איך methylene blue פועל: העברת אלקטרונים, ולאן האלקטרונים מגיעים

בקבוק אטום בפקק על שולחן מעבדה הוא ההקדמה הכנה והקצרה ביותר לאופן שבו methylene blue פועל. מים, גלוקוז, קמצוץ נתרן הידרוקסידי וכמות מספקת של הצבע כדי להפוך את הנוזל לכחול עמוק ובלתי ניתן לטעות בו. ממתינים כמה דקות, והכחול נעלם בהדרגה עד שהבקבוק נראה כמו בקבוק מים. מנערים אותו, והצבע חוזר מיד. אחר כך הוא דוהה שוב, והוא ימשיך לעשות זאת כל עוד יש גלוקוז שמוכן למסור אלקטרונים וחמצן שמוכן לקבל אותם.

שום דבר בצבע לא השתנה מלבד מספר האלקטרונים שהוא נושא. במצב מחומצן הוא כחול. במצב מחוזר הוא אינו כחול. כמעט כל דבר אחר בספרות הטיפולית והמחקרית על המולקולה הזאת נובע מאותו שלב הפיך יחיד, משום שמולקולה שיכולה לקחת אלקטרונים משותף אחד ולהעביר אותם לאחר היא ממסר, וממסר אינו עושה דבר בפני עצמו. מה שהוא עושה תלוי לחלוטין במה שנמצא בכל אחד מקצותיו.

שתי צורות, ולמה הזוג חשוב

הצורה המחומצנת היא מערכת טבעות מישורית בעלת מטען חיובי. הצורה השטוחה והטעונה הזאת היא הסיבה שהיא נערמת לצד חומצות גרעין, נקשרת למבנים מסויאלים על ממברנות תאים וסופגת בעוצמה אור נראה בין בערך 600 ל-700 nanometres, החלק בספקטרום שהעין האנושית תופסת ככחול.

הצורה המחוזרת היא עניין אחר. אין לה מטען, היא מתמוססת בשומן במקום במים והיא חסרת צבע. מידת היינון שלה נמוכה מאוד ב-pH שבתוך הגוף, בסדר גודל של אחוזים בודדים. לכן המולקולה המחוזרת חוצה בקלות ממברנת תא באמצעות דיפוזיה, ולאחר שנכנסה פנימה, לסביבה מחמצנת יותר, היא יכולה להתחמצן מחדש ולהילכד למעשה. מערכת הטבעות המחומצנת שטוחה; המחוזרת יכולה להתפתל. ההשלכות המבניות האלה, וגם שינוי הצבע עצמו, שייכים לסיפור של שתי הצורות בפני עצמן, והם מוסברים בפירוט רב יותר ב-השוואה בין methylene blue ל-leucomethylene blue.

קבלת אלקטרונים

הצבע המחומצן יקבל אלקטרונים ממגוון רחב של תורמים. גלוקוז בבקבוק ההדגמה הוא אחד מהם. בתוך תא, נוקלאוטידי פירידין מחוזרים ורכיבים של שרשרת העברת האלקטרונים המיטוכונדריאלית הם תורמים נוספים. כאשר methylene blue עובר חיזור ברקמה המכילה חמצן, המחזור שהוא יוצר צורך גם את החומר המחזר וגם חמצן, ומייצר מיני חמצן תגובתיים, בעיקר מי חמצן. הצבע יוצא מהמחזור ללא שינוי, מוכן להתחיל אותו שוב.

הנקודה האחרונה מסבירה סתירה שאחרת נראית רשלנית. Methylene blue מתואר בספרות גם כפרו-אוקסידנט וגם כאנטיאוקסידנט, ושני התיאורים ניתנים להצדקה. הוא יכול לדכא יצירת סופראוקסיד בכך שהוא פועל כמקבל אלקטרונים מלאכותי ומסיט את זרימת האלקטרונים הרחק מאתרי האנזימים שבהם חמצן היה הופך אחרת לרדיקלי סופראוקסיד. בתרביות תאי כבד הודגם שהוא מעודד אנזימי הגנה אנטיאוקסידנטיים של phase-2, ובהם thioredoxin reductase 1 ו-NADPH quinone oxidoreductase. איזו משתי הפנים נראית תלויה בשאלה באיזה קצה של הממסר חסרים אלקטרונים באותו רגע. שאלה כמו "האם methylene blue הוא אנטיאוקסידנט" אינה מנוסחת היטב עד שמציינים באיזו מערכת, באיזה ריכוז ובנוכחות אילו חומרים נוספים.

העברת האלקטרונים הלאה

לאחר שהצבע מחזיק אלקטרון עודף, יכולים להתרחש שלושה דברים שונים מאוד, ובדרך כלל מתארים את כולם תחת כותרת אחת. אין לעשות זאת.

הוא יכול להעביר את האלקטרון למרכז מתכתי. המקרה הברור ביותר הוא המוגלובין שעבר חמצון ממצב ferrous למצב ferric. במצב הזה הוא אינו יכול לשאת חמצן. בתאי דם אדומים, אנזים מחזר את הצבע, ולאחר מכן הצבע המחוזר מעביר אלקטרונים לברזל ה-haem המחומצן באופן לא-אנזימטי, משחזר המוגלובין פעיל ומחזיר את הצבע לצורתו המחומצנת. הצבע אינו נצרך בתהליך; הוא עובר מחזור. התמונה הקלינית הנשענת על התגובה הזאת היא נושא לטיפול בבית חולים, ו-ההסבר על methylene blue במתמוגלובינמיה מתאר כיצד משתמשים בו ומדוע השימוש נעשה תחת פיקוח הדוק כל כך.

הערה כנה לגבי הקריאה: שתי הסקירות שעליהן מבוסס מאמר זה אינן מציינות את אותו קו-פקטור מחזר עבור שלב האנזים; אחת מציינת NADH והשנייה NADPH. המחלוקת אמיתית ואינה פתורה במקורות הזמינים כאן, ולכן התיאור הבטוח הוא תפקידו של כל חלק ולא שם של קו-פקטור יחיד.

הוא יכול להעביר אנרגיה, או אלקטרון, לחמצן, אם יש אור. המסלול הזה קיים רק תחת הארה. הצבע המעורר מגיע למצב triplet, ומשם אפשריים שני מנגנונים. בראשון, הצבע המעורר מתקשר ישירות עם מולקולה סמוכה, לוקח מימן או מעביר אלקטרון, וכך נוצרים רדיקלים; תגובה עם מים בדרך הזאת מייצרת רדיקלי hydroxyl. בשני, אנרגיית העירור מועברת לחמצן עצמו, ונוצר חמצן סינגלטי, מין אלקטרופילי מאוד שמתפרק בתוך microseconds ונחשב בדרך כלל למסלול העיקרי שבאמצעותו methylene blue מואר פוגע בתאים מיקרוביאליים. בין התוצאות המתועדות נמצאות תגובות עם ליפידים ופפטידים במעטפת התא ועם בסיסי guanine ב-DNA.

המשמעות המעשית של המסלול הזה היא שהארה משנה את המספרים בסדרי גודל. בנתונים שאספו Wainwright ו-Crossley, ל-methylene blue נגד Pseudomonas aeruginosa יש ריכוז חיידקי מינימלי של בערך 500 micromolar בחושך, וכ-25 micromolar תחת מנת אור של 12 joules per square centimetre. נגד זן אחד של Staphylococcus aureus, הערכים בחושך ובהארה הם שניהם 5 micromolar. במילים אחרות, השאלה אם המולקולה נחשבת בכלל לחומר אנטימיקרוביאלי אינה תכונה של המולקולה לבדה; זו תכונה של המולקולה יחד עם האור.

הוא יכול לפעול ישירות באתר אנזימטי, ללא הממסר. Methylene blue מחמצן את ברזל ה-ferrous הקשור ל-nitric oxide synthase, וכך משבית את האנזים. הוא חוסם soluble guanylate cyclase, ובין 1 ל-10 micromolar הוא הריכוז המעבדתי המקובל לשימוש למטרה הזאת. הוא מעכב monoamine oxidase type A עם IC50 בין 27 ל-180 nanomolar, וזהו המנגנון שמאחורי האינטראקציה המתועדת היטב עם מעכבי ספיגה חוזרת של סרוטונין והסיבה לכך ש-האינטראקציות התרופתיות של methylene blue הן קטגוריה בפני עצמה.

שלושת המסלולים האלה נבדלים מבחינה כימית. איחודם לטענה אחת שלפיה methylene blue פועל באמצעות מחזור חמצון-חיזור הוא הסיבה העיקרית לכך שכל כך הרבה כתיבה עליו נשמעת בעת ובעונה אחת בטוחה בעצמה ועמומה.

ארבע הבחנות שקובעות אם לאמירה על מנגנון יש בכלל משמעות

איזו צורה. הצבע המחוזר אינו בר-החלפה עם הצבע המחומצן. עיכוב acetylcholinesterase ממחיש את המלכודת: באינקובציה ממושכת in vitro, methylene blue עובר בהדרגה חיזור לצורתו חסרת הצבע, והעיכוב פוחת, משום שהמולקולה המחוזרת אינה מעכבת את האנזים הזה. בדיקה שנמשכת מספיק זמן כדי לשנות את הצורה תדווח על השפעה חלשה יותר ותזמין הסבר שגוי.

איזה ריכוז. הטווח המעבדתי לעיכוב soluble guanylate cyclase הוא 1 עד 10 micromolar. ביטול העברה בתיווך glutamate בפרוסות hippocampus של חולדות דרש 5 עד 50 micromolar. השפעות רעילות בתרבית תאים מדווחות מעל 100 micromolar. אלה אינם אותו ניסוי, ומנגנון שאושר ב-50 micromolar אינו בהכרח זמין אוטומטית למטופל שריכוזו בפלזמה הוא רק חלק מזה.

איזו דרך. הזמינות הביולוגית המוחלטת דרך הפה היא בערך 72 per cent, וזמן מחצית החיים הסופי בפלזמה הוא 5 עד 7 hours. מתן דרך הפה יוצר ריכוזים גבוהים יותר במעי ובכבד; מתן תוך-ורידי יוצר ריכוזים גבוהים יותר במוח. דרך המתן קובעת איזו רקמה פוגשת את האלקטרונים.

איזה מודל, והאם האורות היו דולקים. חלק גדול מהספרות המנגנונית מבוסס על תרביות תאים ועבודה במכרסמים, ותוצאות in vitro עבור המולקולה הזאת תלויות בחשיפה לאור, בפוטנציאל הממברנה ובמצב החמצון-חיזור של התאים, משום שגם מנורת מיקרוסקופ מספיקה כדי לבצע לה פוטוסנסיטיזציה. בין 65 ל-85 per cent ממנה שניתנה עוברים חיזור לצורה חסרת הצבע בתאי דם אדומים וברקמה היקפית. כל אחד מהמשתנים האלה ניצב בין מנגנון נקי בצלחת מעבדה לבין טענה על אדם.

למה שאלת הטוהר היא שאלה של כימיה

הארה גורמת לדה-מתילציה של methylene blue. התוצר הראשון הוא Azure B, אחריו Azure A, ואז thionin, ועוצמת אור גבוהה יותר יוצרת יותר פירוק מעוצמה נמוכה יותר. לכן מולקולה שהתועלת שלה נשענת על יכולתה לקבל ולמסור אלקטרונים היא גם מולקולה שתוצרי הפירוק הסבירים שלה הם קרובים כימיים הנשארים באותה תמיסה. ההרכב של מה שנמצא במכל אינו פרט קוסמטי.

זו הסיבה שהתאמה למפרט USP היא הבדיקה המשמעותית עבור קונה. מוצר שאינו עומד בו הוא צבע, וצבע נושא זיהומים, ובהם Azure B, מתכות כבדות וממסים שיוריים, שאדם הבולע אותו אינו רוצה. מלכודת נוספת היא מוכר שבודק רק מתכות כבדות ומציג את התוצאה כעמידה מלאה בדרישות. Blupreme שיתפה פעולה עם יצרן פרמצבטי של methylene blue ובודקת את מלוא המפרט: זהות, טוהר, זיהומים אורגניים, ממסים שיוריים, זיהומים יסודיים, שארית לאחר הצתה, גבולות מיקרוביאליים ואנדוטוקסינים חיידקיים. מסמך בדיקות המעבדה שמאחורי כל אצווה מפורסם, ו-בחירת ספק היא במידה רבה עניין של בדיקה אם המסמך הזה קיים ומה הוא מכסה.

זוג הפיך אחד. כמה מסלולים היוצאים ממנו. המסלול קובע מה הטענה יכולה להיות.