Wnt aktiveras av receptorer på cellytan, som utlöser en kaskad av reaktioner inom cellen. För många eller för få signaler kan vara katastrofala, vilket gör det mycket svårt att studera denna väg med standardtekniker som stimulerar cellytreceptorer.

Under embryonal utveckling reglerar Wnt utvecklingen av många organ, såsom huvudet, ryggmärgen och ögonen. Det upprätthåller också stamceller i många vävnader hos vuxna: Även om otillräcklig Wnt-signalering kan orsaka vävnadsreparationsfel, kan det leda till förhöjd Wnt-signalering vid cancer.

Det är svårt att uppnå den nödvändiga balansen genom standardmetoder för att reglera dessa vägar, såsom kemisk stimulering. För att lösa detta problem designade forskarna receptorproteinet för att svara på blått ljus. På så sätt kan de finjustera Wnt-nivån genom att justera ljusets intensitet och varaktighet.

"Ljus som behandlingsstrategi har använts i fotodynamisk terapi, vilket har fördelarna med biokompatibilitet och ingen kvarvarande effekt i det exponerade området. De flesta fotodynamiska terapier använder dock vanligtvis ljus för att producera högenergikemikalier, såsom reaktiva syrearter. Utan genom att skilja mellan normala vävnader och sjuka vävnader blir målinriktad terapi omöjlig," sa Zhang: "I vårt arbete har vi visat att blått ljus kan aktivera signalvägar i olika fack av grodembryon. Vi föreställer oss rätt. Den rumsligt definierade stimuleringen av cellfunktion kan lindra utmaningen med toxicitet utanför målet."

Forskarna demonstrerade sin teknologi och verifierade dess justerbarhet och känslighet genom att främja utvecklingen av ryggmärgen och huvudet av grodembryon. De antog att deras teknologi även skulle kunna tillämpas på andra membranbundna receptorer som har visat sig vara svåra att rikta in sig på, såväl som andra djur som delar Wnt-vägen, för att bättre förstå hur dessa vägar reglerar utvecklingen och vad som händer när de tar slut.

"När vi fortsätter att utöka vårt ljuskänsliga system för att täcka andra grundläggande signalvägar för embryonal utveckling, kommer vi att förse utvecklingsbiologiska samfundet med en uppsättning värdefulla verktyg som kan hjälpa dem att fastställa signalresultaten bakom många utvecklingsprocesser," sa Yang .

Forskare hoppas också att den ljusbaserade tekniken de använder för att studera Wnt kan belysa vävnadsreparation och cancerforskning i mänskliga vävnader.

"Eftersom cancer vanligtvis involverar överaktiverade signaler, föreställer vi oss att ljuskänsliga Wnt-aktivatorer kan användas för att studera cancerprogression i levande celler," sa Zhang. "I kombination med levande cellavbildning kommer vi att kvantitativt kunna avgöra vad som kan omvandla normala celler till cancerceller. Signaltröskeln ger huvuddata för utvecklingen av riktade specifika behandlingar inom precisionsmedicin i framtiden."