En finjusteret mikroskopiteknik tilbyder banebrydende billeddannelse af melanom

Melanom er den dødeligste form for hudkræft, med over 232, 000 nye sager og 55, 000 dødsfald om året på verdensplan. Dem med lys hud eller rødt hår er ofte tilbøjelige til at få svære at opdage melanomer, ofte forårsaget af egenskaber af pigmenter i huden kaldet melaniner. Mennesker med lys hud har en højere koncentration af melanin kendt som pheomelanin i deres hud, og en tilsvarende større sandsynlighed for at udvikle melanom - især en svær at opdage undertype kendt som amelanotisk melanom. I høje koncentrationer, pheomelanin er ansvarlig for den orange-rødme i håret, men er i det væsentlige usynlig i huden.

Mens eumelanin, det brun-sorte pigment, der findes i de fleste melanomer, kan let ses, det lyse pheomelanin er svært at opdage; selv med fremskridt inden for moderne mikroskopi, forståelse af feomelaninmolekylet og dets rolle i melanom har unddraget forskere.

For nylig, forskere ved Massachusetts General Hospital's Wellman Center for Photomedicine har fået et gennembrud for at få øje på og studere dette undvigende molekyle i huden. Sam Osseiran, en videnskabsmand på teamet ledet af Harvard University professor Conor Evans, vil præsentere deres resultater på OSA Biophotonics Congress:Optics in the Life Sciences møde, afholdt 2-5. april i San Diego, Californien, USA.

Evans-gruppens forskning er centreret omkring brugen af ​​en højopløsnings billedbehandlingsteknik kaldet kohærent anti-Stokes Raman Scatterings (CARS) mikroskopi, en variant af den mere udbredte Raman-spektroskopi, der muliggør kemisk specifik billeddannelse ved at detektere molekylære vibrationer.

Evans, hvis translationelle forskningsgruppe har specialiseret sig i mikroskopi og spektroskopi til forståelse af kræft og dermatologiske lidelser, siger den almindelige antagelse om lokalisering og billeddannelse af pheomelanin er, at "der virkelig ikke er nogen god måde at se dette for det meste usynlige pigment på, når det forekommer i huden."

Men Massachusetts Generals chef for dermatologi, David Fischer, henvendte sig til Evans, og de besluttede at samarbejde. Evans 'forskerhold tog pheomelanin -billeddannelsesudfordringen. "Så mit team satte hovedet sammen, søger efter måder at se det på, "Sagde Evans.

Mens en anden optisk teknologi, kaldet transient absorptionsmikroskopi, tilbyder muligheder for at studere pheomelanin, denne metode er kompleks og ikke let egnet til klinisk praksis.

"Vi begyndte at gennemse Raman -litteraturen, "Evans sagde." Raman -spektroskopi er en meget moden teknik, der giver dig mulighed for at detektere molekyler ved deres unikke kemiske vibrationer, som selv stammer fra molekylernes struktur. CARS -mikroskopi er et sammenhængende Raman -værktøj, der ligner at bruge en stemmegaffel til specifikt at detektere molekylære strukturer. "

Heldigvis, CARS -mikroskopi viste sig at være en succes for billeddannelse af pheomelanin. "Pheomelanin har en unik kemisk struktur, der er intet andet som det i kroppen, "Sagde Evans." Så, vi begyndte at se på den molekylære struktur og bemærkede, at der var en tilsvarende unik molekylær vibration, der kunne være nyttig til at afbilde pigmentet med CARS-mikroskopi."

Evans giver meget af æren til sit forskerhold, Sam Osseiran og postdoktoralforsker Tracy Wang, for at gå forrest i udviklingen og forfining af CARS -mikroskopimetoden til billeddannelse af pheomelanin. Generelt, CARS -mikroskopi anvender to lasere med fokus på en prøve, hvis energiforskel er "afstemt" til specifikke molekylære vibrationer for at generere billedinformation med høj opløsning.

"Arbejdet ledet af Tracy var virkelig en ny anvendelse af CARS -mikroskopi for at målrette mod dette biomolekyle, som ingen andre har prøvet at gøre før, "Osseiran sagde." Vi justerede vores system og justerede og justerede alt, så vi specifikt kunne målrette mod dette ene melaninpigment, feomelanin. "

Serendipitøst, mens de udvikler deres CARS -billeddannelsesmetode, gruppen fandt en komplementær metode, der kunne bruges til samtidig påvisning af eumelanin kaldet sum-frequency absorption (SFA) mikroskopi. SFA gør brug af et signalmodulationsskema, der kan detektere begge arter af melanin. Dette ekstra billedværktøj er vigtigt, da de fleste mennesker producerer begge arter i huden, gør det vigtigt at kortlægge fordelingen og mængden af ​​begge pigmenter.

"Sumfrekvensabsorptionsbilleddannelse giver dig mulighed for at visualisere, hvor alle melaninabsorberende er i væv, " sagde Evans. "Da både CARS og SFA kan udføres på samme tid, disse to teknikker kan bruges sammen til samtidig at afbilde begge melaninpigmenter. "

Wang og Osseiran mener, at deres CARS- og SFA-metode kan være meget nyttig for fremtidig forskning om melanom og dets behandling, samt observere de ændringer, der sker med melanin-arter i forskellige tilstande. "Vi tilføjer endnu et værktøj til vores brugsbælte her i vores undersøgelser af melanom, "Sagde Osseiran.

Undersøgelsens originale motivator, David Fischer, mener, at en meget vigtig fordel ved arbejdet kan være dets potentielle rolle i diagnosticering af kræft.

"Dette kan tilbyde et helt nyt værktøj til tidlig diagnose af nogle af de mest dødelige melanomer, muligvis på et tidspunkt, hvor de stadig kan helbredes, "sagde Fisher." Gang på gang, det er bevist, at tidlig diagnose redder liv."