加州理工学院： 益生菌声学生物传感器用于实现肠道炎症的无创成像
大怪科学
炎症性肠病（IBD）影响着全球数百万人，其会导致严重症状，且难以诊断和监测（通常需要采用结肠镜检查或内窥镜检查等有创且昂贵的方法）。基因工程化肠道细菌是一种极具发展前景的替代方案，其在胃肠道（GI）中能够持续存在，并且可以感知和响应特定的环境信号。此前能够报告胃肠道炎症和其他疾病生物标志物的工程化益生菌普遍依赖于荧光或生物发光报告基因。然而，由于光在组织中的穿透性差，因此其产生的信号无法在体内实现原位解析。而依赖于比色报告基因的策略则需要对粪便进行培养。有鉴于此，加州理工学院Mikhail G. Shapiro设计了一种利用超声技术实现体内原位成像的益生菌生物传感器。
本文要点：
（1）超声是一种广泛可用、成本低廉的成像方式，其具有亚毫米级空间分辨率，可深入人体内部。该生物传感器基于临床批准的益生菌大肠杆菌Nissle。研究者对其进行了基因工程改造，使其能够定植于胃肠道和感知炎症生物标志物，并且可以通过表达充满空气的声散射蛋白纳米结构（气泡囊泡）做出响应。
（2）在通过优化生物分子信号通路以实现对生物标志物硫代硫酸盐和四硫代硫酸盐的灵敏响应和产生强烈稳定的超声对比度后，研究者进一步证明了该活体生物传感器能够在抗生素诱导的小鼠炎症模型中实现无创成像。综上所述，该研究设计的益生菌生物传感器能够将基于细胞的诊断探针与超声技术进行结合，有望为实现更加便捷、成本更低的IBD以及其他胃肠道疾病的诊断和监测提供一个新的方法。
参考文献
Marjorie T. Buss. et al. Probiotic acoustic biosensors for noninvasive imaging of gut inflammation.Nature Communications. 2025
https://www.nature.com/articles/s41467-025-62569-1
审核编辑 黄宇
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