Melanoom is de dodelijkste vorm van huidkanker, met meer dan 232, 000 nieuwe gevallen en 55, 000 doden per jaar wereldwijd. Degenen met een lichte huid of rood haar zijn vaak vatbaar voor moeilijk te detecteren melanomen, vaak veroorzaakt door eigenschappen van pigmenten in de huid, melanines genaamd. Mensen met een lichte huid hebben een hogere concentratie van de melanine die bekend staat als pheomelanine in hun huid, en een overeenkomstige hogere kans op het ontwikkelen van melanoom, in het bijzonder een moeilijk te detecteren subtype dat bekend staat als amelanotisch melanoom. In hoge concentraties, pheomelanine is verantwoordelijk voor de oranjeroodheid in het haar, maar is in wezen onzichtbaar in de huid.

Terwijl eumelanine, het bruinzwarte pigment dat in de meeste melanomen wordt aangetroffen, gemakkelijk kan worden gezien, het lichtgekleurde pheomelanine is moeilijk te detecteren; zelfs met de vooruitgang in de moderne microscopie, het begrijpen van het pheomelanine-molecuul en zijn rol in melanoom is wetenschappers ontgaan.

Onlangs, Onderzoekers van het Wellman Center for Photomedicine van het Massachusetts General Hospital hebben een doorbraak bereikt voor het opsporen en bestuderen van dit ongrijpbare molecuul in de huid. Sam Osseiran, een wetenschapper in het team onder leiding van professor Conor Evans van de universiteit van Harvard, zullen hun bevindingen presenteren op het OSA Biophotonics Congress:Optics in the Life Sciences-bijeenkomst, gehouden van 2-5 april in San Diego, Californië, VS.

De onderzoekscentra van de Evans-groep rond het gebruik van een beeldvormingstechniek met hoge resolutie genaamd coherente anti-Stokes Raman Scatterings (CARS) microscopie, een variant van de meer gebruikte Raman-spectroscopie die chemisch specifieke beeldvorming mogelijk maakt door middel van het detecteren van moleculaire trillingen.

Evans, wiens translationele onderzoeksgroep gespecialiseerd is in microscopie en spectroscopie voor het begrijpen van kanker en dermatologische aandoeningen, zegt dat de algemene veronderstelling over het lokaliseren en afbeelden van pheomelanine is dat "er echt geen goede manier is om dit grotendeels onzichtbare pigment te zien wanneer het in de huid voorkomt."

Maar het hoofd dermatologie van Massachusetts General, David Fischer, benaderde Evans en ze besloten samen te werken. Het onderzoeksteam van Evans ging de uitdaging aan op het gebied van pheomelanine-beeldvorming. "Dus mijn team stak de koppen bij elkaar, zoeken naar manieren om het te zien, ' zei Evans.

Terwijl een andere optische technologie, tijdelijke absorptiemicroscopie genoemd, biedt wel mogelijkheden om pheomelanine te bestuderen, deze methode is complex en leent zich niet gemakkelijk voor de klinische praktijk.

"We begonnen de Raman-literatuur te doorzoeken, Evans zei. "Raman-spectroscopie is een zeer volwassen techniek waarmee je moleculen kunt detecteren aan de hand van hun unieke chemische trillingen, die zelf zijn afgeleid van de structuur van de moleculen. CARS-microscopie is een coherent Raman-instrument dat verwant is aan het gebruik van een stemvork om specifiek moleculaire structuren te detecteren."

Gelukkig, CARS-microscopie bleek succesvol voor het afbeelden van pheomelanine. "Pheomelanine heeft een unieke chemische structuur, er is niets anders zoals het in het lichaam, "Zei Evans. "Dus, we begonnen naar de moleculaire structuur te kijken en merkten dat er een overeenkomstige unieke moleculaire vibratie was die nuttig zou kunnen zijn voor het in beeld brengen van het pigment met CARS-microscopie."

Evans geeft veel van de eer aan zijn onderzoeksteam, Sam Osseiran en postdoctoraal onderzoeker Tracy Wang, voor het leiden van de weg bij het ontwikkelen en verfijnen van de CARS-microscopiemethode voor het afbeelden van pheomelanine. In het algemeen, CARS-microscopie maakt gebruik van twee lasers die zijn gericht op een monster waarvan het energieverschil is "afgestemd" op specifieke moleculaire trillingen om beeldinformatie met een hoge resolutie te genereren.

"Het werk onder leiding van Tracy was echt een vrij nieuwe toepassing van CARS-microscopie om dit biomolecuul te targeten, wat niemand anders eerder heeft geprobeerd, " zei Osseiran. "We hebben ons systeem aangepast en alles uitgelijnd en afgestemd, zodat we ons specifiek op dit ene melaninepigment konden richten, pheomelanine."

Toevallig, terwijl ze hun CARS-beeldvormingsmethode ontwikkelden, de groep vond een complementaire methode die kan worden gebruikt voor de gelijktijdige detectie van eumelanine, genaamd som-frequentie-absorptie (SFA) microscopie. SFA maakt gebruik van een signaalmodulatieschema dat beide soorten melanine kan detecteren. Deze aanvullende beeldvormingstool is belangrijk, aangezien de meeste mensen beide soorten in de huid produceren, waardoor het in kaart brengen van de verdeling en hoeveelheid van beide pigmenten belangrijk is.

"Som-frequentie-absorptiebeeldvorming stelt je in staat om te visualiseren waar alle melanine-absorbeerders zich in het weefsel bevinden, " zei Evans. "Omdat zowel CARS als SFA tegelijkertijd kunnen worden uitgevoerd, deze twee technieken kunnen samen worden gebruikt om beide melaninepigmenten tegelijkertijd af te beelden."

Wang en Osseiran geloven dat hun CARS- en SFA-methode zeer nuttig kan zijn voor toekomstig onderzoek naar melanoom en de behandeling ervan, evenals het observeren van de veranderingen die optreden bij melaninesoorten in verschillende staten. "We voegen hier nog een hulpmiddel toe aan onze nutsriem in ons onderzoek naar melanoom, ' zei Osseiran.

De oorspronkelijke motivator van het onderzoek, David Fischer, is van mening dat een zeer belangrijk voordeel van het werk de mogelijke rol bij de diagnose van kanker zou kunnen zijn.

"Dit kan een gloednieuw hulpmiddel zijn voor vroege diagnose van enkele van de meest dodelijke melanomen, mogelijk in een stadium waarin ze nog te genezen zijn, zei Fisher. Keer op keer, het is bewezen dat een vroege diagnose levens redt."