研究發(fā)現(xiàn)芯片上的細(xì)菌可能會(huì)診斷出胃部疾病
美國(guó)研究人員已經(jīng)研制出一種帶有基因工程細(xì)菌的可攝取傳感器,它可以診斷出胃部出血或其他胃腸道疾病。
根據(jù)周四發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)研究,這種“單芯片細(xì)菌”方法將活細(xì)胞制成的傳感器與超低功耗電子設(shè)備結(jié)合在一起,將細(xì)菌響應(yīng)轉(zhuǎn)換為無(wú)線信號(hào),從而可以讀取智能手機(jī)。
該論文的共同資深作者蒂莫西·盧(Timothy Lu)說(shuō):“通過(guò)將工程化的生物傳感器與低功耗無(wú)線電子設(shè)備結(jié)合在一起,我們可以幾乎實(shí)時(shí)地檢測(cè)到人體中的生物信號(hào),從而為人類(lèi)健康應(yīng)用提供新的診斷功能。”麻省理工學(xué)院(MIT)生物工程副教授。
根據(jù)該論文,傳感器可以對(duì)血紅素(血液中的一種成分)做出反應(yīng),并且可以在豬中工作。研究人員還設(shè)計(jì)了可以對(duì)稱(chēng)為硫代硫酸鹽(一種炎癥標(biāo)記)的分子作出反應(yīng)的傳感器。
以前,合成生物學(xué)家通過(guò)產(chǎn)生諸如光的輸出來(lái)對(duì)細(xì)菌進(jìn)行工程改造,以對(duì)諸如環(huán)境污染物或疾病標(biāo)記等刺激做出反應(yīng),但是通常需要專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備來(lái)測(cè)量這種反應(yīng)。
該論文的共同主要作者,前麻省理工學(xué)院的博士后菲利普·納多說(shuō):“我們的想法是將細(xì)菌細(xì)胞包裝在設(shè)備內(nèi)部。” “當(dāng)設(shè)備通過(guò)胃部時(shí),細(xì)胞將被困住并繼續(xù)行駛。”
首先,研究人員設(shè)計(jì)了一種益生菌大腸桿菌,以表達(dá)一種遺傳回路,該回路使細(xì)菌遇到血紅素時(shí)會(huì)發(fā)光。
然后,他們將細(xì)菌放入其定制設(shè)計(jì)的傳感器的四個(gè)孔中,并被一個(gè)半透膜覆蓋,該膜允許來(lái)自周?chē)h(huán)境的小分子擴(kuò)散通過(guò)。
每個(gè)孔的下方是一個(gè)光電晶體管,該光電晶體管可以測(cè)量細(xì)菌細(xì)胞產(chǎn)生的光量,并將信息中繼到微處理器,該微處理器將無(wú)線信號(hào)發(fā)送到附近的計(jì)算機(jī)或智能手機(jī)。
研究人員還構(gòu)建了一個(gè)可用于分析數(shù)據(jù)的Android應(yīng)用。
傳感器是一個(gè)長(zhǎng)約3.8厘米的圓柱體,需要約13微瓦的功率。研究人員為該傳感器配備了2.7伏電池,他們估計(jì)該電池可以為設(shè)備連續(xù)供電約1.5個(gè)月。研究人員稱(chēng),它還可以由胃中酸性液體維持的伏打電池提供動(dòng)力。
研究人員測(cè)試了豬中的可攝入傳感器,結(jié)果表明它可以正確確定胃中是否有血液。他們預(yù)計(jì)這種傳感器可以一次性使用,也可以設(shè)計(jì)成在消化道中保留數(shù)天或數(shù)周,從而發(fā)出連續(xù)的信號(hào)。
當(dāng)前,如果懷疑人們因胃潰瘍出血,則必須進(jìn)行內(nèi)鏡檢查以診斷問(wèn)題,這通常需要對(duì)患者進(jìn)行鎮(zhèn)靜。
為了幫助將該技術(shù)推向患者使用,研究人員計(jì)劃減小傳感器的尺寸,并研究細(xì)菌細(xì)胞在消化道中可以存活多長(zhǎng)時(shí)間。他們還希望為除出血以外的胃腸道疾病開(kāi)發(fā)傳感器。
“目前,我們有四個(gè)檢測(cè)位點(diǎn),但是如果您可以將其擴(kuò)展到16或256個(gè),那么您可以擁有多種不同類(lèi)型的細(xì)胞,并且能夠并行讀取所有細(xì)胞,從而實(shí)現(xiàn)更高通量的篩選,”納多
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