Melanom är den dödligaste formen av hudcancer, med över 232, 000 nya fall och 55, 000 dödsfall per år världen över. De med ljus hud eller rött hår är ofta benägna att svårt att upptäcka melanom, orsakas ofta av egenskaper hos pigment i huden som kallas melaniner. Personer med ljus hy har en högre koncentration av melaninet som kallas feomelanin i huden, och en motsvarande högre sannolikhet att utveckla melanom - i synnerhet en svår att upptäcka subtyp som kallas amelanotiskt melanom. I höga koncentrationer, feomelanin är ansvarig för den orange-rödaktiga i håret, men är i huvudsak osynlig i huden.

Medan eumelanin, det brunsvarta pigmentet som finns i de flesta melanom, kan lätt ses, det ljusa feomelaninet är svårt att upptäcka; även med framsteg inom modern mikroskopi, förståelsen av feomelaninmolekylen och dess roll i melanom har undvikit forskare.

Nyligen, forskare vid Massachusetts General Hospital's Wellman Center for Photomedicine har gjort ett genombrott för att upptäcka och studera denna svårfångade molekyl i huden. Sam Osseiran, en forskare i teamet ledd av Harvard University professor Conor Evans, kommer att presentera sina fynd vid OSA Biophotonics Congress:Optics in the Life Sciences meeting, hölls 2-5 april i San Diego, Kalifornien, USA.

Evans-gruppens forskning fokuserar kring användningen av en högupplöst bildteknik som kallas koherent anti-Stokes Raman Scatterings (CARS) mikroskopi, en variant av den mer använda Raman-spektroskopin som möjliggör kemiskt specifik avbildning med hjälp av detektering av molekylära vibrationer.

Evans, vars translationella forskargrupp är specialiserad på mikroskopi och spektroskopi för att förstå cancer och dermatologiska besvär, säger det vanliga antagandet om att lokalisera och avbilda feomelanin är att "det finns verkligen inget bra sätt att se detta mest osynliga pigment när det förekommer i huden."

Men Massachusetts General chef för dermatologi, David Fischer, kontaktade Evans och de bestämde sig för att samarbeta. Evans forskargrupp antog utmaningen med feomelaninbildning. "Så mitt team satte ihop våra huvuden, söker efter sätt att se det, "Sa Evans.

Medan en annan optisk teknik, kallas övergående absorptionsmikroskopi, erbjuder möjligheter att studera feomelanin, denna metod är komplex och lämpar sig inte lätt för klinisk praxis.

"Vi började titta igenom Raman -litteraturen, "Evans sa." Raman -spektroskopi är en mycket mogen teknik som låter dig upptäcka molekyler genom deras unika kemiska vibrationer, som själva härrör från molekylernas struktur. CARS -mikroskopi är ett sammanhängande Raman -verktyg som liknar att använda en stämgaffel för att specifikt detektera molekylära strukturer. "

Lyckligtvis, CARS -mikroskopi visade sig vara framgångsrik för avbildning av feomelanin. "Pheomelanin har en unik kemisk struktur, det finns inget annat som det i kroppen, "Sa Evans." Så, vi började titta på molekylstrukturen och märkte att det fanns en motsvarande unik molekylvibration som kan vara användbar för att avbilda pigmentet med CARS -mikroskopi. "

Evans ger mycket av äran till sitt forskargrupp, Sam Osseiran och postdoktoralforskare Tracy Wang, för att vara ledande i utvecklingen och förädlingen av CARS -mikroskopimetoden för avbildning av feomelanin. I allmänhet, CARS -mikroskopi använder två lasrar fokuserade på ett prov vars energiskillnad är "inställd" på specifika molekylära vibrationer för att generera högupplöst bildinformation.

"Arbetet som leddes av Tracy var egentligen en ganska ny tillämpning av CARS -mikroskopi för att rikta in sig på denna biomolekyl som ingen annan har försökt göra tidigare, "Osseiran sa." Vi justerade vårt system och justerade och justerade allt så att vi specifikt kunde rikta in detta melaninpigment, feomelanin. "

Serendipitously, medan de utvecklar sin CARS -avbildningsmetod, gruppen hittade en kompletterande metod som kan användas för samtidig detektion av eumelanin som kallas sumfrekvent absorption (SFA) mikroskopi. SFA använder sig av ett signalmoduleringsschema som kan detektera båda melaninarterna. Detta extra bildverktyg är viktigt, eftersom de flesta människor producerar båda arterna i huden, att göra kartläggning av fördelningen och mängden av båda pigmenten viktig.

"Summa-frekvensabsorptionsbildning låter dig visualisera var alla melaninabsorberare finns i vävnad, "sa Evans." Eftersom både CARS och SFA kan utföras samtidigt, dessa två tekniker kan användas tillsammans för att samtidigt avbilda båda melaninpigmenten. "

Wang och Osseiran tror att deras CARS- och SFA -metod kan vara till stor hjälp för framtida forskning om melanom och dess behandling, samt observera de förändringar som sker med melaninarter i olika tillstånd. "Vi lägger till ett annat verktyg till vårt bruksbälte här i våra undersökningar av melanom, "Sa Osseiran.

Studiens ursprungliga motivator, David Fischer, anser att en mycket viktig fördel med arbetet kan vara dess potentiella roll vid diagnos av cancer.

"Detta kan erbjuda ett helt nytt verktyg för tidig diagnos för några av de mest dödliga melanomen, möjligen i ett skede när de fortfarande kan botas, "sa Fisher." Gång på gång, det är bevisat att tidig diagnos räddar liv. "