Paul Ehrlich et le bleu de méthylène : comment un colorant a contribué à façonner la découverte de médicaments

La contribution de Paul Ehrlich à la médecine n'était pas un médicament. C'était un argument sur la manière d'en étudier un.

En 1878, il soumit une thèse de doctorat dont la première partie s'intitulait « La conception chimique de la coloration ». Il y soutenait que colorer une coupe de tissu et teindre un morceau d'étoffe obéissent à la même logique. Dans les deux cas, la couleur se fixe en raison d'une affinité chimique entre le colorant et le matériau, et non parce que le tissu serait absorbant, graisseux ou doté d'une forme capable de piéger un pigment. Ehrlich avait grandi en regardant son cousin, le pathologiste Karl Weigert, préparer des coupes colorées, et ce qui retenait son attention n'était pas l'image obtenue, mais le fait que le colorant choisissait où se fixer.

L'affirmation peut sembler modeste. Elle ne l'est pas. Si un colorant se lie à un tissu pour des raisons chimiques, alors le motif de coloration renseigne sur la chimie de ce tissu. Une lame colorée cesse d'être une illustration et devient une mesure.

Il développa immédiatement cette idée. En 1880, il associa le bleu de méthylène à la fuchsine acide et appela le mélange une coloration neutre, un neutralen Farbkörper, qui permettait de distinguer différents types de globules blancs là où les colorants uniques alors utilisés n'y parvenaient pas. Deux ans plus tard, il présenta une méthode au violet de méthyle pour colorer les bacilles tuberculeux, et Koch adopta la procédure dans ses propres travaux.

La théorie qui donna plus tard à ces pratiques un fondement commun est une question distincte, et sa chronologie est régulièrement simplifiée à tort. La théorie des chaînes latérales d'Ehrlich, selon laquelle une substance agit sur une cellule parce que les deux sont chimiquement compatibles, appartient aux années 1890, et non aux années consacrées aux colorants. Les travaux antérieurs avaient fourni la conviction préalable : la sélectivité est chimique et, par conséquent, elle peut être recherchée plutôt que découverte par hasard.

L'expérience qui transforma le colorant en carte

En 1885, Ehrlich publia une monographie sur les besoins en oxygène de l'organisme, sous-titrée étude analytique par la couleur. Sa méthode consistait à injecter des colorants dont la couleur dépend de l'état d'oxydation, puis à comparer la manière dont différents organes les réduisaient ou les conservaient. Le colorant servait d'instrument, comme un thermomètre : il renseignait sur des conditions internes aux tissus qui ne pouvaient pas être observées directement. Ehrlich formula lui-même son objectif comme la détermination, à l'aide de colorants particuliers, du pouvoir réducteur des organes vivants.

Le résultat concernant le bleu de méthylène arriva en 1886, dans un article sur la réaction du colorant avec la substance nerveuse vivante, présenté à une société médicale au mois de décembre précédent. Du bleu de méthylène était introduit dans la circulation d'un animal vivant, puis de fines tranches de tissu étaient prélevées et exposées à l'air afin que le colorant incolore accumulé s'oxyde de nouveau en bleu et révèle les endroits où il s'était concentré. Les cellules nerveuses et les fibres nerveuses prenaient la couleur, avec une sélectivité suffisante pour que la technique devienne une méthode standard de visualisation du tissu nerveux. Le composé n'était plus seulement une matière colorante appliquée sur une coupe morte posée sur une paillasse. C'était un marqueur qui se répartissait de lui-même dans un organisme vivant, et dont on pouvait lire la distribution.

La propriété sous-jacente à ces deux expériences mérite d'être énoncée clairement, car tout le reste de cette histoire en dépend. Le bleu de méthylène est réversible. Sa forme réduite, le leucométhylène bleu, est incolore et, au contact de l'oxygène, elle revient au cation bleu. Une solution de glucose contenant le colorant dans un récipient fermé est incolore ; ouvrez le récipient et elle devient bleue. Il est rapporté qu'Ehrlich en fit directement la démonstration en traitant des coupes colorées avec du chlorure de fer ainsi qu'avec de l'air et en observant le retour de la couleur. Un colorant qui change de couleur selon l'état redox de son environnement constitue une sonde de cet environnement.

Deux propriétés se trouvaient donc côte à côte. Un colorant pouvait distinguer un tissu d'un autre. Et un colorant pouvait être activé et désactivé par une modification de son état d'oxydation.

Relue à rebours, la seconde propriété marque le début de la chimiothérapie. Si un composé se lie à un type de tissu et non à un autre, le même composé pourrait atteindre un type d'organisme et non un autre. Ehrlich formula directement cette déduction : si un agent pathogène pouvait être coloré sélectivement, cette coloration pouvait indiquer une atteinte spécifique de cet agent pathogène. Un colorant pourrait donc être utilisé comme médicament, dirigé contre un envahisseur plutôt que contre le patient.

Le premier essai chez un patient ne concernait pas le paludisme. En 1890, avec le psychiatre Arthur Leppmann, Ehrlich rapporta que le bleu de méthylène soulageait la douleur dans des affections névralgiques et rhumatismales touchant les muscles, les articulations et les tendons. Les deux hommes discutèrent de la possibilité que le médicament agisse sur les maladies mentales et décidèrent de ne pas l'essayer. Un médecin italien, Pietro Bodoni de Gênes, le fit malgré tout. Son article de 1899 porte sur une action sédative dans diverses formes de psychose : il décrivit un effet calmant chez quatorze patients agités et nota que d'autres médecins de Gênes utilisaient déjà le colorant dans le même but. La sédation n'est pas un effet sur la maladie, et cette distinction revient constamment dans cette histoire.

Les travaux sur le paludisme arrivèrent en 1891, avec le pathologiste Paul Guttmann, à l'hôpital Moabit de Berlin. Du bleu de méthylène fut administré à deux patients, et le rapport parut dans la Berliner klinische Wochenschrift du 28 septembre 1891. Dans le premier cas, le patient prit 0.5 g de colorant en une seule fois le soir du 29 juin ; l'accès attendu ne se manifesta pas complètement, et le seul effet indésirable consigné par la suite fut une légère strangurie accompagnée d'urines bleues. Les accès fébriles disparurent au cours des premiers jours et, au plus tard le huitième jour, les parasites avaient disparu du sang. Les auteurs résumèrent eux-mêmes leurs résultats en affirmant que leurs attentes avaient été entièrement satisfaites. Deux cas non contrôlés ne constituent pas une démonstration. L'exposé plus complet sur le bleu de méthylène et le paludisme, y compris les essais modernes, mérite sa propre page ; la question intéressante ici est plus restreinte : quelle part du raisonnement d'Ehrlich a résisté à la confrontation avec le parasite ?

Là où le raisonnement tenait et là où il échouait

Il ne reste pas grand-chose du mécanisme proposé, du moins pas sous la forme avancée par Ehrlich. La version bien ordonnée selon laquelle un cation tricyclique plan se glisserait entre les paires de bases de l'ADN du parasite ne résiste pas à l'examen chez Plasmodium. Le bleu de méthylène est si facilement réduit par un globule rouge infecté qu'il n'atteint jamais le parasite sous la forme d'un cation plan, et le mécanisme d'intercalation applicable aux colorants acridiniques ne convient pas ici.

Les données disponibles étayent un tableau moins simple. Le bleu de méthylène inhibe la glutathion réductase du parasite à des concentrations qu'un patient peut atteindre. Il bloque la conversion de l'hème en hémozoïne, le pigment inerte que le parasite produit pour éviter d'être empoisonné par sa propre digestion de l'hémoglobine, avec une efficacité comparable à celle de la chloroquine et très supérieure à celle de la quinine. Son cycle redox génère également des espèces réactives de l'oxygène dans une cellule qui en produit déjà. Laquelle de ces actions constitue le véritable mécanisme, ou si elles y contribuent toutes, reste indéterminé.

Il existe une complication supplémentaire, qui devrait déterminer la manière de lire toute affirmation historique concernant ce composé. Le bleu de méthylène commercial de cette époque n'était pas une substance unique. Les échantillons contenaient Azure B, son congénère monodéméthylé, et les solutions anciennes en accumulaient davantage. Azure B est un colorant métachromatique ayant des cibles différentes : il colore l'ADN double brin en bleu foncé et l'ARN en vert. Un mélange de deux colorants ayant des destinations différentes, dans des proportions que personne n'a consignées, ne permet pas d'affirmer clairement ce que faisait le bleu de méthylène qu'il contenait.

Le colorant lui-même ne remplaça jamais la quinine. La méthode connut un meilleur sort. Wilhelm Roehl, élève d'Ehrlich travaillant pour le groupe de colorants et de médicaments IG Farben, continua à développer des dérivés de colorants comme médicaments tropicaux et fournit l'outil qui manquait : le canari, infecté par un paludisme aviaire, utilisé comme modèle de dépistage systématique des composés candidats. Werner Schulemann modifia ensuite la chaîne latérale, et le sel de phénothiazinium obtenu guérit l'infection expérimentale. Il continuait néanmoins à colorer les patients en bleu.

Le résultat durable ne fut finalement ni le colorant ni le système cyclique, mais la chaîne latérale. L'ajout d'un groupe dialkylaminoalkylamino modifia le comportement de la molécule, et ce fragment survécut à toutes les conceptions ultérieures. Conservez ce groupe et remplacez le cycle phénothiazinium par une acridine : vous obtenez la quinacrine. Remplacez-le par une quinoléine : vous obtenez la chloroquine. La pamaquine, la primaquine et l'amodiaquine, toutes encore présentes dans le catalogue des antipaludiques, portent le même groupe. Le composé qui échoua comme traitement fournit le fragment qui réussit.

Le lien avec les antipsychotiques passe par le cycle plutôt que par le médicament. C'est l'élucidation de la structure du bleu de méthylène qui conduisit Heinrich August Bernthsen au noyau phénothiazine parent en 1883, et c'est sur ce squelette, substitué de différentes manières, que travaillaient les chimistes de Rhône-Poulenc dans les années 1940 lorsqu'ils recherchaient des antihistaminiques. L'un de ces composés fut synthétisé vers la fin de 1950 et testé par le chirurgien Henri Laborit, qui remarqua qu'il laissait les patients calmes et indifférents. Sa première utilisation psychiatrique publiée, chez un patient atteint de manie, date de janvier 1952. Le premier antipsychotique n'est pas tant un descendant de l'antipaludique d'Ehrlich qu'un parent éloigné du colorant avec lequel il avait commencé.

Trois habitudes à retenir de cet épisode

1. « Premier médicament synthétique utilisé en médecine » décrit une catégorie, et les réserves sont plus importantes que ne le laisse entendre la formule. L'expression est devenue courante ; une revue très citée de Schirmer et ses collègues dans Neurobiology of Aging qualifie le bleu de méthylène de tout premier médicament entièrement synthétique utilisé en médecine. L'hydrate de chloral fut introduit comme sédatif synthétique en 1869, plus de vingt ans auparavant. L'article de 1891 fournit lui-même une partie de la réponse, car ses auteurs citent les antipyrétiques synthétiques qui avaient déjà échoué contre le paludisme, notamment la quinoléine, l'antipyrine et l'antifébrine. L'arsénical d'Ehrlich contre la syphilis arriva encore plus tard. La version défendable de cette affirmation concerne la méthode plutôt que la priorité historique : le bleu de méthylène compte parmi les premiers composés synthétiques choisis pour agir contre un organisme précis sur la base d'une théorie chimique de la sélectivité.
2. Une distribution sélective n'implique pas un bénéfice sélectif. Le résultat obtenu par Ehrlich en 1886 était que le colorant se dirige vers le tissu nerveux. L'endroit où un composé se répartit et ce qu'il fait une fois arrivé sont deux mesures différentes, et la première est beaucoup plus facile à réaliser. C'est dans cet écart que se sont logées depuis lors la plupart des affirmations sur le bleu de méthylène et le cerveau.
3. La pureté appartient aux données probantes, pas au marketing. Les archives historiques sont ambiguës précisément pour cette raison. De petites différences structurelles modifient la destination de ce composé, ce qui explique pourquoi un certificat d'analyse doit être rattaché à un lot précis plutôt que présenté comme une simple affirmation selon laquelle un produit est testé. Un vendeur qui revendique la conformité à la monographie pharmacopéique tout en ne testant que les métaux lourds affirme davantage que ce que son rapport permet d'établir. Blupreme s'approvisionne en bleu de méthylène auprès d'un fabricant pharmaceutique et teste l'intégralité des spécifications définies par la monographie : identité, pureté, impuretés organiques, solvants résiduels, impuretés élémentaires, résidu après calcination, limites microbiennes et endotoxines bactériennes. Le rapport est publié avec le produit, et la page sur le bleu de méthylène de qualité USP explique ces limites et pourquoi le résultat concernant Azure B est le premier à examiner.

Une chronologie documentée des sources

La chronologie détaillée de ces jalons, y compris la chimie des colorants antérieure à Ehrlich ainsi que les qualités et spécifications apparues après lui, est présentée séparément dans l'histoire du bleu de méthylène, tandis que l'identité du composé lui-même est abordée dans ce qu'est le bleu de méthylène.

Les planches à l'origine de ce récit, reproduites dans la revue de 2012 de Krafts, Hempelmann et Skórska-Stania, n'ont pas la même valeur documentaire, et un exemple montre pourquoi. La planche de 1891 constitue l'archive primaire de l'essai ; le portrait de 1910 placé à côté ne date qu'une réputation, rien de plus. Les pages du carnet d'Andersag de 1934 sont la trace directe de la substitution par une quinoléine, de la propre main du chimiste.

Le résumé le plus exact des expériences d'Ehrlich sur les colorants est qu'il avait correctement identifié la sélectivité et la cible, mais pas le mécanisme. Le bleu de méthylène se concentre bien dans le tissu nerveux et nuit bien au parasite du paludisme. Il ne produit pas le second effet à cause du premier, et l'explication chimique qu'Ehrlich proposait pour les deux était erronée. Ce qu'il démontra sans ambiguïté était plus durable qu'un mécanisme correct : un composé peut être choisi plutôt que simplement découvert, et il peut être choisi à partir de données recueillies avant de l'administrer à un patient.