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- 植入式傳感器利用工程細(xì)菌進(jìn)行無線分子追蹤
- 來源：桑朱克塔·蒙達(dá)爾，Phys.org 發(fā)表于 2025/12/16
新型無線、無電池、可植入的生物傳感器利用基因工程大腸桿菌檢測目標(biāo)分子。圖片來源：植入天線的插圖創(chuàng)作于 BioRender.com 年。比利爾，A.（2025）BioRender.com/rnfd7kj。
土耳其科學(xué)家設(shè)計(jì)了一款下一代可植入式生物傳感器，利用基因工程的大腸桿菌進(jìn)行分子級監(jiān)測，能夠無線運(yùn)行，無需外部電池。
技術(shù)創(chuàng)新正在重塑醫(yī)學(xué)，不僅在我們的醫(yī)院和家庭中，也在我們監(jiān)測自身身體的方式上。隨著全球人口老齡化，對能夠檢測體內(nèi)及體內(nèi)生物信號的先進(jìn)醫(yī)療設(shè)備的需求日益增長。
在發(fā)表在《自然通訊》上的一項(xiàng)研究中，研究人員展示了可植入式傳感器，將工程化細(xì)菌細(xì)胞的細(xì)胞活動轉(zhuǎn)換為可測量的電磁信號。
他們編程改造的細(xì)菌在檢測到目標(biāo)分子時(shí)產(chǎn)生特定蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)提高了周圍電化學(xué)系統(tǒng)的電子轉(zhuǎn)移速率，啟動了由鎂箔制成的天線的受控降解。
隨著鎂天線的侵蝕，其形狀和大小隨時(shí)間變化，直接影響了其共振頻率。外部接收機(jī)追蹤這些頻率變化，并將其轉(zhuǎn)換為可探測的電磁信號。
使用蜂窩供電
市面上可獲得的植入設(shè)備支持廣泛的功能，從監(jiān)測生命體征、診斷疾病，到通過進(jìn)入體內(nèi)治療疾病。這些系統(tǒng)仍有一個(gè)不足之處：追蹤或檢測特定分子。
有人可能會好奇，血糖監(jiān)測儀難道不能檢測葡萄糖分子嗎？沒有。大多數(shù)血糖監(jiān)測儀測量組織中的電變化，而非直接檢測葡萄糖分子。能夠追蹤體內(nèi)特定分子的能力，將大大提升疾病相關(guān)生物標(biāo)志物的檢測，從而實(shí)現(xiàn)早期、實(shí)時(shí)診斷。
校準(zhǔn)后的∣S21∣隨時(shí)間變化，以及植入天線暴露于工程化大腸桿菌BL21 CcmA–H（上方）和非工程化大腸桿菌BL21（下方）時(shí)的初始和退化后圖像。圖片來源：自然通訊（2025年）。土井：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65416-5
活細(xì)胞擁有復(fù)雜的系統(tǒng)，能夠感知幾乎所有遇到的分子。研究人員利用合成生物學(xué)工具，選擇利用這種能力，通過基因作細(xì)菌作為特定分子信號的定制檢測器。
研究人員重新編程了大腸桿菌，使其表達(dá)細(xì)胞色素c成熟（Ccm）蛋白，形成了一個(gè)合成遺傳回路，當(dāng)細(xì)菌檢測到特定目標(biāo)分子時(shí)會啟動。
一旦激活，該電路增強(qiáng)了電子流動，使細(xì)菌能夠與由鎂制成的金屬天線表面相互作用，鎂是一種生物相容性材料，且可隨時(shí)間溶解于體內(nèi)。
隨著細(xì)菌活動逐漸破壞天線，其物理性質(zhì)的變化導(dǎo)致其振動頻率不同。佩戴在身體上的外部讀取器無線檢測這些變化，從而從外部追蹤植入物的活動。
團(tuán)隊(duì)還在模擬肌肉的幻影組織中，在25毫米深度的分子層面感知，這些組織模擬了真實(shí)人體組織的電學(xué)特性。
將這一方法擴(kuò)展到多樣化的生物工程細(xì)胞類型和分子靶點(diǎn)，有望徹底改變我們實(shí)時(shí)監(jiān)測疾病進(jìn)展的方式，消除重復(fù)活檢或侵入性采樣的需求。
更多信息：Ahmet Bilir 等，通過基因工程細(xì)菌進(jìn)行無線體內(nèi)感測，Nature Communications（2025）。DOI：10.1038/s41467-025-65416-5
期刊信息：自然通訊
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