פאול ארליך ומתילן כחול: כיצד חומר צבע סייע לעצב את גילוי התרופות

תרומתו של פאול ארליך לרפואה לא הייתה תרופה. היא הייתה טיעון על האופן שבו יש לבחון תרופה.

ב-1878 הוא הגיש עבודת דוקטורט שחלקה הראשון נקרא "התפיסה הכימית של הצביעה". הטיעון שלה היה שצביעת חתך רקמה וצביעת פיסת בד פועלות לפי אותו היגיון. בשני המקרים הצבע נקשר בגלל זיקה כימית בין חומר הצבע לחומר הנצבע, ולא מפני שהרקמה סופגת, שומנית או בעלת צורה הלוכדת פיגמנט. ארליך גדל כשהוא צופה בבן דודו, הפתולוג קרל וייגרט, מכין חתכים צבועים, ומה שריתק אותו לא היו התמונות אלא העובדה שחומר הצבע בחר לאן להגיע.

הטענה נשמעת צנועה. היא אינה כזאת. אם חומר צבע נקשר לרקמה מסיבות כימיות, דפוס הצביעה הוא דיווח על הכימיה של אותה רקמה. זכוכית נושא צבועה מפסיקה להיות המחשה והופכת למדידה.

הוא בנה על כך מיד. ב-1880 הוא שילב מתילן כחול עם פוקסין חומצי וקרא לתערובת צבע ניטרלי, חומר צבע ניטרלי, שהבחין בין סוגי תאי הדם הלבנים השונים במקום שבו חומרי הצבע הבודדים שהיו אז בשימוש לא הצליחו לעשות זאת. שנתיים לאחר מכן הציג שיטת צביעה של חיידקי שחפת באמצעות מתיל סגול, וקוך אימץ את ההליך בעבודתו.

התאוריה שבהמשך סיפקה בסיס משותף לשיטות האלה היא עניין נפרד, ולעיתים קרובות מטשטשים את מועד הופעתה. תאוריית שרשראות הצד של ארליך, הרעיון שחומר פועל על תא מפני שיש ביניהם התאמה כימית, שייכת לשנות ה-1890, ולא לשנות ניסויי הצבע. העבודה המוקדמת סיפקה את האמונה שקדמה לה: בררנות היא כימית, ולכן אפשר לחפש בררנות במקום להיתקל בה במקרה.

הניסוי שהפך את חומר הצבע למפה

ב-1885 פרסם ארליך מונוגרפיה על צורכי החמצן של האורגניזם, שכותרת המשנה שלה הייתה מחקר אנליטי באמצעות צבע. השיטה הייתה להזריק חומרי צבע שצבעם תלוי במצב החמצון, ואז להשוות כיצד איברים שונים מחזרים אותם או משמרים אותם. חומר הצבע שימש מכשיר, כפי שמשתמשים במדחום: הוא דיווח על תנאים בתוך הרקמה שלא ניתן היה לבדוק ישירות. ארליך עצמו הגדיר את המטרה כקביעת כושר החיזור של איברים חיים בעזרת חומרי צבע מסוימים.

התוצאה הנוגעת למתילן כחול הופיעה ב-1886, במאמר על תגובת חומר הצבע עם חומר עצבי חי, שהוקרא בפני אגודה רפואית בדצמבר שקדם לכך. מתילן כחול הוחדר למחזור הדם של בעל חיים חי, ואז הוצאו פרוסות רקמה דקות ונחשפו לאוויר, כך שחומר הצבע חסר הצבע שהצטבר התחמצן בחזרה לכחול והראה היכן נאסף. תאי עצב וסיבי עצב נצבעו, והצביעה הייתה בררנית במידה מספקת כדי שהטכניקה תהפוך לשיטה מקובלת להצגת רקמת עצב. התרכובת כבר לא הייתה רק חומר צובע המיושם על חתך מת על שולחן המעבדה. היא הייתה סמן שהתפזר בתוך גוף חי, ואפשר היה לקרוא את דפוס הפיזור שלו.

ראוי לציין במפורש את התכונה שבבסיס שני הניסויים, משום שכל השאר בסיפור הזה תלוי בה. השינוי במתילן כחול הוא הפיך. צורתו המחוזרת, לאוקומתילן כחול, חסרת צבע, ובמגע עם חמצן היא חוזרת לצורת הקטיון הכחול. תמיסת גלוקוז המכילה את חומר הצבע בצנצנת אטומה היא חסרת צבע; כשפותחים את הצנצנת, היא נעשית כחולה. לפי דיווחים, ארליך הדגים זאת ישירות באמצעות טיפול בחתכים צבועים בברזל כלורי וכן בחשיפתם לאוויר, וצפייה בחזרת הצבע. חומר צבע שמשנה את צבעו בהתאם למצב החמצון-חיזור של סביבתו הוא גשוש לבדיקת אותה סביבה.

כך ניצבו זו לצד זו שתי תכונות. חומר צבע יכול להבחין בין רקמה אחת לאחרת. ואפשר להפעיל ולכבות את צבעו באמצעות שינוי במצב החמצון.

במבט לאחור, התכונה השנייה היא ראשיתה של הכימותרפיה. אם תרכובת נקשרת לסוג אחד של רקמה ולא לאחר, ייתכן שאותה תרכובת תגיע לסוג אחד של אורגניזם ולא לאחר. ארליך ניסח את המסקנה ישירות: אם אפשר לצבוע פתוגן באופן בררני, הצביעה עשויה להעיד על פגיעה ייחודית באותו פתוגן. לכן ייתכן שחומר צבע יוכל לשמש תרופה, המכוונת לפולש ולא למטופל.

הבדיקה הראשונה במטופל לא הייתה נגד מלריה. ב-1890 דיווח ארליך, יחד עם הפסיכיאטר ארתור לפמן, שמתילן כחול הקל על כאב במצבים עצביים ושיגרוניים של שרירים, מפרקים וגידים. השניים דנו באפשרות שהתרופה תפעל על מחלות נפש והחליטו שלא לנסות זאת. רופא איטלקי, פייטרו בודוני מג'נובה, עשה זאת בכל זאת. כותרת מאמרו מ-1899 עוסקת בהשפעה מרגיעה בצורות שונות של פסיכוזה: הוא תיאר הרגעה של ארבעה עשר מטופלים נסערים, וציין שרופאים אחרים בג'נובה כבר השתמשו בחומר הצבע לאותה מטרה. הרגעה אינה השפעה על המחלה, וההבחנה הזאת שבה ועולה לאורך ההיסטוריה הזו.

העבודה על מלריה החלה ב-1891, עם הפתולוג פאול גוטמן, בבית החולים מואביט בברלין. מתילן כחול ניתן לשני מטופלים, והדיווח הופיע ב-Berliner klinische Wochenschrift מ-28 בספטמבר 1891. במקרה הראשון נטל המטופל 0.5 g מחומר הצבע בבת אחת בערב 29 ביוני; ההתקף הצפוי לא התפתח במלואו, והתלונה היחידה שתועדה לאחר מכן הייתה קושי קל וכואב במתן שתן, לצד שתן כחול. התקפי החום נעלמו בימים הראשונים, והטפילים נעלמו מהדם עד היום השמיני לכל המאוחר. בסיכום שלהם עצמם כתבו המחברים שציפיותיהם התממשו במלואן. שני מקרים ללא קבוצת ביקורת אינם הוכחה. הסקירה המלאה של מתילן כחול ומלריה, לרבות הניסויים המודרניים, שייכת לעמוד משלה, והשאלה המעניינת כאן מצומצמת יותר: כמה מההיגיון של ארליך עמד במבחן המפגש עם הטפיל.

היכן ההיגיון עמד במבחן והיכן נכשל

לא הרבה מהמנגנון שרד, לפחות לא בצורה שהציע ארליך. הגרסה המסודרת, שבה קטיון תלת-טבעתי מישורי מחליק בין זוגות הבסיסים של ה-DNA של הטפיל, אינה עומדת במבחן מול פלסמודיום. מתילן כחול עובר חיזור בקלות כה רבה בתא דם אדום נגוע, עד שאינו מגיע כלל אל הטפיל כקטיון מישורי, וסיפור ההשתחלות בין הבסיסים שמתאים לצבעי אקרידין אינו מתאים לחומר הזה.

מה שהראיות כן תומכות בו מסודר פחות. מתילן כחול מעכב את האנזים גלוטתיון רדוקטאז של הטפיל בריכוזים שניתן להגיע אליהם במטופל. הוא חוסם את ההמרה של הם להמוזואין, הפיגמנט האינרטי שהטפיל יוצר כדי להימנע מהרעלה עקב עיכול ההמוגלובין שלו עצמו, ביעילות דומה לזו של כלורוקווין וביעילות גבוהה בהרבה מזו של כינין. מחזורי החמצון-חיזור שלו גם מייצרים מיני חמצן תגובתיים בתא שכבר מייצר אותם. עדיין לא הוכרע איזה מאלה הוא המנגנון בפועל, או אם כולם תורמים.

יש סיבוך נוסף, והוא צריך להשפיע על האופן שבו קוראים כל טענה היסטורית על התרכובת הזאת. מתילן כחול מסחרי מאותה תקופה לא היה חומר יחיד. דגימות הכילו Azure B, התרכובת הקרובה שממנה הוסרה קבוצת מתיל אחת, ובתמיסות ישנות הצטברו כמויות גדולות יותר שלו. Azure B הוא חומר צבע מטכרומטי בעל יעדים אחרים: הוא צובע DNA דו-גדילי בכחול עמוק ו-RNA בירוק. תערובת של שני חומרי צבע בעלי יעדים שונים, ביחסים שאיש לא תיעד, אינה יכולה לבסס קביעה חד-משמעית לגבי מה שעשה המתילן הכחול שבתוכה.

חומר הצבע עצמו מעולם לא דחק את הכינין. השיטה הצליחה יותר. תלמידו של ארליך, וילהלם רוהל, שעבד בתאגיד הצבע והתרופות IG Farben, המשיך לקדם נגזרות של חומרי צבע כתרופות למחלות טרופיות וסיפק את הכלי החסר: כנרית הנגועה במלריה של עופות, כמבחן סינון שגרתי לתרכובות מועמדות. ורנר שולמן שינה לאחר מכן את שרשרת הצד, ומלח הפנותיאזיניום שנוצר ריפא את הזיהום הניסויי. הוא עדיין צבע את המטופלים בכחול.

התוצר ששרד לאורך זמן לא היה חומר הצבע וגם לא מערכת הטבעות, אלא שרשרת הצד. הוספת קבוצת דיאלקילאמינואלקילאמינו שינתה את התנהגות המולקולה, והמקטע הזה שרד כל תכנון מחדש שבא לאחר מכן. שומרים על הקבוצה הזאת ומחליפים את טבעת הפנותיאזיניום באקרידין, והתוצאה היא קווינקרין. מחליפים בקווינולין, והתוצאה היא כלורוקווין. פמאקווין, פרימקווין ואמודיאקווין, שכולן עדיין נכללות ברשימת התרופות נגד מלריה, נושאות את אותה קבוצה. התרכובת שנכשלה כטיפול סיפקה את החלק שהצליח.

הקשר לתרופות האנטי-פסיכוטיות עובר דרך הטבעת ולא דרך התרופה. פענוח המבנה של מתילן כחול הוא שהוביל את היינריך אוגוסט ברנתזן לגרעין הפנותיאזין הבסיסי ב-1883, ועל השלד הזה, עם התמרות שונות, עבדו כימאים ב-Rhône-Poulenc בשנות ה-1940 בחיפוש אחר אנטיהיסטמינים. אחת התרכובות האלה סונתזה לקראת סוף 1950 ונבדקה בידי המנתח אנרי לבוריט, שהבחין כי היא מותירה מטופלים רגועים ואדישים. השימוש הפסיכיאטרי הראשון בה שפורסם, במטופל עם מאניה, היה בינואר 1952. התרופה האנטי-פסיכוטית הראשונה אינה צאצא של התרופה נגד מלריה של ארליך, אלא יותר קרובת משפחה רחוקה של חומר הצבע שממנו התחיל.

שלושה הרגלים שכדאי לשמר מהפרשה הזאת

1. "התרופה הסינתטית הראשונה ששימשה ברפואה" מתארת קטגוריה, וההסתייגויות נרחבות יותר מכפי שהביטוי מרמז. הביטוי הפך למטבע לשון קבוע; סקירה מצוטטת רבות של שירמר ועמיתיו ב-Neurobiology of Aging מכנה את המתילן הכחול התרופה הסינתטית לחלוטין הראשונה ששימשה ברפואה. כלוראל הידראט הוכנס לשימוש כחומר הרגעה סינתטי ב-1869, יותר מעשרים שנה קודם לכן. המאמר מ-1891 עצמו מספק חלק מהתשובה, משום שמחבריו מציינים את התרופות הסינתטיות להורדת חום שכבר נכשלו נגד מלריה, ובהן קווינולין, אנטיפירין ואנטיפברין. התרופה מבוססת הארסן של ארליך עצמו נגד עגבת הופיעה מאוחר אף יותר. הניסוח שניתן להגן עליו עוסק בשיטה ולא בראשוניות: מתילן כחול נמנה עם התרכובות הסינתטיות המוקדמות ביותר שנבחרו לפעול נגד אורגניזם מסוים על בסיס תאוריה כימית של בררנות.
2. פיזור בררני אינו תועלת בררנית. התוצאה של ארליך מ-1886 הייתה שחומר הצבע מגיע לרקמת עצב. לאן תרכובת מגיעה ומה היא עושה עם הגעתה הן שתי מדידות שונות, ואת הראשונה קל הרבה יותר לבצע. בפער הזה התקיימו מאז רוב הטענות על מתילן כחול והמוח.
3. טוהר הוא חלק מהראיות, לא מהשיווק. התיעוד ההיסטורי אינו חד-משמעי בדיוק מהסיבה הזאת. הבדלים מבניים קטנים משנים את היעד שאליו מגיעה התרכובת, ולכן תעודת אנליזה חייבת להיות קשורה לאצווה מסוימת, ולא להיות מוצגת כהצהרה כללית שהמוצר נבדק. מוכר שטוען לעמידה במונוגרפיה הפרמקופיאלית בעודו בודק רק מתכות כבדות טוען מעבר למה שהדוח תומך בו. Blupreme רוכשת מתילן כחול מיצרן תרופות ובודקת את מלוא המפרט המפורט במונוגרפיה: זהות, טוהר, זיהומים אורגניים, שאריות ממסים, זיהומים יסודיים, שארית לאחר הצתה, גבולות מיקרוביאליים ואנדוטוקסינים חיידקיים. הדוח מתפרסם לצד המוצר, והעמוד מתילן כחול בדרגת USP מסביר את הגבולות האלה ומדוע התוצאה של Azure B היא הראשונה שכדאי לחפש.

מסלול מקורות לפי תאריכים

הרצף המתוארך של אבני הדרך, לרבות כימיית הצבע שקדמה לארליך ודרגות האיכות והמפרטים שבאו אחריו, מפורט בנפרד ב-ההיסטוריה של מתילן כחול, וזהותה של התרכובת עצמה נדונה ב-מהו מתילן כחול.

הלוחות שבבסיס התיאור הזה, המשוכפלים ב-סקירה מ-2012 של קראפטס, המפלמן וסקורסקה-סטניה, אינם בעלי ערך ראייתי זהה, ודוגמה אחת מראה מדוע. הלוח מ-1891 הוא התיעוד הראשוני של הניסוי; הדיוקן מ-1910 שלצדו מתארך מוניטין ותו לא. דפים ממחברתו של אנדרסאג מ-1934 הם העקבות הישירים של ההחלפה בקווינולין, בכתב ידו של הכימאי עצמו.

הסיכום הישר של ניסויי הצבע של ארליך הוא שהוא זיהה נכון את הבררנות ואת המטרה, אך החמיץ את המנגנון. מתילן כחול אכן מתרכז ברקמת עצב ואכן פוגע בטפיל המלריה. הוא אינו עושה את השני בגלל הראשון, וההסבר הכימי שהציע ארליך לשניהם היה שגוי. מה שהדגים מעבר לכל ספק היה עמיד יותר ממנגנון נכון: אפשר לבחור תרכובת במקום למצוא אותה במקרה, ולבחור בה על סמך ראיות שנאספו לפני שמישהו נותן אותה למטופל.