炎癥性腸病（IBD）影響著全球數(shù)百萬人，其會導(dǎo)致嚴(yán)重癥狀，且難以診斷和監(jiān)測（通常需要采用結(jié)腸鏡檢查或內(nèi)窺鏡檢查等有創(chuàng)且昂貴的方法）。基因工程化腸道細(xì)菌是一種極具發(fā)展前景的替代方案，其在胃腸道（GI）中能夠持續(xù)存在，并且可以感知和響應(yīng)特定的環(huán)境信號。此前能夠報告胃腸道炎癥和其他疾病生物標(biāo)志物的工程化益生菌普遍依賴于熒光或生物發(fā)光報告基因。然而，由于光在組織中的穿透性差，因此其產(chǎn)生的信號無法在體內(nèi)實現(xiàn)原位解析。而依賴于比色報告基因的策略則需要對糞便進行培養(yǎng)。有鑒于此，加州理工學(xué)院Mikhail G. Shapiro設(shè)計了一種利用超聲技術(shù)實現(xiàn)體內(nèi)原位成像的益生菌生物傳感器。

本文要點：

（1）超聲是一種廣泛可用、成本低廉的成像方式，其具有亞毫米級空間分辨率，可深入人體內(nèi)部。該生物傳感器基于臨床批準(zhǔn)的益生菌大腸桿菌Nissle。研究者對其進行了基因工程改造，使其能夠定植于胃腸道和感知炎癥生物標(biāo)志物，并且可以通過表達充滿空氣的聲散射蛋白納米結(jié)構(gòu)（氣泡囊泡）做出響應(yīng)。

（2）在通過優(yōu)化生物分子信號通路以實現(xiàn)對生物標(biāo)志物硫代硫酸鹽和四硫代硫酸鹽的靈敏響應(yīng)和產(chǎn)生強烈穩(wěn)定的超聲對比度后，研究者進一步證明了該活體生物傳感器能夠在抗生素誘導(dǎo)的小鼠炎癥模型中實現(xiàn)無創(chuàng)成像。綜上所述，該研究設(shè)計的益生菌生物傳感器能夠?qū)⒒诩?xì)胞的診斷探針與超聲技術(shù)進行結(jié)合，有望為實現(xiàn)更加便捷、成本更低的IBD以及其他胃腸道疾病的診斷和監(jiān)測提供一個新的方法。

參考文獻

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

審核編輯 黃宇