Paul Ehrlich en metileenblou: hoe ’n kleurstof geneesmiddelontdekking help vorm het

Paul Ehrlich se bydrae tot die geneeskunde was nie ’n geneesmiddel nie. Dit was ’n redenasie oor hoe om na een te kyk.

In 1878 het hy ’n doktorale proefskrif ingedien waarvan die openingsafdeling "Die chemiese opvatting van kleuring" getitel was. Die betoog was dat die kleuring van ’n weefselsnit en die kleur van ’n stuk materiaal dieselfde logika volg. In albei heg die kleur weens ’n chemiese affiniteit tussen die kleurstof en die materiaal, nie omdat die weefsel absorberend of vetterig is, of ’n vorm het wat pigment vasvang nie. Ehrlich het grootgeword terwyl hy gekyk het hoe sy neef, die patoloog Karl Weigert, gekleurde snitte voorberei, en wat sy aandag geboei het, was nie die beelde nie, maar die feit dat die kleurstof gekies het waarheen om te gaan.

Die stelling klink beskeie. Dit is nie. As ’n kleurstof om chemiese redes aan ’n weefsel bind, is die kleuringspatroon ’n verslag oor die chemie van daardie weefsel. ’n Gekleurde mikroskoopplaatjie hou op om ’n illustrasie te wees en word ’n meting.

Hy het dadelik hierop voortgebou. In 1880 het hy metileenblou met suurfuksien gekombineer en die mengsel ’n neutrale kleurstof, ’n neutrale kleurstofliggaam, genoem. Dit het die verskillende soorte witbloedselle onderskei waar die afsonderlike kleurstowwe wat destyds gebruik is, dit nie kon doen nie. Twee jaar later het hy ’n metielvioletmetode vir die kleuring van tuberkelbasille aangebied, en Koch het die prosedure in sy eie werk oorgeneem.

Die teorie wat later hierdie praktyke ’n gemeenskaplike grondslag gegee het, is ’n afsonderlike saak, en die datering daarvan word gereeld oorvereenvoudig. Ehrlich se sykettingteorie, die idee dat ’n stof op ’n sel inwerk omdat die twee chemies verenigbaar is, hoort by die 1890’s, nie by die kleurstofjare nie. Wat die vroeëre werk verskaf het, was die voorafgaande oortuiging: selektiwiteit is chemies, en daarom kan daar na selektiwiteit gesoek word eerder as om toevallig daarop af te kom.

Die eksperiment wat die kleurstof in ’n kaart omskep het

In 1885 het Ehrlich ’n monografie oor die suurstofbehoeftes van die organisme gepubliseer, met die subtitel ’n kleuranalitiese studie. Die metode was om kleurstowwe waarvan die kleur van die oksidasietoestand afhang, in te spuit en dan te vergelyk hoe verskillende organe hulle gereduseer of behoue laat bly het. Die kleurstof is as ’n instrument gebruik, soos ’n termometer gebruik word: dit het toestande binne weefsel aangedui wat nie direk ondersoek kon word nie. Ehrlich se eie formulering van die doel was om, met behulp van bepaalde kleurstowwe, die reduseervermoë van lewende organe te bepaal.

Die metileenbloubevinding het in 1886 verskyn, in ’n artikel oor die kleurstof se reaksie met lewende senuweemateriaal, wat die vorige Desember aan ’n mediese vereniging voorgelees is. Metileenblou is in die bloedsomloop van ’n lewende dier ingebring, waarna dun weefselsnitte verwyder en aan lug blootgestel is sodat opgehoopte kleurlose kleurstof weer tot blou geoksideer het en gewys het waar dit versamel het. Senuweeselle en senuweevesels het die kleur opgeneem, en dit selektief genoeg gedoen dat die tegniek ’n standaardmetode geword het om senuweeweefsel sigbaar te maak. Die verbinding was nie meer bloot ’n kleurmiddel wat op ’n dooie snit op ’n werkbank aangewend is nie. Dit was ’n merker wat homself binne ’n lewende liggaam versprei het, en dié verspreiding kon afgelees word.

Die eienskap wat albei eksperimente onderlê, verdien ’n duidelike uiteensetting, want alles anders in hierdie verhaal hang daarvan af. Metileenblou se omskakeling is omkeerbaar. Die gereduseerde vorm, leukometileenblou, is kleurloos, en by kontak met suurstof verander dit terug na die blou katioon. ’n Glukose-oplossing van die kleurstof in ’n verseëlde fles is kleurloos; maak die fles oop en dit word blou. Daar word berig dat Ehrlich dit direk gedemonstreer het deur gekleurde snitte met ysterchloried sowel as lug te behandel en te kyk hoe die kleur terugkeer. ’n Kleurstof wat van kleur verander met die redokstoestand van sy omgewing, is ’n sonde vir daardie omgewing.

Twee eienskappe het dus langs mekaar gestaan. ’n Kleurstof kon een weefsel van ’n ander onderskei. En ’n kleurstof kon deur ’n verandering in oksidasietoestand aan- en afgeskakel word.

Terugskouend is die tweede eienskap die begin van chemoterapie. As ’n verbinding aan een soort weefsel bind en nie aan ’n ander nie, kan dieselfde verbinding moontlik een soort organisme bereik en nie ’n ander nie. Ehrlich het die afleiding reguit gestel: as ’n patogeen selektief gekleur kon word, kon die kleuring op spesifieke skade aan daardie patogeen dui. ’n Kleurstof sou dus moontlik as ’n geneesmiddel gebruik kon word, gerig op ’n indringer eerder as op die pasiënt.

Die eerste toets in ’n pasiënt was nie vir malaria nie. In 1890 het Ehrlich saam met die psigiater Arthur Leppmann berig dat metileenblou pyn by neuralgiese en rumatiese toestande van spiere, gewrigte en senings verlig het. Die twee mans het bespreek of die geneesmiddel op geestesongesteldheid kon inwerk en besluit om dit nie te probeer nie. ’n Italiaanse geneesheer, Pietro Bodoni van Genua, het dit nietemin gedoen. Die titel van sy artikel uit 1899 verwys na ’n kalmerende werking by verskillende vorme van psigose: hy het kalmering by veertien geagiteerde pasiënte beskryf en opgemerk dat ander dokters in Genua reeds die kleurstof vir dieselfde doel gebruik het. Sedasie is nie ’n effek op die siekte nie, en dié onderskeid duik telkens in hierdie geskiedenis op.

Die malariawerk het in 1891 gekom, saam met die patoloog Paul Guttmann, by die Moabit-hospitaal in Berlyn. Metileenblou is aan twee pasiënte gegee, en die verslag het in die Berliner klinische Wochenschrift van 28 September 1891 verskyn. In die eerste geval het die pasiënt op die aand van 29 Junie 0.5 g van die kleurstof op een slag geneem; die verwagte aanval het nie ten volle plaasgevind nie, en die enigste klagte wat daarna aangeteken is, was ligte strangurie met blou urine. Koorsaanvalle het oor die eerste dae verdwyn, en die parasiete was teen op die laatste die agtste dag uit die bloed weg. Die skrywers se eie opsomming was dat hul verwagtings heeltemal vervul is. Twee gevalle sonder ’n kontrolegroep is nie ’n bewys nie. Die vollediger uiteensetting van metileenblou en malaria, insluitend die moderne proewe, hoort op sy eie bladsy, en die interessante vraag hier is enger: hoeveel van Ehrlich se redenasie het kontak met die parasiet oorleef?

Waar die redenasie standgehou het en waar dit misluk het

Nie veel van die meganisme het oorleef nie, ten minste nie in die vorm wat Ehrlich voorgestel het nie. Die netjiese weergawe, waarin ’n plat trisikliese katioon tussen die basispare van parasiet-DNA inskuif, hou nie by Plasmodium stand nie. Metileenblou word so maklik deur ’n besmette rooibloedsel gereduseer dat dit glad nie as ’n planêre katioon by die parasiet aankom nie, en die interkalasieverhaal wat by die akridienkleurstowwe pas, pas nie by hierdie een nie.

Wat die bewyse wel steun, is minder netjies. Metileenblou inhibeer die parasiet se glutatioonreduktase by konsentrasies wat ’n pasiënt kan bereik. Dit blokkeer die omskakeling van heem na hemozoïen, die inerte pigment wat die parasiet vorm om te voorkom dat sy eie vertering van hemoglobien hom vergiftig, omtrent net so doeltreffend soos chlorokien en veel doeltreffender as kinien. Die redokssiklus daarvan genereer ook reaktiewe suurstofspesies in ’n sel wat hulle reeds produseer. Watter hiervan die werklike meganisme is, en of almal bydra, is steeds nie uitgemaak nie.

Daar is ’n verdere komplikasie, en dit behoort te bepaal hoe enige historiese aanspraak oor hierdie verbinding gelees word. Kommersiële metileenblou van daardie tyd was nie een stof nie. Monsters het azure B, die mono-gedemetileerde kongeneer, bevat, en ouer oplossings het meer daarvan opgehoop. Azure B is ’n metachromatiese kleurstof met ander teikens: dit kleur dubbelstring-DNA diepblou en RNA groen. ’n Mengsel van twee kleurstowwe met verskillende bestemmings, in verhoudings wat niemand aangeteken het nie, kan nie ’n ondubbelsinnige stelling staaf oor wat die metileenblou daarin gedoen het nie.

Die kleurstof self het nooit kinien verdring nie. Die metode het beter gevaar. Ehrlich se student Wilhelm Roehl, wat vir die kleurstof- en geneesmiddelkonglomeraat IG Farben gewerk het, het voortgegaan om kleurstofderivate as geneesmiddels vir tropiese siektes te bevorder en die ontbrekende hulpmiddel verskaf: die kanarie, besmet met ’n vorm van voëlmalaria, as ’n roetine-siftingstoets vir kandidaatverbindings. Werner Schulemann het toe die syketting verander, en die gevolglike fenotiasiniumsout het die eksperimentele infeksie genees. Dit het pasiënte steeds blou gekleur.

Die blywende opbrengs was uiteindelik nie die kleurstof of die ringstelsel nie, maar die syketting. Die byvoeging van ’n dialkielaminoalkielaminogroep het verander hoe die molekule optree, en die fragment het elke latere herontwerp oorleef. Behou daardie groep en vervang die fenotiasiniumring met ’n akridien, en die resultaat is kinak­rien. Vervang dit met ’n kinolien, en die resultaat is chlorokien. Pam akien, primakien en amodiakien, wat almal steeds in die antimalariakatalogus is, dra dieselfde groep. Die verbinding wat as behandeling misluk het, het die deel verskaf wat geslaag het.

Die verband met die antipsigotika loop deur die ring eerder as deur die geneesmiddel. Die opheldering van metileenblou se struktuur het Heinrich August Bernthsen in 1883 na die stamfenotiasienkern gelei, en dit was hierdie struktuurraamwerk, op verskillende maniere gesubstitueer, waaraan chemici by Rhône-Poulenc in die 1940’s gewerk het terwyl hulle na antihistamiene gesoek het. Een van daardie verbindings is teen die einde van 1950 gesintetiseer en deur die chirurg Henri Laborit getoets. Hy het opgemerk dat dit pasiënte kalm en onverskillig gelaat het. Die eerste gepubliseerde psigiatriese gebruik daarvan, by ’n pasiënt met manie, het in Januarie 1952 gekom. Die eerste antipsigotikum is nie soseer ’n afstammeling van Ehrlich se antimalariamiddel nie as ’n verre familielid van die kleurstof waarmee hy begin het.

Drie gewoontes uit hierdie episode wat die moeite werd is om te behou

1. "Eerste sintetiese geneesmiddel wat in die geneeskunde gebruik is" beskryf ’n kategorie, en die voorbehoude is groter as wat die frase laat vermoed. Die frase het gevestig geraak; ’n dikwels aangehaalde oorsig deur Schirmer en kollegas in Neurobiology of Aging noem metileenblou die heel eerste volledig sintetiese geneesmiddel wat in die geneeskunde gebruik is. Chloraalhidraat is in 1869 as ’n sintetiese kalmeermiddel bekendgestel, meer as twintig jaar vroeër. Die artikel van 1891 verskaf self ’n deel van die antwoord, omdat die skrywers die sintetiese koorswerende middels noem wat reeds teen malaria misluk het, waaronder kinolien, antipirien en antifebrien. Ehrlich se eie arseenverbinding vir sifilis het nog later gekom. Die verdedigbare weergawe van die aanspraak gaan oor die metode eerder as oor wie eerste was: metileenblou is onder die vroegste sintetiese verbindings wat gekies is om teen ’n spesifieke organisme in te werk op grond van ’n chemiese teorie van selektiwiteit.
2. Selektiewe verspreiding is nie selektiewe voordeel nie. Ehrlich se bevinding in 1886 was dat die kleurstof na senuweeweefsel gaan. Waarheen ’n verbinding gaan en wat dit doen wanneer dit daar aankom, is twee verskillende metings, en die eerste is baie makliker om te doen. Die meeste aansprake oor metileenblou en die brein berus sedertdien op daardie gaping.
3. Suiwerheid hoort by die bewyse, nie by die bemarking nie. Die historiese rekord is juis om hierdie rede dubbelsinnig. Klein strukturele verskille verander waarheen hierdie verbinding gaan. Daarom moet ’n ontledingsertifikaat aan ’n spesifieke lot gekoppel wees, eerder as om bloot as ’n verklaring aangebied te word dat ’n produk getoets is. ’n Verkoper wat voldoening aan die farmakopeemonografie beweer terwyl slegs swaar metale getoets word, maak ’n groter aanspraak as wat die verslag staaf. Blupreme verkry metileenblou van ’n farmaseutiese vervaardiger en toets die volledige spesifikasie wat die monografie uiteensit: identiteit, suiwerheid, organiese onsuiwerhede, oorblywende oplosmiddels, elementêre onsuiwerhede, gloeiresidu, mikrobiese limiete en bakteriële endotoksiene. Die verslag word saam met die produk gepubliseer, en die bladsy oor USP-graad-metileenblou verduidelik daardie limiete en waarom die azure B-resultaat die eerste een is waarna gekyk moet word.

’n Gedateerde spoor van bronne

Die gedateerde reeks mylpale, insluitend die kleurstofchemie wat Ehrlich voorafgegaan het en die grade en spesifikasies wat ná hom gekom het, word afsonderlik uiteengesit in die geskiedenis van metileenblou, en die verbinding se eie identiteit word behandel in wat metileenblou is.

Die afbeeldings waarop hierdie uiteensetting berus, wat in die oorsig van 2012 deur Krafts, Hempelmann en Skórska-Stania weergegee word, is nie gelykwaardig nie, en een voorbeeld wys waarom. Die afbeelding van 1891 is die primêre rekord van die proef; die portret van 1910 langsaan dateer ’n reputasie en niks meer nie. Bladsye uit Andersag se notaboek van 1934 is die regstreekse spoor van die kinoliensubstitusie, in die chemikus se eie handskrif.

Die eerlike opsomming van Ehrlich se kleurstofeksperimente is dat hy die selektiwiteit en die teiken reg gehad het, maar die meganisme misgekyk het. Metileenblou konsentreer wel in senuweeweefsel en benadeel wel die malariaparasiet. Dit doen nie die tweede vanweë die eerste nie, en die chemiese rede wat hy vir albei aangevoer het, was verkeerd. Wat hy onbetwisbaar gedemonstreer het, was blywender as ’n korrekte meganisme: ’n verbinding kan gekies word eerder as gevind word, en gekies word op grond van bewyse wat versamel is voordat enigiemand dit aan ’n pasiënt gee.