Com funciona el blau de metilè: transferència d'electrons i on arriben els electrons

Un matràs tapat sobre una bancada és la introducció honesta més breu a com funciona el blau de metilè. Aigua, glucosa, un pessic d'hidròxid de sodi i prou colorant per tenyir el líquid d'un blau intens i inconfusible. Espereu uns minuts i el blau desapareix fins que el matràs sembla contenir només aigua. Agiteu-lo i el color reapareix de cop. Després torna a esvair-se, i continuarà fent-ho mentre hi hagi glucosa disposada a cedir electrons i oxigen disposat a acceptar-los.

Del colorant no ha canviat res excepte el nombre d'electrons que transporta. Oxidat, és blau. Reduït, no ho és. Gairebé tota la resta de la literatura terapèutica i de recerca sobre aquesta molècula deriva d'aquest únic pas reversible, perquè una molècula que pot prendre electrons d'un soci i transferir-los a un altre és un relé, i un relé no fa res per si sol. El que fa depèn completament del que hi hagi a cadascun dels seus extrems.

Dues formes i per què importa la parella

La forma oxidada és un sistema d'anells planar amb càrrega positiva. Aquesta forma plana i carregada explica per què s'apila contra els àcids nucleics, per què s'uneix a estructures sialilades de les membranes cel·lulars i per què absorbeix intensament la llum visible aproximadament entre 600 i 700 nanometres, que és la part de l'espectre que l'ull humà percep com a blau.

La forma reduïda és una qüestió diferent. No té càrrega, es dissol en greix en lloc d'aigua i és incolora. La seva ionització és molt baixa al pH de l'interior del cos, de l'ordre d'uns pocs per cent. Per això, la molècula reduïda travessa fàcilment una membrana cel·lular per difusió i, un cop a dins, on l'entorn és més oxidant, es pot reoxidar i quedar efectivament atrapada. El sistema d'anells oxidat és pla; el reduït es pot torçar. Aquestes conseqüències estructurals, i el mateix canvi de color, formen part de la història de les dues formes per dret propi i s'expliquen amb més detall a la comparació entre el blau de metilè i el blau de leucometilè.

Acceptar electrons

El colorant oxidat accepta electrons d'una àmplia varietat de donadors. La glucosa del matràs de demostració n'és un. Dins d'una cèl·lula, els nucleòtids de piridina reduïts i els components de la cadena mitocondrial de transport d'electrons en són d'altres. Quan el blau de metilè es redueix en un teixit que conté oxigen, el cicle que estableix consumeix tant l'agent reductor com l'oxigen i produeix espècies reactives de l'oxigen, principalment peròxid d'hidrogen. El colorant surt del cicle sense canvis, preparat per repetir-lo.

Aquest últim punt explica una contradicció que, altrament, semblaria una negligència. A la literatura, el blau de metilè es descriu tant com a prooxidant com a antioxidant, i totes dues descripcions són defensables. Pot reduir la producció de superòxid actuant com a acceptor artificial d'electrons i desviant el flux d'electrons dels llocs enzimàtics on, en cas contrari, l'oxigen es convertiria en radicals superòxid. En cultius de cèl·lules hepàtiques s'ha observat que indueix enzims de defensa antioxidant de fase 2, incloses la tioredoxina reductasa 1 i la NADPH quinona oxidoreductasa. Quina de les dues cares es manifesta depèn de quin extrem del relé tingui manca d'electrons en aquell moment. Una pregunta com «el blau de metilè és un antioxidant?» no està ben formulada fins que s'especifica en quin sistema, a quina concentració i amb quines altres substàncies presents.

Cedir els electrons

Un cop el colorant conté un electró addicional, poden passar tres coses molt diferents, que habitualment es descriuen sota un mateix epígraf. No s'haurien d'agrupar.

Pot transferir l'electró a un centre metàl·lic. El cas més clar és l'hemoglobina que s'ha oxidat de l'estat ferrós al fèrric. En aquest estat no pot transportar oxigen. Als glòbuls vermells, un enzim redueix el colorant i, a continuació, el colorant reduït transfereix electrons de manera no enzimàtica al ferro oxidat de l'hemo, restaurant l'hemoglobina funcional i retornant el colorant a la seva forma oxidada. El colorant no es consumeix en aquest procés; circula en cicle. El context clínic basat en aquesta reacció pertany a l'àmbit hospitalari, i l'explicació del blau de metilè en la metahemoglobinèmia explica com s'utilitza i per què se supervisa tan estrictament.

Una nota necessària sobre les fonts: les dues revisions en què es basa aquest article no indiquen el mateix cofactor reductor per al pas enzimàtic; una diu NADH i l'altra NADPH. La discrepància és real i no està resolta en les fonts disponibles aquí, de manera que la descripció prudent és explicar el paper de cada component en lloc d'atribuir-lo a un únic cofactor.

Pot transferir energia, o un electró, a l'oxigen, si hi ha llum. Aquesta via només existeix sota il·luminació. El colorant excitat arriba a un estat triplet, i a partir d'aquí són possibles dos mecanismes. En el primer, el colorant excitat interactua directament amb una molècula veïna, captant un hidrogen o transferint un electró, cosa que genera radicals; reaccionar així amb l'aigua produeix radicals hidroxil. En el segon, l'energia d'excitació es transfereix al mateix oxigen, produint oxigen singlet, una espècie altament electròfila que decau en microsegons i que generalment s'accepta com la principal via per la qual el blau de metilè il·luminat danya les cèl·lules microbianes. Entre els resultats documentats hi ha reaccions amb lípids i pèptids de l'embolcall cel·lular i amb les bases de guanina de l'ADN.

La conseqüència pràctica d'aquesta via és que la il·luminació modifica les xifres en ordres de magnitud. En les dades recopilades per Wainwright i Crossley, el blau de metilè contra Pseudomonas aeruginosa presenta una concentració bactericida mínima d'uns 500 micromolar a les fosques i d'uns 25 micromolar sota una dosi de llum de 12 joules per square centimetre. Contra una soca de Staphylococcus aureus, els valors a les fosques i sota il·luminació són tots dos de 5 micromolar. En altres paraules, que la molècula compti o no com a antimicrobiana no és una propietat exclusiva de la molècula; és una propietat de la molècula més la llum.

Pot actuar directament en un lloc enzimàtic, sense el relé. El blau de metilè oxida el ferro ferrós unit a l'òxid nítric sintasa, cosa que inactiva l'enzim. Bloqueja la guanilat ciclasa soluble, i entre 1 i 10 micromolar és la concentració habitual de laboratori utilitzada amb aquesta finalitat. Inhibeix la monoaminooxidasa tipus A amb una IC50 d'entre 27 i 180 nanomolar, que és el mecanisme que explica la interacció ben documentada amb els inhibidors de la recaptació de serotonina i el motiu pel qual les interaccions farmacològiques del blau de metilè constitueixen una categoria pròpia.

Aquestes tres vies són químicament diferents. Reduir-les a una única afirmació segons la qual el blau de metilè funciona mitjançant un cicle redox és la principal raó per la qual tanta literatura sobre aquesta substància resulta alhora categòrica i imprecisa.

Quatre distincions que determinen si una afirmació mecanística significa alguna cosa

Quina forma. El colorant reduït no és intercanviable amb el colorant oxidat. La inhibició de l'acetilcolinesterasa il·lustra el parany: en una incubació in vitro prolongada, el blau de metilè es redueix progressivament fins a la seva forma incolora i la inhibició disminueix, perquè la molècula reduïda no inhibeix aquest enzim. Un assaig prou llarg per canviar-ne la forma informarà d'un efecte més feble i convidarà a una explicació incorrecta.

Quina concentració. L'interval de laboratori per inhibir la guanilat ciclasa soluble és d'1 a 10 micromolar. Abolir la transmissió mediada pel glutamat en talls d'hipocamp de rata va requerir de 5 a 50 micromolar. S'han descrit efectes tòxics en cultius cel·lulars per sobre de 100 micromolar. No són el mateix experiment, i un mecanisme confirmat a 50 micromolar no està automàticament disponible per a un pacient la concentració plasmàtica del qual sigui només una fracció d'aquesta xifra.

Quina via. La biodisponibilitat oral absoluta és d'aproximadament el 72 per cent, i la semivida plasmàtica terminal és de 5 a 7 hours. L'administració oral produeix concentracions més altes a l'intestí i al fetge; l'administració intravenosa produeix concentracions més altes al cervell. La via determina quin teixit entra en contacte amb els electrons.

Quin model, i si els llums estaven encesos. Bona part de la literatura mecanística correspon a cultius cel·lulars i treballs amb rosegadors, i els resultats in vitro amb aquesta molècula depenen de l'exposició a la llum, del potencial de membrana i de l'estat redox de les cèl·lules, perquè una làmpada de microscopi és suficient per fotosensibilitzar-la. Entre el 65 i el 85 per cent d'una dosi administrada es redueix a la forma incolora als glòbuls vermells i al teixit perifèric. Cadascuna d'aquestes variables se situa entre un mecanisme net observat en una placa i una afirmació sobre una persona.

Per què la qüestió de la puresa és una qüestió química

La il·luminació desmetila el blau de metilè. El primer producte és Azure B, després Azure A i després tionina, i una intensitat lumínica més alta produeix més degradació que una de més baixa. Per tant, una molècula la utilitat de la qual consisteix a poder acceptar i cedir electrons és també una molècula els productes de degradació probables de la qual són parents químics propers que romanen a la mateixa solució. La composició del contingut del recipient no és un detall cosmètic.

Aquesta és la raó per la qual la conformitat amb l'especificació USP és la prova significativa per a un comprador. Un producte que no la compleix és un colorant, i un colorant conté impureses, inclosos Azure B, metalls pesants i dissolvents residuals, que una persona que l'ingereix no vol consumir. Un altre parany és el venedor que només analitza els metalls pesants i presenta el resultat com si fos un compliment complet. Blupreme s'ha associat amb un fabricant farmacèutic de blau de metilè i analitza tota l'especificació: identitat, puresa, impureses orgàniques, dissolvents residuals, impureses elementals, residu d'ignició, límits microbians i endotoxines bacterianes. Es publica el document d'anàlisi de laboratori corresponent a cada lot, i triar un proveïdor consisteix, en gran part, a comprovar si aquest document existeix i què cobreix.

Una parella reversible. Diverses vies que en parteixen. La via determina què es pot afirmar.