Wnt wird durch Rezeptoren auf der Zelloberfläche aktiviert, die eine Kaskade von Reaktionen innerhalb der Zelle auslösen. Zu viele oder zu wenige Signale können katastrophal sein, was es sehr schwierig macht, diesen Weg mit Standardtechniken zu untersuchen, die Zelloberflächenrezeptoren stimulieren.

Während der Embryonalentwicklung reguliert Wnt die Entwicklung vieler Organe wie Kopf, Rückenmark und Augen. Es hält auch Stammzellen in vielen Geweben bei Erwachsenen aufrecht: Obwohl eine unzureichende Wnt-Signalübertragung zu einem Versagen der Gewebereparatur führen kann, kann sie bei Krebs zu einer erhöhten Wnt-Signalübertragung führen.

Es ist schwierig, das notwendige Gleichgewicht durch Standardmethoden zur Regulierung dieser Wege, wie z. B. chemische Stimulation, zu erreichen. Um dieses Problem zu lösen, entwarfen die Forscher das Rezeptorprotein so, dass es auf blaues Licht reagiert. Auf diese Weise können sie den Wnt-Wert feinabstimmen, indem sie die Intensität und Dauer des Lichts anpassen.

„Licht als Behandlungsstrategie wurde in der photodynamischen Therapie verwendet, die die Vorteile der Biokompatibilität und keine Restwirkung im belichteten Bereich hat. Die meisten photodynamischen Therapien verwenden jedoch normalerweise Licht, um hochenergetische Chemikalien wie reaktive Sauerstoffspezies zu produzieren. Ohne zwischen normalem Gewebe und erkranktem Gewebe zu unterscheiden, wird eine gezielte Therapie unmöglich“, sagte Zhang: „In unserer Arbeit haben wir gezeigt, dass blaues Licht Signalwege in verschiedenen Kompartimenten von Froschembryos aktivieren kann die Herausforderung der Off-Target-Toxizität verringern."

Die Forscher demonstrierten ihre Technologie und verifizierten ihre Anpassungsfähigkeit und Empfindlichkeit, indem sie die Entwicklung des Rückenmarks und des Kopfes von Froschembryos förderten. Sie stellten die Hypothese auf, dass ihre Technologie auch auf andere membrangebundene Rezeptoren angewendet werden könnte, die sich als schwierig erwiesen haben, sowie auf andere Tiere, die den Wnt-Weg teilen, um besser zu verstehen, wie diese Wege die Entwicklung regulieren und was passiert, wenn sie enden.

„Während wir unser lichtempfindliches System weiter ausbauen, um andere grundlegende Signalwege für die Embryonalentwicklung abzudecken, werden wir der Gemeinschaft der Entwicklungsbiologen eine Reihe wertvoller Werkzeuge zur Verfügung stellen, die ihnen helfen können, die Signalergebnisse hinter vielen Entwicklungsprozessen zu bestimmen“, sagte Yang .

Die Forscher hoffen auch, dass die lichtbasierte Technologie, mit der sie Wnt untersuchen, die Gewebereparatur und die Krebsforschung in menschlichem Gewebe beleuchten kann.

„Da Krebs normalerweise mit überaktivierten Signalen einhergeht, stellen wir uns vor, dass lichtempfindliche Wnt-Aktivatoren verwendet werden können, um das Fortschreiten von Krebs in lebenden Zellen zu untersuchen“, sagte Zhang. „In Kombination mit Live-Cell-Imaging können wir quantitativ bestimmen, was normale Zellen in Krebszellen verwandeln kann. Die Signalschwelle liefert die wichtigsten Daten für die Entwicklung zielgerichteter spezifischer Behandlungen in der Präzisionsmedizin der Zukunft.“