Paul Ehrlich i el blau de metilè: com un colorant va ajudar a modelar el descobriment de fàrmacs

La contribució de Paul Ehrlich a la medicina no va ser un fàrmac. Va ser un raonament sobre com estudiar-ne un.

El 1878 va presentar una tesi doctoral amb una primera secció titulada «La concepció química de la tinció». Hi defensava que tenyir un tall de teixit i tenyir un tros de roba segueixen la mateixa lògica. En tots dos casos, el color s'hi fixa per una afinitat química entre el colorant i el material, no perquè el teixit sigui absorbent, greixós o tingui una forma que atrapi el pigment. Ehrlich havia crescut observant el seu cosí, el patòleg Karl Weigert, preparar talls tenyits, i el que li cridava l'atenció no eren les imatges, sinó el fet que el colorant triés on anar.

L'afirmació sembla modesta. No ho és. Si un colorant s'uneix a un teixit per raons químiques, el patró de tinció informa sobre la química d'aquell teixit. Una preparació tenyida deixa de ser una il·lustració i es converteix en una mesura.

De seguida va desenvolupar aquesta idea. El 1880 va combinar el blau de metilè amb fucsina àcida i va anomenar la barreja una tinció neutra, un cos colorant neutre, que permetia distingir els diferents tipus de glòbuls blancs allà on els colorants individuals emprats aleshores no ho aconseguien. Dos anys més tard va presentar un mètode amb violeta de metil per tenyir bacils tuberculosos, i Koch va adoptar el procediment en el seu propi treball.

La teoria que més endavant va donar a aquestes pràctiques un fonament comú és una altra qüestió, i sovint se'n desdibuixa la cronologia. La teoria de les cadenes laterals d'Ehrlich, la idea que una substància actua sobre una cèl·lula perquè totes dues són químicament compatibles, pertany a la dècada de 1890, no als anys dels colorants. El que havia aportat el treball anterior era la convicció precursora: la selectivitat és química i, per tant, es pot buscar en lloc de trobar-la per casualitat.

L'experiment que va convertir el colorant en un mapa

El 1885 Ehrlich va publicar una monografia sobre les necessitats d'oxigen de l'organisme, subtitulada com un estudi d'anàlisi mitjançant el color. El seu mètode consistia a injectar colorants el color dels quals depèn de l'estat d'oxidació i, després, comparar com els diferents òrgans els reduïen o els conservaven. El colorant es feia servir com un instrument, de la mateixa manera que un termòmetre: informava sobre condicions dins del teixit que no es podien examinar directament. Ehrlich va formular l'objectiu com la determinació, amb l'ajuda de certs colorants, del poder reductor dels òrgans vius.

El resultat amb el blau de metilè va arribar el 1886, en un article sobre la reacció del colorant amb la substància nerviosa viva, presentat davant d'una societat mèdica el desembre anterior. S'introduïa blau de metilè en la circulació d'un animal viu i, després, s'extreien talls fins de teixit i s'exposaven a l'aire perquè el colorant incolor acumulat s'oxidés, tornés a ser blau i mostrés on s'havia concentrat. Les cèl·lules nervioses i les fibres nervioses prenien el color, i ho feien amb prou selectivitat perquè la tècnica es convertís en un mètode estàndard per visualitzar el teixit nerviós. El compost ja no era només una matèria colorant aplicada a un tall mort sobre una taula de laboratori. Era un marcador que es distribuïa dins d'un cos viu, i aquesta distribució es podia interpretar.

La propietat subjacent a tots dos experiments mereix una formulació clara, perquè tota la resta d'aquesta història en depèn. El blau de metilè és reversible. La seva forma reduïda, el blau de leucometilè, és incolora i, en contacte amb l'oxigen, torna a ser el catió blau. Una solució del colorant amb glucosa en un recipient tancat és incolora; en obrir el recipient, es torna blava. S'ha descrit que Ehrlich va demostrar aquest fet directament tractant talls tenyits amb clorur de ferro, a més d'exposar-los a l'aire, i observant com tornava el color. Un colorant que canvia de color segons l'estat redox del seu entorn és una sonda d'aquest entorn.

Així, dues propietats coexistien. Un colorant podia distingir un teixit d'un altre. I un colorant es podia activar i desactivar mitjançant un canvi en l'estat d'oxidació.

Vista retrospectivament, la segona propietat és l'inici de la quimioteràpia. Si un compost s'uneix a un tipus de teixit i no a un altre, aquest mateix compost podria arribar a un tipus d'organisme i no a un altre. Ehrlich va formular la inferència directament: si un patogen es podia tenyir de manera selectiva, la tinció podria indicar un dany específic a aquell patogen. Per tant, un colorant podria servir com a fàrmac, dirigit contra un invasor i no contra el pacient.

La primera prova en un pacient no va ser per a la malària. El 1890, amb el psiquiatre Arthur Leppmann, Ehrlich va comunicar que el blau de metilè alleujava el dolor en afeccions neuràlgiques i reumàtiques dels músculs, les articulacions i els tendons. Tots dos van discutir si el fàrmac podria actuar sobre les malalties mentals i van decidir no provar-ho. Un metge italià, Pietro Bodoni, de Gènova, ho va fer igualment. El títol del seu article de 1899 fa referència a una acció sedant en diverses formes de psicosi: hi descrivia un efecte calmant en catorze pacients agitats i assenyalava que altres metges de Gènova ja feien servir el colorant amb la mateixa finalitat. La sedació no és un efecte sobre la malaltia, i aquesta distinció reapareix al llarg d'aquesta història.

El treball sobre la malària va arribar el 1891, amb el patòleg Paul Guttmann, a l'hospital Moabit de Berlín. Es va administrar blau de metilè a dos pacients, i l'informe va aparèixer a la Berliner klinische Wochenschrift del 28 de setembre de 1891. En el primer cas, el pacient va prendre 0.5 g del colorant d'una sola vegada el vespre del 29 de juny; l'accés que s'esperava no es va arribar a manifestar plenament, i l'única molèstia registrada després va ser una estrangúria lleu amb orina blava. Els accessos de febre van desaparèixer durant els primers dies, i els paràsits havien desaparegut de la sang, com a molt tard, el vuitè dia. Els autors van resumir que les seves expectatives s'havien complert del tot. Dos casos sense control no constitueixen una demostració. L'explicació més completa sobre el blau de metilè i la malària, inclosos els assaigs moderns, té una pàgina pròpia, i la qüestió interessant aquí és més concreta: quina part del raonament d'Ehrlich va resistir el contacte amb el paràsit.

On el raonament es va sostenir i on va fallar

Del mecanisme, no en va resistir gaire cosa, almenys no en la forma que Ehrlich va proposar. La versió ordenada, en què un catió tricíclic pla llisca entre els parells de bases de l'ADN del paràsit, no se sosté en el cas de Plasmodium. Un glòbul vermell infectat redueix el blau de metilè amb tanta facilitat que no arriba mai al paràsit com a catió pla, i l'explicació de la intercalació que encaixa amb els colorants d'acridina no encaixa amb aquest.

El que sí que avala l'evidència és menys ordenat. El blau de metilè inhibeix la glutatió-reductasa del paràsit a concentracions que un pacient pot assolir. Bloqueja la conversió de l'hem en hemozoïna, el pigment inert que el paràsit produeix per evitar intoxicar-se amb la seva pròpia digestió de l'hemoglobina, amb una eficàcia aproximadament igual a la de la cloroquina i molt superior a la de la quinina. El seu cicle redox també genera espècies reactives d'oxigen en una cèl·lula que ja en produeix. Encara no s'ha resolt quin d'aquests és el mecanisme real, o si tots hi contribueixen.

Hi ha una complicació addicional, i hauria de condicionar la lectura de qualsevol afirmació històrica sobre aquest compost. El blau de metilè comercial d'aquella època no era una sola substància. Les mostres contenien Azure B, el congènere monodesmetilat, i les solucions més antigues n'acumulaven més. Azure B és un colorant metacromàtic amb dianes diferents: tenyeix l'ADN de doble cadena d'un blau intens i l'ARN de verd. Una barreja de dos colorants amb destinacions diferents, en proporcions que ningú no va registrar, no permet afirmar amb claredat què feia el blau de metilè que contenia.

El colorant mateix no va desplaçar mai la quinina. El mètode va tenir més èxit. Wilhelm Roehl, deixeble d'Ehrlich, que treballava per al conglomerat de colorants i fàrmacs IG Farben, va continuar impulsant els derivats dels colorants com a medicaments per a malalties tropicals i va aportar l'eina que faltava: el canari, infectat amb una malària aviària, com a sistema habitual de cribratge de compostos candidats. Werner Schulemann va modificar després la cadena lateral, i la sal de fenotiazini resultant va curar la infecció experimental. Encara tenyia els pacients de blau.

El resultat perdurable no va ser ni el colorant ni el sistema d'anells, sinó la cadena lateral. Afegir un grup dialquilaminoalquilamino va canviar el comportament de la molècula, i aquest fragment va sobreviure a tots els redissenys posteriors. Si es manté aquest grup i se substitueix l'anell de fenotiazini per una acridina, el resultat és la quinacrina. Si s'hi incorpora una quinolina, el resultat és la cloroquina. La pamaquina, la primaquina i l'amodiaquina, totes encara presents al catàleg d'antimalàrics, porten el mateix grup. El compost que va fracassar com a tractament va aportar la peça que va tenir èxit.

La connexió amb els antipsicòtics passa per l'anell, no pel fàrmac. L'elucidació de l'estructura del blau de metilè va portar Heinrich August Bernthsen al nucli de la fenotiazina original el 1883, i aquest esquelet, substituït de diverses maneres, era el que estudiaven els químics de Rhône-Poulenc durant la dècada de 1940 mentre buscaven antihistamínics. Un d'aquests compostos es va sintetitzar cap a finals de 1950 i el va provar el cirurgià Henri Laborit, que va observar que deixava els pacients tranquils i indiferents. El primer ús psiquiàtric publicat, en un pacient amb mania, va arribar el gener de 1952. El primer antipsicòtic no és tant un descendent de l'antimalàric d'Ehrlich com un parent llunyà del colorant amb què va començar.

Tres hàbits que val la pena conservar d'aquest episodi

1. «Primer fàrmac sintètic utilitzat en medicina» descriu una categoria, i els matisos són més importants del que suggereix la frase. La frase s'ha consolidat; una revisió molt citada de Schirmer i col·laboradors a Neurobiology of Aging qualifica el blau de metilè com el primer fàrmac completament sintètic utilitzat en medicina. L'hidrat de cloral es va introduir com a sedant sintètic el 1869, més de vint anys abans. El mateix article de 1891 aporta part de la resposta, perquè els autors hi esmenten els antipirètics sintètics que ja havien fracassat contra la malària, entre els quals hi havia la quinolina, l'antipirina i l'antifebrina. El compost arsenical del mateix Ehrlich per a la sífilis va arribar encara més tard. La versió defensable de l'afirmació parla del mètode, no de la prioritat: el blau de metilè és un dels primers compostos sintètics triats per actuar contra un organisme específic a partir d'una teoria química de la selectivitat.
2. Una distribució selectiva no és un benefici selectiu. El resultat d'Ehrlich de 1886 era que el colorant arriba al teixit nerviós. On va un compost i què fa quan hi arriba són dues mesures diferents, i la primera és molt més fàcil de fer. En aquesta distància s'han situat, des d'aleshores, la majoria d'afirmacions sobre el blau de metilè i el cervell.
3. La puresa forma part de l'evidència, no del màrqueting. El registre històric és ambigu precisament per aquesta raó. Petites diferències estructurals canvien on va aquest compost, i per això un certificat d'anàlisi ha d'estar vinculat a un lot específic, en lloc d'oferir-se com una declaració que un producte s'ha analitzat. Un venedor que afirma que compleix la monografia de la farmacopea però només analitza els metalls pesants està afirmant més del que avala l'informe. Blupreme obté el blau de metilè d'un fabricant farmacèutic i analitza tota l'especificació que estableix la monografia: identitat, puresa, impureses orgàniques, dissolvents residuals, impureses elementals, residu de calcinació, límits microbians i endotoxines bacterianes. L'informe es publica juntament amb el producte, i la pàgina sobre el blau de metilè de grau USP explica aquests límits i per què el resultat d'Azure B és el primer que cal buscar.

Un recorregut cronològic per les fonts

La seqüència cronològica de fites, inclosa la química dels colorants anterior a Ehrlich i els graus i les especificacions posteriors, es presenta separadament a la història del blau de metilè, i la identitat del compost mateix s'explica a què és el blau de metilè.

Les làmines que fonamenten aquest relat, reproduïdes a la revisió de 2012 de Krafts, Hempelmann i Skórska-Stania, no són equivalents, i un exemple mostra per què. La làmina de 1891 és el registre primari de l'assaig; el retrat de 1910 que hi ha al costat data una reputació i res més. Les pàgines del quadern d'Andersag de 1934 són el testimoni directe de la substitució per quinolina, de la mà del mateix químic.

El resum honest dels experiments d'Ehrlich amb colorants és que va encertar la selectivitat i la diana, però es va equivocar en el mecanisme. El blau de metilè sí que es concentra en el teixit nerviós i sí que perjudica el paràsit de la malària. No fa la segona cosa a causa de la primera, i la raó química que va proposar per a totes dues era errònia. El que va demostrar sense cap dubte va ser més perdurable que un mecanisme correcte: un compost es pot triar en lloc de trobar-lo, i es pot triar a partir d'evidències recollides abans que ningú l'administri a un pacient.