Паул Ерлих и метиленовото синьо: как едно багрило помогна да се оформи откриването на лекарства

Приносът на Паул Ерлих към медицината не е лекарство. Той е аргумент за това как да се подхожда към едно лекарство.

През 1878 г. той представя докторска дисертация, чиято начална част е озаглавена „Химичното разбиране за оцветяването“. Тезата ѝ е, че оцветяването на тъканен срез и боядисването на парче плат следват една и съща логика. И в двата случая цветът се задържа поради химичен афинитет между багрилото и материала, а не защото тъканта е попиваща, мазна или с форма, която улавя пигмента. Ерлих израства, наблюдавайки как братовчед му, патологът Карл Вайгерт, подготвя оцветени срезове, и вниманието му задържат не изображенията, а фактът, че багрилото избира къде да отиде.

Твърдението звучи скромно. Не е такова. Ако едно багрило се свързва с тъкан по химични причини, тогава моделът на оцветяване дава информация за химията на тази тъкан. Оцветеният предметен препарат престава да бъде илюстрация и се превръща в измерване.

Той веднага надгражда тази идея. През 1880 г. съчетава метиленово синьо с кисел фуксин и нарича сместа неутрално багрило, неутрално багрилно вещество, което разграничава различните видове бели кръвни клетки там, където използваните тогава отделни багрила не успяват. Две години по-късно представя метод с метилвиолет за оцветяване на туберкулозни бацили, а Кох възприема процедурата в собствената си работа.

Теорията, която по-късно дава обща основа на тези практики, е отделен въпрос, а хронологията ѝ често се опростява. Теорията на Ерлих за страничните вериги — идеята, че едно вещество действа върху клетка, защото двете са химически съвместими — принадлежи на 1890-те години, а не на годините на експериментите с багрила. По-ранната работа дава предшестващото убеждение: селективността е химична и следователно може да се търси целенасочено, вместо да се открива случайно.

Експериментът, който превръща багрилото в карта

През 1885 г. Ерлих публикува монография за кислородните потребности на организма, с подзаглавие „цветово-аналитично изследване“. Методът ѝ е да се инжектират багрила, чийто цвят зависи от степента на окисление, а след това да се сравни как различните органи ги редуцират или запазват. Багрилото се използва като инструмент, подобно на термометър: то показва условията в тъканта, които не могат да бъдат изследвани пряко. Самият Ерлих формулира целта като определяне на редукционната способност на живите органи с помощта на определени багрила.

Резултатът с метиленовото синьо идва през 1886 г. в статия за реакцията на багрилото с жива нервна субстанция, представена пред медицинско дружество през предходния декември. Метиленово синьо се въвежда в кръвообращението на живо животно, след което се изрязват тънки тъканни срезове и се излагат на въздух, така че натрупаното безцветно багрило да се окисли обратно до синьо и да покаже къде се е събрало. Нервните клетки и нервните влакна се оцветяват, и то достатъчно селективно, за да стане техниката стандартен метод за визуализиране на нервна тъкан. Съединението вече не е просто оцветяващо вещество, нанесено върху мъртъв срез на лабораторната маса. То е маркер, който се разпределя в живо тяло, а това разпределение може да бъде разчетено.

Свойството, лежащо в основата на двата експеримента, заслужава ясно обяснение, защото всичко останало в тази история зависи от него. Превръщането на метиленовото синьо е обратимо. Редуцираната му форма, левкометиленово синьо, е безцветна, а при контакт с кислород отново се превръща в синия катион. Разтвор на багрилото с глюкоза в затворен буркан е безцветен; отворите ли буркана, той посинява. Според сведенията Ерлих демонстрира това пряко, като обработва оцветени срезове с железен хлорид, а също и с въздух, и наблюдава връщането на цвета. Багрило, което променя цвета си според окислително-редукционното състояние на средата, е сонда за тази среда.

Така две свойства се оказват едно до друго. Едно багрило може да различава една тъкан от друга. И едно багрило може да бъде включвано и изключвано чрез промяна в степента на окисление.

Погледнато ретроспективно, второто свойство е началото на химиотерапията. Ако едно съединение се свързва с един вид тъкан, но не и с друг, то същото съединение би могло да достига до един вид организъм, но не и до друг. Ерлих формулира извода пряко: ако даден патоген може да бъде оцветен селективно, оцветяването може да показва специфично увреждане на този патоген. Следователно едно багрило би могло да се използва като лекарство, насочено към нашественика, а не към пациента.

Първото изпитване при пациент не е за малария. През 1890 г., заедно с психиатъра Артур Лепман, Ерлих съобщава, че метиленовото синьо облекчава болката при невралгични и ревматични състояния на мускулите, ставите и сухожилията. Двамата обсъждат дали лекарството би могло да действа при психично заболяване и решават да не го изпробват. Италианският лекар Пиетро Бодони от Генуа все пак го прави. Заглавието на статията му от 1899 г. се отнася до седативно действие при различни форми на психоза: той описва успокояване при четиринадесет възбудени пациенти и отбелязва, че други лекари в Генуа вече използват багрилото със същата цел. Седацията не е въздействие върху самото заболяване — разграничение, което тази история постоянно налага.

Работата върху маларията идва през 1891 г., заедно с патолога Паул Гутман, в болницата „Моабит“ в Берлин. Метиленово синьо е дадено на двама пациенти, а докладът излиза в Berliner klinische Wochenschrift от 28 септември 1891 г.. В първия случай пациентът приема наведнъж 0.5 g от багрилото вечерта на 29 юни; очакваният пристъп не се развива напълно, а единственото записано след това оплакване е лека странгурия със синя урина. Пристъпите на треска изчезват през първите дни, а паразитите изчезват от кръвта най-късно до осмия ден. Собственото обобщение на авторите е, че очакванията им са напълно изпълнени. Два случая без контролна група не са доказателство. По-пълният разказ за метиленовото синьо и маларията, включително съвременните изпитвания, има своя отделна страница, а интересният въпрос тук е по-тесен: каква част от разсъжденията на Ерлих издържа при срещата с паразита.

Къде разсъжденията издържат и къде се провалят

От предполагаемия механизъм не остава много, поне не във вида, предложен от Ерлих. Подредената версия, при която плосък трицикличен катион се вмъква между базовите двойки на ДНК на паразита, не издържа при Plasmodium. Метиленовото синьо се редуцира толкова лесно от заразения еритроцит, че изобщо не достига до паразита като планарен катион, а обяснението с интеркалация, което е приложимо за акридиновите багрила, не е приложимо за това.

Това, което доказателствата подкрепят, е по-неподредено. Метиленовото синьо инхибира глутатионредуктазата на паразита при концентрации, които могат да бъдат достигнати при пациент. То блокира превръщането на хема в хемозоин — инертния пигмент, който паразитът образува, за да избегне отравяне от собственото си разграждане на хемоглобина — приблизително толкова ефективно, колкото хлорохинът, и много по-ефективно от хинина. Окислително-редукционният му цикъл също генерира реактивни кислородни видове в клетка, която вече ги произвежда. Кой от тези механизми е действителният, или дали всички допринасят, все още не е установено.

Има и допълнително усложнение, което трябва да определя начина, по който се четат историческите твърдения за това съединение. Търговското метиленово синьо от онзи период не е едно-единствено вещество. Пробите съдържат Azure B, монодеметилирания аналог, а в по-старите разтвори се натрупва повече от него. Azure B е метахроматично багрило с различни мишени: то оцветява двойноверижната ДНК в тъмносиньо, а РНК — в зелено. Смес от две багрила с различно разпределение, в пропорции, които никой не е записал, не може да подкрепи еднозначно твърдение за това какво е направило метиленовото синьо в нея.

Самото багрило никога не измества хинина. Методът се справя по-добре. Ученикът на Ерлих Вилхелм Рьол, който работи за концерна за багрила и лекарства IG Farben, продължава да развива производни на багрила като лекарства за тропически болести и предоставя липсващия инструмент: канарче, заразено с птича малария, като рутинен скрининг за съединения кандидати. След това Вернер Шулеман променя страничната верига и получената фенотиазиниева сол излекува експерименталната инфекция. Тя все още оцветява пациентите в синьо.

Трайният резултат се оказва нито багрилото, нито пръстенната система, а страничната верига. Добавянето на диалкиламиноалкиламино група променя поведението на молекулата и този фрагмент се запазва при всяка следваща преработка. Ако тази група се запази, а фенотиазиниевият пръстен се замени с акридинов, резултатът е хинакрин. Ако се въведе хинолинов пръстен, резултатът е хлорохин. Памахинът, примахинът и амодиахинът, които все още са сред антималарийните средства, носят същата група. Съединението, което се проваля като лечение, предоставя частта, която успява.

Връзката с антипсихотиците минава през пръстена, а не през лекарството. Именно изясняването на структурата на метиленовото синьо води Хайнрих Август Бернтсен до изходното фенотиазиново ядро през 1883 г., а върху тази основна структура, модифицирана по различни начини, работят химиците в Rhône-Poulenc през 1940-те години, докато търсят антихистамини. Едно от тези съединения е синтезирано към края на 1950 г. и изпитано от хирурга Анри Лабори, който забелязва, че то оставя пациентите спокойни и безразлични. Първата му публикувана употреба в психиатрията, при пациент с мания, е от януари 1952 г. Първият антипсихотик е не толкова потомък на антималарийното средство на Ерлих, колкото далечен роднина на багрилото, от което той започва.

Три навика, които си струва да запазим от този епизод

1. „Първото синтетично лекарство, използвано в медицината“ описва категория, а уточненията са по-съществени, отколкото подсказва фразата. Фразата се е наложила; често цитиран обзор на Ширмер и колеги в Neurobiology of Aging нарича метиленовото синьо първото изцяло синтетично лекарство, използвано в медицината. Хлоралхидратът е въведен като синтетично седативно средство през 1869 г., повече от двадесет години по-рано. Самата статия от 1891 г. дава част от отговора, защото авторите ѝ назовават синтетичните антипиретици, които вече са се провалили срещу маларията, сред тях хинолин, антипирин и антифебрин. Собственото арсеново средство на Ерлих срещу сифилис се появява още по-късно. Защитимата версия на твърдението се отнася до метода, а не до първенството: метиленовото синьо е сред най-ранните синтетични съединения, избрани да действат срещу конкретен организъм въз основа на химична теория за селективността.
2. Селективното разпределение не е селективна полза. Резултатът на Ерлих от 1886 г. е, че багрилото достига до нервната тъкан. Къде отива едно съединение и какво прави, когато стигне там, са две различни измервания, а първото е много по-лесно за извършване. Именно в тази празнина оттогава се разполагат повечето твърдения за метиленовото синьо и мозъка.
3. Чистотата е част от доказателствата, а не от маркетинга. Историческите сведения са нееднозначни точно по тази причина. Малки структурни различия променят къде отива това съединение, затова сертификатът за анализ трябва да бъде обвързан с конкретна партида, а не да се предлага като общо твърдение, че продуктът е изпитан. Продавач, който заявява съответствие с фармакопейната монография, но изследва само тежки метали, твърди повече, отколкото докладът подкрепя. Blupreme набавя метиленово синьо от фармацевтичен производител и проверява пълната спецификация, изложена в монографията: идентичност, чистота, органични примеси, остатъчни разтворители, елементни примеси, остатък след накаляване, микробиологични граници и бактериални ендотоксини. Докладът е публикуван заедно с продукта, а страницата за метиленово синьо с качество по USP обяснява тези граници и защо резултатът за Azure B е първият, който трябва да се търси.

Хронологична следа на източниците

Хронологичната последователност на ключовите събития, включително химията на багрилата преди Ерлих и класовете качество и спецификациите след него, е изложена отделно в историята на метиленовото синьо, а идентичността на самото съединение е разгледана в какво е метиленово синьо.

Илюстрациите, на които се основава този разказ, възпроизведени в обзора от 2012 г. на Крафтс, Хемпелман и Скурска-Станя, не са равностойни и един пример показва защо. Илюстрацията от 1891 г. е първичният запис на изпитването; портретът от 1910 г. до нея датира една репутация и нищо повече. Страниците от бележника на Андерзаг от 1934 г. са пряката следа от замяната с хинолинов пръстен, записана със собствената ръка на химика.

Честното обобщение на експериментите на Ерлих с багрила е, че той правилно разбира селективността и правилно определя мишената, но греши за механизма. Метиленовото синьо действително се концентрира в нервната тъкан и действително уврежда маларийния паразит. То не прави второто заради първото, а химичното обяснение, което той предлага и за двете, е погрешно. Това, което доказва безспорно, се оказва по-трайно от един правилен механизъм: едно съединение може да бъде избрано, вместо случайно открито, и избрано въз основа на доказателства, събрани, преди някой да го даде на пациент.