Miten metyleenisininen toimii? Redox-kemia ja mekanismit

Penkkipöydällä oleva tulpattu pullo tarjoaa lyhyimmän rehellisen johdatuksen siihen, miten metyleenisininen toimii. Vettä, glukoosia, ripaus natriumhydroksidia ja riittävästi väriainetta muuttamaan nesteen syvän, erehtymättömän siniseksi. Odota muutama minuutti, ja sininen väri katoaa, kunnes pullo näyttää sisältävän pelkkää vettä. Ravista sitä, ja väri palaa heti. Sitten se haalistuu uudelleen, ja sama jatkuu niin kauan kuin glukoosi on valmis luovuttamaan elektroneja ja happi vastaanottamaan niitä.

Mikään väriaineessa ei ole muuttunut paitsi sen kuljettamien elektronien määrä. Hapettuneena se on sininen. Pelkistyneenä se ei ole. Lähes kaikki muu tätä molekyyliä koskevassa terapeuttisessa ja tutkimuskirjallisuudessa seuraa tästä yhdestä palautuvasta vaiheesta, sillä molekyyli, joka voi ottaa elektroneja yhdeltä osapuolelta ja luovuttaa ne toiselle, toimii välittäjänä, eikä välittäjä tee mitään yksinään. Sen toiminta riippuu täysin siitä, mitä sen kummassakin päässä on.

Kaksi muotoa ja miksi niiden pari on tärkeä

Hapettunut muoto on tasomainen, positiivisesti varautunut rengasjärjestelmä. Juuri tämä litteä, varautunut rakenne selittää, miksi se pinoutuu nukleiinihappoja vasten, miksi se sitoutuu solukalvojen sialyloituneisiin rakenteisiin ja miksi se absorboi voimakkaasti näkyvää valoa suunnilleen välillä 600 ja 700 nanometres, eli siinä spektrin osassa, jonka ihmissilmä havaitsee sinisenä.

Pelkistynyt muoto on toisenlainen. Sillä ei ole varausta, se liukenee rasvaan veden sijasta ja on väritön. Sen ionisaatio on elimistön sisäisessä pH:ssa hyvin vähäistä, suuruusluokaltaan muutama prosentti. Siksi pelkistynyt molekyyli läpäisee solukalvon helposti diffuusion avulla, ja solun sisällä, missä ympäristö on hapettavampi, se voi hapettua uudelleen ja jäädä käytännössä loukkuun. Hapettunut rengasjärjestelmä on tasomainen; pelkistynyt voi kiertyä. Nämä rakenteelliset seuraukset ja itse värimuutos kuuluvat olennaisesti näiden kahden muodon tarinaan, ja niitä käsitellään tarkemmin metyleenisinisen ja leukometyleenisinisen vertailussa.

Elektronien vastaanottaminen

Hapettunut väriaine ottaa vastaan elektroneja monenlaisilta luovuttajilta. Esittelypullon glukoosi on yksi niistä. Solun sisällä muita ovat pelkistyneet pyridiininukleotidit ja mitokondrion elektroninsiirtoketjun osat. Kun metyleenisininen pelkistyy happea sisältävässä kudoksessa, sen käynnistämä sykli kuluttaa sekä pelkistintä että happea ja tuottaa reaktiivisia happilajeja, pääasiassa vetyperoksidia. Väriaine poistuu syklistä muuttumattomana ja on valmis käymään sen läpi uudelleen.

Viimeinen kohta selittää ristiriidan, joka muuten vaikuttaisi huolimattomalta. Metyleenisinistä kuvataan kirjallisuudessa sekä pro-oksidanttina että antioksidanttina, ja molemmat kuvaukset ovat perusteltavissa. Se voi vähentää superoksidin muodostumista toimimalla keinotekoisena elektronin vastaanottajana ja ohjaamalla elektronivirtaa pois entsyymikohdista, joissa happi muutoin muuttuisi superoksidiradikaaleiksi. Maksasoluviljelmissä sen on osoitettu indusoivan vaiheen 2 antioksidatiivisia puolustusentsyymejä, kuten tioredoksiinireduktaasi 1:tä ja NADPH-kinonioksidoreduktaasia. Se, kumpi näistä puolista tulee esiin, riippuu siitä, kummassa välitysketjun päässä elektroneista on sillä hetkellä puutetta. Kysymys "onko metyleenisininen antioksidantti" ei ole kunnolla muotoiltu ennen kuin täsmennetään, missä järjestelmässä, millä pitoisuudella ja mitä muuta on läsnä.

Elektronien luovuttaminen eteenpäin

Kun väriaineella on ylimääräinen elektroni, seuraavaksi voi tapahtua kolme hyvin erilaista asiaa, vaikka ne yleensä kuvataan yhden otsikon alla. Niitä ei pitäisi niputtaa yhteen.

Se voi luovuttaa elektronin metallikeskukselle. Selkein tapaus on hemoglobiini, jonka rauta on hapettunut ferrotilasta ferritilaan. Tässä tilassa hemoglobiini ei pysty kuljettamaan happea. Punasoluissa entsyymi pelkistää väriaineen, minkä jälkeen pelkistynyt väriaine luovuttaa elektroneja hapettuneelle hemiraudalle ei-entsymaattisesti, palauttaa toimivan hemoglobiinin ja palaa itse hapettuneeseen muotoonsa. Väriaine ei kulu tässä reaktiossa, vaan kiertää syklissä. Tähän reaktioon perustuva kliininen kokonaisuus kuuluu sairaalaympäristöön, ja selitys metyleenisinisestä methemoglobinemiassa käsittelee, miten sitä käytetään ja miksi käyttöä valvotaan niin tarkasti.

Lähteiden lukemisesta on syytä tehdä yksi rehellinen huomio: kaksi katsausta, joihin tämä artikkeli perustuu, eivät nimeä entsyymivaiheelle samaa pelkistävää kofaktoria. Toisessa mainitaan NADH ja toisessa NADPH. Ero on todellinen eikä ratkea tässä käytettävissä olevien lähteiden perusteella, joten turvallisin kuvaus keskittyy siihen, mitä kukin osa tekee, eikä yhteen tiettyyn kofaktorin nimeen.

Se voi siirtää energiaa tai elektronin hapelle, jos valoa on läsnä. Tämä reitti on olemassa vain valaistuksessa. Viritystilaan joutunut väriaine saavuttaa triplettitilan, josta eteenpäin on mahdollista kaksi mekanismia. Ensimmäisessä virittynyt väriaine reagoi suoraan viereisen molekyylin kanssa ottamalla vedyn tai siirtämällä elektronin, jolloin syntyy radikaaleja; reaktio veden kanssa tällä tavoin tuottaa hydroksyyliradikaaleja. Toisessa viritysenergia siirtyy suoraan hapelle ja muodostaa singlettihappea, erittäin elektrofiilistä lajia, joka hajoaa microseconds kuluessa ja jota pidetään yleisesti tärkeimpänä reittinä, jolla valaistu metyleenisininen vaurioittaa mikrobisoluja. Dokumentoituja seurauksia ovat reaktiot soluvaipan lipidien ja peptidien sekä DNA:n guaniiniemästen kanssa.

Tämän reitin käytännön seuraus on, että valaistus muuttaa lukuarvoja useita kertaluokkia. Wainwrightin ja Crossleyn kokoamissa tiedoissa metyleenisinisen pienin bakterisidinen pitoisuus Pseudomonas aeruginosa -bakteeria vastaan on pimeässä noin 500 micromolar ja valossa, kun valoannos on 12 joules per square centimetre, noin 25 micromolar. Yhtä Staphylococcus aureus -kantaa vastaan sekä pimeän että valaistun olosuhteen arvo on 5 micromolar. Toisin sanoen se, voidaanko molekyyliä ylipäätään pitää antimikrobisena, ei ole pelkästään molekyylin ominaisuus, vaan molekyylin ja valon yhteinen ominaisuus.

Se voi vaikuttaa suoraan entsyymikohdassa ilman välitysketjua. Metyleenisininen hapettaa typpioksidisyntaasiin sitoutuneen ferroraudan, jolloin entsyymi lakkaa toimimasta. Se estää liukoista guanylaattisyklaasia, ja tähän tarkoitukseen käytetty tavanomainen laboratoriopitoisuus on between 1 and 10 micromolar. Se estää monoamiinioksidaasi tyyppiä A IC50-arvolla between 27 and 180 nanomolar, mikä on hyvin dokumentoidun serotoniinin takaisinoton estäjien kanssa ilmenevän yhteisvaikutuksen mekanismi ja syy siihen, että metyleenisinisen lääkeyhteisvaikutukset muodostavat oman aihealueensa.

Nämä kolme reittiä ovat kemiallisesti erillisiä. Niiden yhdistäminen yhdeksi väitteeksi siitä, että metyleenisininen toimii redox-syklin kautta, on tärkein syy siihen, miksi suuri osa sitä koskevasta kirjoittelusta vaikuttaa samanaikaisesti itsevarmalta ja epämääräiseltä.

Neljä eroa, jotka ratkaisevat, merkitseekö mekanismia koskeva väite mitään

Mikä muoto. Pelkistynyt väriaine ei ole vaihdettavissa hapettuneeseen väriaineeseen. Asetyylikoliiniesteraasin esto havainnollistaa ongelmaa: pitkässä in vitro -inkubaatiossa metyleenisininen pelkistyy vähitellen värittömään muotoonsa ja esto heikkenee, koska pelkistynyt molekyyli ei estä kyseistä entsyymiä. Riittävän pitkään jatkuva määritys muuttaa yhdisteen muotoa, raportoi heikomman vaikutuksen ja voi johtaa väärään selitykseen.

Mikä pitoisuus. Liukoisen guanylaattisyklaasin estoon käytetty laboratorioalue on 1 to 10 micromolar. Glutamaatin välittämän transmission poistaminen rotan hippokampusleikkeissä vaati 5 to 50 micromolar. Soluviljelmissä toksisia vaikutuksia on raportoitu above 100 micromolar. Nämä eivät ole sama koe, eikä mekanismi, joka on vahvistettu pitoisuudella 50 micromolar, ole automaattisesti merkityksellinen potilaalle, jonka plasmapitoisuus on vain murto-osa siitä.

Mikä antoreitti. Absoluuttinen oraalinen biologinen hyötyosuus on noin 72 per cent, ja plasman terminaalinen puoliintumisaika on 5 to 7 hours. Suun kautta annostelu tuottaa suurempia pitoisuuksia suolistossa ja maksassa; laskimonsisäinen annostelu tuottaa suurempia pitoisuuksia aivoissa. Antoreitti ratkaisee, mikä kudos kohtaa elektronit.

Mikä malli ja olivatko valot päällä. Suuri osa mekanistista kirjallisuutta perustuu soluviljelmä- ja jyrsijätutkimuksiin, ja tämän molekyylin in vitro -tulokset riippuvat valoaltistuksesta, kalvopotentiaalista ja solujen redox-tilasta, koska jo mikroskoopin lamppu riittää fotosensitisoimaan sen. Between 65 and 85 per cent annetusta annoksesta pelkistyy värittömään muotoon punasoluissa ja ääreiskudoksissa. Jokainen näistä muuttujista sijoittuu maljalla osoitetun selkeän mekanismin ja ihmistä koskevan väitteen väliin.

Miksi puhtaus on kemiallinen kysymys

Valaistus demetyloi metyleenisinistä. Ensimmäinen tuote on Azure B, sitten Azure A, sitten tioniiini, ja suurempi valon voimakkuus aiheuttaa enemmän hajoamista kuin pienempi. Molekyyli, jonka hyödyllisyys perustuu kykyyn vastaanottaa ja luovuttaa elektroneja, on siten molekyyli, jonka todennäköiset hajoamistuotteet ovat läheisiä kemiallisia sukulaisia ja pysyvät samassa liuoksessa. Astian sisällön koostumus ei ole kosmeettinen yksityiskohta.

Siksi USP-spesifikaation täyttäminen on ostajan kannalta merkityksellinen testi. Tuote, joka ei täytä sitä, on väriaine, ja väriaineessa voi olla epäpuhtauksia, kuten Azure B, raskasmetalleja ja jäännösliuottimia, joita sitä nielevä henkilö ei halua elimistöönsä. Toinen sudenkuoppa on myyjä, joka testaa vain raskasmetallit ja esittää tuloksen täydellisenä vaatimustenmukaisuutena. Blupreme on tehnyt yhteistyötä metyleenisinistä valmistavan lääkevalmistajan kanssa ja testaa koko spesifikaation: tunnistaminen, puhtaus, orgaaniset epäpuhtaudet, jäännösliuottimet, alkuaine-epäpuhtaudet, hehkutusjäännös, mikrobiologiset rajat ja bakteerien endotoksiinit. Jokaisen erän taustalla oleva laboratoriotestausasiakirja julkaistaan, ja toimittajan valinta tarkoittaa pitkälti sen tarkistamista, onko kyseinen asiakirja olemassa ja mitä se kattaa.

Yksi palautuva pari. Useita siitä lähteviä reittejä. Reitti ratkaisee, mitä väitteestä voidaan päätellä. :::