植入式传感器利用工程细菌进行无线分子追踪

土耳其科学家设计了一款下一代可植入式生物传感器，利用基因工程的大肠杆菌进行分子级监测，能够无线运行，无需外部电池。

技术创新正在重塑医学，不仅在我们的医院和家庭中，也在我们监测自身身体的方式上。随着全球人口老龄化，对能够检测体内及体内生物信号的先进医疗设备的需求日益增长。

在发表在《自然通讯》上的一项研究中，研究人员展示了可植入式传感器，将工程化细菌细胞的细胞活动转换为可测量的电磁信号。

他们编程改造的细菌在检测到目标分子时产生特定蛋白质。这些蛋白质提高了周围电化学系统的电子转移速率，启动了由镁箔制成的天线的受控降解。

随着镁天线的侵蚀，其形状和大小随时间变化，直接影响了其共振频率。外部接收机追踪这些频率变化，并将其转换为可探测的电磁信号。

使用蜂窝供电

市面上可获得的植入设备支持广泛的功能，从监测生命体征、诊断疾病，到通过进入体内治疗疾病。这些系统仍有一个不足之处：追踪或检测特定分子。

有人可能会好奇，血糖监测仪难道不能检测葡萄糖分子吗？没有。大多数血糖监测仪测量组织中的电变化，而非直接检测葡萄糖分子。能够追踪体内特定分子的能力，将大大提升疾病相关生物标志物的检测，从而实现早期、实时诊断。

活细胞拥有复杂的系统，能够感知几乎所有遇到的分子。研究人员利用合成生物学工具，选择利用这种能力，通过基因作细菌作为特定分子信号的定制检测器。

研究人员重新编程了大肠杆菌，使其表达细胞色素c成熟（Ccm）蛋白，形成了一个合成遗传回路，当细菌检测到特定目标分子时会启动。

一旦激活，该电路增强了电子流动，使细菌能够与由镁制成的金属天线表面相互作用，镁是一种生物相容性材料，且可随时间溶解于体内。

随着细菌活动逐渐破坏天线，其物理性质的变化导致其振动频率不同。佩戴在身体上的外部读取器无线检测这些变化，从而从外部追踪植入物的活动。

团队还在模拟肌肉的幻影组织中，在25毫米深度的分子层面感知，这些组织模拟了真实人体组织的电学特性。

将这一方法扩展到多样化的生物工程细胞类型和分子靶点，有望彻底改变我们实时监测疾病进展的方式，消除重复活检或侵入性采样的需求。

更多信息：Ahmet Bilir 等，通过基因工程细菌进行无线体内感测，Nature Communications（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5

期刊信息：自然通讯 

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