究人员在模拟人体肌肉的电学体模中，实现了深度达25毫米的分子检测，这为未来体内传感器的实际部署奠定了技术基础。
若该技术能扩展至多种工程化细胞和生物标志物检测，将有望实现疾病进展的持续实时监控，减少对组织活检和侵入性检测的依赖。
本报道由桑朱克塔·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。您的支持对于推动独立科学新闻发展至关重要。如您认同本报道价值，欢迎考虑捐赠（月捐尤佳），以助我们持续提供无广告内容。
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》