پاول ارلیش و متیلن بلو: چگونه یک رنگ به شکل‌گیری کشف دارو کمک کرد

سهم پاول ارلیش در پزشکی یک دارو نبود. استدلالی بود دربارهٔ اینکه چگونه باید به یک دارو نگاه کرد.

در 1878، او رسالهٔ دکتری خود را ارائه کرد که بخش آغازین آن «برداشت شیمیایی از رنگ‌آمیزی» نام داشت. استدلال رساله این بود که رنگ‌آمیزی یک برش بافتی و رنگرزی یک تکه پارچه از منطق یکسانی پیروی می‌کنند. در هر دو، رنگ به‌دلیل میل ترکیبی شیمیایی میان مادهٔ رنگزا و مادهٔ مورد رنگ‌آمیزی به آن متصل می‌شود، نه به این دلیل که بافت جاذب یا چرب است، یا شکلی دارد که رنگدانه را به دام می‌اندازد. ارلیش در دوران رشد خود شاهد تهیهٔ برش‌های رنگ‌آمیزی‌شده توسط پسرعمویش، کارل وایگرتِ آسیب‌شناس، بود؛ آنچه توجه او را جلب می‌کرد نه تصاویر، بلکه این واقعیت بود که رنگ انتخاب می‌کرد به کجا برود.

این ادعا ساده به نظر می‌رسد، اما چنین نیست. اگر یک رنگ به دلایل شیمیایی به بافت متصل شود، پس الگوی رنگ‌آمیزی گزارشی از شیمی آن بافت است. لام رنگ‌آمیزی‌شده دیگر صرفاً یک تصویر نیست و به یک اندازه‌گیری تبدیل می‌شود.

او بی‌درنگ بر همین مبنا پیش رفت. در 1880، متیلن بلو را با فوشین اسیدی ترکیب کرد و این مخلوط را یک رنگ خنثی، یا مادهٔ رنگزای خنثی، نامید؛ مخلوطی که انواع مختلف گلبول‌های سفید را از هم تفکیک می‌کرد، کاری که رنگ‌های منفردِ مورد استفاده در آن زمان قادر به انجامش نبودند. دو سال بعد، روشی با متیل ویوله برای رنگ‌آمیزی باسیل‌های سل ارائه کرد و کخ این روش را در کار خود به کار گرفت.

نظریه‌ای که بعدها مبنایی مشترک برای این روش‌ها فراهم کرد، موضوعی جداگانه است و تاریخ آن اغلب بیش از حد ساده‌سازی می‌شود. نظریهٔ زنجیرهٔ جانبی ارلیش، یعنی این ایده که یک ماده به این دلیل بر سلول اثر می‌گذارد که آن دو از نظر شیمیایی سازگارند، متعلق به دههٔ 1890 است، نه سال‌های کار با رنگ‌ها. آنچه کارهای اولیه فراهم کردند، باورِ پیش‌زمینه‌ای بود: گزینش‌پذیری ماهیتی شیمیایی دارد، و بنابراین می‌توان آن را جست‌وجو کرد، نه اینکه صرفاً به‌تصادف به آن برخورد.

آزمایشی که رنگ را به نقشه تبدیل کرد

در 1885، ارلیش تک‌نگاری دربارهٔ نیازهای اکسیژنی جاندار منتشر کرد که زیرعنوان آن «مطالعه‌ای مبتنی بر تحلیل رنگ» بود. روش آن، تزریق رنگ‌هایی بود که رنگشان به حالت اکسایش وابسته است و سپس مقایسهٔ اینکه اندام‌های مختلف چگونه آن‌ها را احیا می‌کنند یا به همان حالت نگه می‌دارند. رنگ به‌عنوان ابزار به کار می‌رفت، درست همان‌گونه که دماسنج به کار می‌رود: شرایطی را درون بافت گزارش می‌کرد که بررسی مستقیم آن‌ها ممکن نبود. ارلیش هدف خود را تعیین قدرت احیاکنندگی اندام‌های زنده با کمک رنگ‌های مشخص بیان کرده بود.

نتیجهٔ مربوط به متیلن بلو در 1886، در مقاله‌ای دربارهٔ واکنش این رنگ با مادهٔ عصبی زنده منتشر شد؛ مقاله‌ای که در دسامبر سال پیش در یک انجمن پزشکی قرائت شده بود. متیلن بلو به گردش خون یک حیوان زنده وارد شد و سپس برش‌های نازکی از بافت برداشته و در معرض هوا قرار گرفتند تا رنگ بی‌رنگِ تجمع‌یافته دوباره اکسید و آبی شود و محل تجمع خود را نشان دهد. سلول‌ها و رشته‌های عصبی رنگ گرفتند، و این رنگ‌گیری آن‌قدر گزینشی بود که این فن به روشی استاندارد برای نمایش بافت عصبی تبدیل شد. این ترکیب دیگر صرفاً ماده‌ای رنگزا نبود که روی برشی مرده بر میز آزمایشگاه اعمال شود. نشانگری بود که درون بدن زنده توزیع می‌شد و می‌شد توزیع آن را خواند.

ویژگی زیربناییِ هر دو آزمایش را باید به‌روشنی بیان کرد، زیرا هر چیز دیگری در این روایت به آن وابسته است. تغییرات متیلن بلو برگشت‌پذیر است. شکل احیاشدهٔ آن، لوکومتیلن بلو، بی‌رنگ است و در تماس با اکسیژن دوباره به کاتیون آبی تبدیل می‌شود. محلول گلوکزِ حاوی این رنگ در ظرف دربسته بی‌رنگ است؛ در ظرف را که باز کنید، آبی می‌شود. گزارش شده است که ارلیش این موضوع را مستقیماً نشان داد: او برش‌های رنگ‌آمیزی‌شده را هم با کلرید آهن و هم با هوا تیمار کرد و بازگشت رنگ را دید. رنگی که با وضعیت اکسایش‌ـ‌کاهش محیط پیرامون خود تغییر رنگ می‌دهد، کاوشگری برای همان محیط است.

بنابراین دو ویژگی در کنار هم قرار گرفتند. یک رنگ می‌توانست بافتی را از بافت دیگر متمایز کند. و یک رنگ می‌توانست با تغییر حالت اکسایش روشن و خاموش شود.

اگر از نتایج بعدی به عقب نگاه کنیم، ویژگی دوم سرآغاز شیمی‌درمانی است. اگر ترکیبی به یک نوع بافت متصل شود و به نوع دیگر نه، ممکن است همان ترکیب به یک نوع جاندار برسد و به نوع دیگر نه. ارلیش این استنتاج را صریح بیان کرد: اگر بتوان یک عامل بیماری‌زا را به‌طور گزینشی رنگ‌آمیزی کرد، این رنگ‌آمیزی شاید نشانهٔ آسیبی اختصاصی به آن عامل باشد. بنابراین ممکن بود یک رنگ به‌عنوان دارویی قابل استفاده باشد که مهاجم را هدف می‌گیرد، نه بیمار را.

نخستین آزمایش در یک بیمار برای مالاریا نبود. در 1890، ارلیش همراه با آرتور لپمانِ روان‌پزشک گزارش کرد که متیلن بلو درد را در عارضه‌های نورالژیک و روماتیسمیِ عضلات، مفاصل و تاندون‌ها تسکین می‌دهد. آن دو دربارهٔ اینکه آیا دارو ممکن است بر بیماری روانی اثر بگذارد گفت‌وگو کردند و تصمیم گرفتند آن را امتحان نکنند. بااین‌حال، پزشک ایتالیایی پیترو بودونی از جنوا این کار را انجام داد. عنوان مقالهٔ او در 1899 به اثر آرام‌بخشی در شکل‌های گوناگون روان‌پریشی اشاره دارد: او آرام‌شدن چهارده بیمار بی‌قرار را توصیف کرد و یادآور شد که پزشکان دیگرِ جنوا نیز از پیش این رنگ را برای همان منظور به کار می‌بردند. آرام‌بخشی به معنای اثرگذاری بر بیماری نیست، و این تمایزی است که در این تاریخ بارها پدیدار می‌شود.

کار مربوط به مالاریا در 1891، همراه با پاول گوتمانِ آسیب‌شناس، در بیمارستان موآبیتِ برلین انجام شد. متیلن بلو به دو بیمار داده شد و گزارش آن در هفته‌نامهٔ بالینی برلین مورخ 28 سپتامبر 1891 منتشر شد. در مورد نخست، بیمار در شامگاه 29 ژوئن، 0.5 g از رنگ را یک‌جا مصرف کرد؛ حمله‌ای که انتظارش می‌رفت به‌طور کامل رخ نداد و تنها شکایت ثبت‌شده پس از آن، ادرار کردنِ اندکی دردناک و قطره‌قطره، همراه با ادرار آبی بود. حملات تب در روزهای نخست ناپدید شدند و حداکثر تا روز هشتم، انگل‌ها از خون حذف شده بودند. جمع‌بندی خود نویسندگان این بود که انتظارهایشان کاملاً برآورده شده است. دو مورد بدون گروه کنترل، اثبات محسوب نمی‌شوند. شرح کامل‌ترِ متیلن بلو و مالاریا، شامل کارآزمایی‌های جدید، به صفحه‌ای جداگانه تعلق دارد؛ پرسش جالب در اینجا محدودتر است: چه مقدار از استدلال ارلیش در مواجهه با انگل پابرجا ماند؟

کجا استدلال پابرجا ماند و کجا شکست خورد

بخش چندانی از سازوکار پیشنهادی پابرجا نماند، دست‌کم نه به شکلی که ارلیش مطرح کرده بود. روایت مرتب و ساده‌ای که در آن یک کاتیون سه‌حلقه‌ایِ تخت میان جفت‌بازهای DNA انگل می‌لغزد، در مورد پلاسمودیوم قابل دفاع نیست. متیلن بلو چنان به‌آسانی توسط گلبول قرمز آلوده احیا می‌شود که اصلاً به‌صورت کاتیونی مسطح به انگل نمی‌رسد، و روایتِ درج میان جفت‌بازها که برای رنگ‌های آکریدینی صدق می‌کند، برای این رنگ صدق نمی‌کند.

آنچه شواهد پشتیبانی می‌کنند، پیچیده‌تر است. متیلن بلو در غلظت‌هایی که در بیمار دست‌یافتنی است، گلوتاتیون ردوکتازِ انگل را مهار می‌کند. این ماده تبدیل هِم به هموزوئین را مسدود می‌کند؛ هموزوئین رنگدانهٔ بی‌اثری است که انگل می‌سازد تا بر اثر هضم هموگلوبین به دست خودش مسموم نشود. این مسدودسازی تقریباً به‌اندازهٔ کلروکین و بسیار مؤثرتر از کینین است. چرخهٔ اکسایش‌ـ‌کاهش آن نیز در سلولی که از پیش گونه‌های فعال اکسیژن تولید می‌کند، این گونه‌ها را ایجاد می‌کند. اینکه کدام‌یک از این‌ها سازوکار واقعی است، یا آیا همه سهم دارند، هنوز روشن نشده است.

پیچیدگی دیگری هم وجود دارد که باید بر نحوهٔ خواندن هر ادعای تاریخی دربارهٔ این ترکیب اثر بگذارد. متیلن بلوی تجاریِ آن دوره یک مادهٔ واحد نبود. نمونه‌ها حاوی Azure B، هم‌خانواده‌ای با یک گروه متیل کمتر، بودند و محلول‌های قدیمی‌تر مقدار بیشتری از آن را در خود جمع می‌کردند. Azure B رنگی متاکروماتیک با هدف‌های متفاوت است: DNA دورشته‌ای را آبی تیره و RNA را سبز رنگ می‌کند. مخلوط دو رنگ با مقصدهای متفاوت، در نسبت‌هایی که هیچ‌کس ثبت نکرده است، نمی‌تواند پشتوانهٔ گزاره‌ای روشن دربارهٔ کاری باشد که متیلن بلوی موجود در آن انجام داده است.

خودِ رنگ هرگز جای کینین را نگرفت. روش موفق‌تر بود. ویلهلم رول، شاگرد ارلیش، که برای مجموعهٔ رنگ و داروی IG Farben کار می‌کرد، همچنان مشتقات رنگ را به‌عنوان داروهای بیماری‌های گرمسیری دنبال می‌کرد و ابزار گمشده را فراهم آورد: قناریِ آلوده به مالاریای پرندگان، به‌عنوان غربالگری معمول برای ترکیبات نامزد. سپس ورنر شولمان زنجیرهٔ جانبی را تغییر داد و نمک فنوتیازینیومِ حاصل، عفونت آزمایشی را درمان کرد. اما همچنان بیماران را آبی می‌کرد.

دستاورد ماندگار، نه رنگ بود و نه ساختار حلقه‌ای، بلکه زنجیرهٔ جانبی بود. افزودن یک گروه دی‌آلکیل‌آمینوآلکیل‌آمینو رفتار مولکول را تغییر داد و این بخش ساختاری از تمام بازطراحی‌های بعدی جان سالم به در برد. اگر آن گروه را نگه دارید و حلقهٔ فنوتیازینیوم را با آکریدین عوض کنید، حاصل کیناکرین است. اگر به‌جای آن کینولین قرار دهید، حاصل کلروکین است. پاماکین، پریماکین و آمودیاکین، که همگی هنوز در فهرست داروهای ضد مالاریا هستند، همین گروه را دارند. ترکیبی که به‌عنوان درمان ناکام ماند، بخشی را فراهم کرد که موفق شد.

ارتباط با داروهای ضدروان‌پریشی از حلقه می‌گذرد، نه از خودِ دارو. روشن‌کردن ساختار متیلن بلو بود که هاینریش آگوست برنتسن را در 1883 به هستهٔ مادرِ فنوتیازین رساند، و همین چارچوب ساختاری، با جانشینی‌های گوناگون، موضوع کار شیمی‌دانان Rhône-Poulenc در دههٔ 1940 هنگام جست‌وجوی آنتی‌هیستامین‌ها بود. یکی از آن ترکیبات حدود پایان 1950 سنتز شد و جراح، آنری لابوری، آن را آزمود و متوجه شد که بیماران را آرام و بی‌تفاوت می‌کند. نخستین کاربرد روان‌پزشکیِ منتشرشدهٔ آن، در بیماری با مانیا، در ژانویهٔ 1952 رخ داد. نخستین داروی ضدروان‌پریشی، بیش از آنکه از نسل داروی ضد مالاریای ارلیش باشد، خویشاوند دورِ رنگی است که او کارش را با آن آغاز کرد.

سه عادت که از این ماجرا ارزش حفظ‌کردن دارند

1. «نخستین داروی سنتزیِ مورد استفاده در پزشکی» یک دسته‌بندی را توصیف می‌کند و قیدهای آن بیش از چیزی است که این عبارت نشان می‌دهد. این عبارت جا افتاده است؛ مرور پرارجاع شیرمر و همکاران در Neurobiology of Aging متیلن بلو را نخستین داروی کاملاً سنتزیِ مورد استفاده در پزشکی می‌نامد. کلرال هیدرات در 1869، بیش از بیست سال زودتر، به‌عنوان آرام‌بخشی سنتزی معرفی شده بود. خود مقالهٔ 1891 بخشی از پاسخ را فراهم می‌کند، زیرا نویسندگانش از تب‌بُرهای سنتزی‌ای نام می‌برند که پیش‌تر در برابر مالاریا ناکام مانده بودند، از جمله کینولین، آنتی‌پیرین و آنتی‌فبرین. ترکیب آرسنیکی خود ارلیش برای سیفلیس باز هم دیرتر پدید آمد. صورت قابل دفاع این ادعا دربارهٔ روش است، نه تقدم تاریخی: متیلن بلو از نخستین ترکیبات سنتزی است که بر پایهٔ نظریه‌ای شیمیایی دربارهٔ گزینش‌پذیری، برای اثرگذاری بر جانداری مشخص انتخاب شد.
2. توزیع گزینشی به معنای فایدهٔ گزینشی نیست. نتیجهٔ ارلیش در 1886 این بود که رنگ به بافت عصبی می‌رود. اینکه یک ترکیب به کجا می‌رود و هنگام رسیدن چه می‌کند، دو اندازه‌گیری متفاوت‌اند و انجام اولی بسیار آسان‌تر است. از آن زمان تاکنون، بیشتر ادعاهای مربوط به متیلن بلو و مغز در همین شکاف جای گرفته‌اند.
3. خلوص بخشی از شواهد است، نه بازاریابی. سابقهٔ تاریخی دقیقاً به همین دلیل مبهم است. تفاوت‌های کوچک ساختاری مقصد این ترکیب را تغییر می‌دهند؛ به همین دلیل، گواهی آنالیز باید به سری ساخت مشخصی مربوط باشد، نه اینکه صرفاً به‌عنوان بیانیه‌ای مبنی بر آزمایش‌شدن محصول ارائه شود. فروشنده‌ای که مدعی انطباق با تک‌نگاشت فارماکوپه است، اما فقط فلزات سنگین را آزمایش می‌کند، ادعایی فراتر از پشتوانهٔ گزارش دارد. Blupreme متیلن بلو را از یک تولیدکنندهٔ دارویی تأمین می‌کند و تمام مشخصاتی را که تک‌نگاشت تعیین کرده است می‌آزماید: هویت، خلوص، ناخالصی‌های آلی، حلال‌های باقیمانده، ناخالصی‌های عنصری، باقی‌مانده پس از سوزاندن، حدود میکروبی و اندوتوکسین‌های باکتریایی. گزارش در کنار محصول منتشر می‌شود و صفحهٔ متیلن بلو با گرید USP این حدود و دلیلِ اینکه نتیجهٔ Azure B نخستین چیزی است که باید بررسی شود را توضیح می‌دهد.

مسیر منابع با تاریخ مشخص

توالیِ تاریخ‌دارِ نقاط عطف، از جمله شیمی رنگ پیش از ارلیش و گریدها و مشخصات پس از او، به‌طور جداگانه در تاریخ متیلن بلو آمده است و هویت خودِ ترکیب در متیلن بلو چیست بررسی می‌شود.

تصاویر و اسنادی که پشتوانهٔ این روایت‌اند و در مرور 2012 کرافتس، همپلمان و اسکورسکا-استانیا بازتولید شده‌اند، هم‌ارز نیستند؛ یک نمونه دلیلش را نشان می‌دهد. تصویر 1891 سند اولیهٔ کارآزمایی است؛ پرترهٔ 1910 در کنار آن، فقط به شهرت او تاریخی می‌دهد و نه چیز دیگر. صفحه‌های دفتر یادداشت آندرساگ در 1934، رد مستقیمِ جایگزینی با کینولین‌اند، به خط خودِ شیمی‌دان.

جمع‌بندی صادقانهٔ آزمایش‌های رنگ ارلیش این است که او گزینش‌پذیری و هدف را درست تشخیص داد، اما سازوکار را نه. متیلن بلو واقعاً در بافت عصبی متمرکز می‌شود و واقعاً به انگل مالاریا آسیب می‌رساند. دومی به‌دلیل اولی رخ نمی‌دهد و توضیح شیمیایی‌ای که او برای هر دو ارائه کرد، نادرست بود. آنچه او بی‌هیچ تردیدی نشان داد، از یک سازوکار درست ماندگارتر بود: می‌توان یک ترکیب را به‌جای آنکه صرفاً یافت، انتخاب کرد؛ آن هم بر پایهٔ شواهدی که پیش از دادن آن به هر بیمار گردآوری شده‌اند.