工程化细菌赋能无线植入式传感器实现体内分子追踪
土耳其研究团队近期开发出一种创新的无线植入式生物传感器，其核心在于利用经过基因工程改造的大肠杆菌，实现对体内分子动态变化的实时监测。该装置无需外部电源支持，可自主运行。
近年来，技术创新正不断推动医疗领域的变革，不仅影响医院和家庭护理模式，也彻底改变了人们追踪自身健康状态的方式。尤其在全球人口老龄化趋势加剧的背景下，能够监测体表及体内生物信号的先进医疗设备需求持续上升。
在最新一期《自然・通讯》杂志上发表的研究成果中，科学家展示了一种新型植入式传感器，其原理是将工程细菌的细胞活动转化为可检测的电磁信号。
研究人员通过基因编程使细菌在识别特定目标分子后产生特定蛋白质，这些蛋白质能够增强周围电化学环境中的电子传输速率，从而引发镁金属天线的可控降解。
镁制天线在逐渐降解过程中，其几何结构和尺寸随时间变化，这直接导致其共振频率发生改变。外部信号接收装置可通过追踪频率变化，实现对体内生物活动的远程检测。
细胞驱动的传感机制
当前市场上的植入式医疗设备已能实现生命体征监测、疾病诊断甚至体内治疗等多样化功能，但仍然缺乏对特定分子的精准追踪能力。
有人或许会质疑，血糖仪难道不是直接检测分子？实际上，大多数血糖仪通过测量组织电信号间接推断葡萄糖水平，而非直接识别葡萄糖分子。而具备直接分子追踪能力的传感器，有望极大提升对疾病标志物的检测精度，推动早期诊断的实现。
活细胞具备高度敏感的感知机制，能够识别几乎任何与其接触的分子。研究人员利用合成生物学工具对大肠杆菌进行基因改造，使其成为定制化的分子信号检测平台。
通过编程使大肠杆菌表达细胞色素 c 成熟（Ccm）蛋白，构建了一个可响应目标分子的合成基因回路。当细菌识别到特定分子后，该回路即被激活。
回路激活后增强电子传输过程，使细菌能够与镁金属表面发生电子交互。镁作为生物相容性材料，可在体内缓慢降解。
随着细菌活动引发天线的逐步降解，其物理特性随之改变，进而影响其共振频率。体表佩戴的无线接收器可捕捉频率变化，实现对体内设备运行状态的持续监测。
在实验中，该技术已成功在模拟肌肉组织的体模中实现25毫米深度的分子水平传感，该体模再现了人体组织的电学特性。
未来，该方法若能拓展至多种生物工程细胞类型和分子靶点，将可能彻底改变疾病监测的方式，减少对重复活检或侵入性取样的依赖。
本文由桑朱克塔・蒙达尔执笔，萨迪・哈雷负责编辑，罗伯特・伊根进行事实核查和审校，是团队协作的成果。科学新闻的独立发展离不开读者的支持。若您认可本报道的价值，欢迎考虑捐赠（尤其是定期月捐），以支持高质量的科学内容创作。作为感谢，我们将为您提供无广告访问权限。
更多信息：艾哈迈德・比勒尔等，《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》