लेख
मेथिलीन ब्लू पर रोगाणुरोधी शोध: बैक्टीरिया, कवक और प्रकाश से सक्रियण
दो पाठक मेथिलीन ब्लू के रोगाणुरोधी प्रभाव का उल्लेख पढ़कर अलग-अलग चीज़ों की कल्पना करते हैं। एक के मन में ऐसा नीला द्रव आता है जो संपर्क होते ही रोगाणुओं को विषाक्त कर देता है। दूसरे के मन में ऐसी प्रक्रिया आती है जिसमें रंगद्रव्य और लाल प्रकाश मिलकर उन्हें नष्ट करते हैं। दोनों धारणाओं में कुछ सच्चाई है। कोई भी पूरी अवधारणा नहीं है, और इन दोनों को मिलाकर समझने से ही अधिकांश ऑनलाइन दावे गलत हो जाते हैं।
यह समीक्षा इसी अंतर पर केंद्रित है। पर्याप्त सांद्रता पर मेथिलीन ब्लू अंधकार में सीमित विषाक्तता दिखाता है। लाल प्रकाश के साथ यह प्रकाशसंवेदीकारक बन जाता है: यह एक फोटॉन अवशोषित करता है, प्रतिक्रियाशील ट्रिपलेट अवस्था में पहुँचता है और ऐसी ऑक्सीकरण प्रक्रियाएँ चलाता है जो एक साथ कई लक्ष्यों को नुकसान पहुँचाती हैं। प्रकाश से सक्रिय इस प्रक्रिया का अपना नाम है, रोगाणुरोधी फोटोडायनामिक थेरेपी, और इसकी अपनी शर्तें हैं। केवल सांद्रता से इसकी परिभाषा पूरी नहीं होती। तरंगदैर्घ्य, प्रकाश की खुराक, ऊष्मायन, ऑक्सीजन और जीव परिणाम तय करते हैं।
रोगाणुओं को मारने की दो अवधारणाएँ
पहले अंधकार वाली अवधारणा पर विचार करें। मेथिलीन ब्लू धनावेशित फेनोथायाज़िनियम रंगद्रव्य है। यह रोगाणुओं के आवरणों से जुड़ता है, अलग-अलग मात्रा में कोशिकाओं में प्रवेश करता है और रेडॉक्स तथा बंधन संबंधी रासायनिक प्रक्रियाओं में भाग लेता है। इसमें कोई फोटॉन शामिल नहीं होता। रोगाणु मरते हैं, लेकिन केवल उन सांद्रताओं पर जो जीव के अनुसार बहुत अलग होती हैं, और इसकी क्रियाविधि किसी एक स्पष्ट लक्ष्य तक सीमित नहीं है।
फोटोडायनामिक अवधारणा में प्रकाश जुड़ जाता है। लगभग 630 से 680 nm के लाल फोटॉन रंगद्रव्य के अवशोषण बैंड से मेल खाते हैं, और मोनोमर का अवशोषण शिखर लगभग 664 nm पर होता है। अवशोषण रंगद्रव्य को पहले अल्पकालिक सिंगलेट अवस्था में और फिर अधिक समय तक रहने वाली ट्रिपलेट अवस्था में ले जाता है। वहाँ से दो प्रकार की अभिक्रियाएँ होती हैं। Type I रसायन में ट्रिपलेट अवस्था किसी सब्सट्रेट को इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित करती है और मुक्त मूलक बनने के मार्ग शुरू करती है, जिनमें सुपरऑक्साइड और हाइड्रॉक्सिल प्रजातियाँ शामिल हैं। Type II रसायन में यह सीधे मूल अवस्था वाली ऑक्सीजन को ऊर्जा स्थानांतरित करती है और सिंगलेट ऑक्सीजन बनाती है। दोनों एक साथ चल सकती हैं, और रंगद्रव्य को केवल सिंगलेट ऑक्सीजन उत्पन्न करने वाला कारक कहना अत्यधिक सरलीकरण है। फेनोथायाज़िनियम प्रकाशसंवेदीकारकों के संरचना-क्रियाशीलता संबंध की समीक्षा यह बात सीधे दिखाती है: संबंधित रंगद्रव्यों में बैक्टीरिया पर प्रकाश-विषाक्तता केवल सिंगलेट ऑक्सीजन की उपज के अनुरूप नहीं थी, क्योंकि कोशिका में प्रवेश, कोशिका के भीतर स्थान और निष्क्रिय ल्यूको रूप में अपचयन भी प्रकाश-भौतिकी जितने ही महत्त्वपूर्ण थे। तरंगदैर्घ्य के नियम के पीछे का प्रकाश-रसायन रंगद्रव्य और लाल प्रकाश पर सहायक समीक्षा में समझाया गया है।
सिंगलेट ऑक्सीजन एक उपयोगी गुण के केंद्र में है। यह एक साथ कई जैव-अणुओं से अभिक्रिया करती है, इसलिए इसका हमला किसी एक एंज़ाइम या बंधन प्रोटीन पर केंद्रित होने के बजाय कई कारकों के माध्यम से होता है। फोटोडायनामिक रोगाणुरोधी कीमोथेरेपी के एक आधारभूत विवरण ने इसे उस कारण के रूप में प्रस्तुत किया कि पारंपरिक प्रतिरोध प्रोफ़ाइल का यहाँ कम महत्त्व है: अतिरिक्त पेनिसिलिन-बंधन प्रोटीन या उत्परिवर्तित टोपोआइसोमेरेज़ प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन के तीव्र उत्पादन को नहीं रोकता। मेथिसिलिन-प्रतिरोधी Staphylococcus aureus और वैनकोमाइसिन-प्रतिरोधी एंटेरोकोक्की के विरुद्ध परीक्षण में यह तर्क सही रहा, जैसा नीचे की तालिका दिखाती है। इसका मतलब यह नहीं है कि प्रतिरोध असंभव है, बल्कि यह है कि वह अलग तरह से काम करता है। एफ्लक्स पंप और एंटीऑक्सीडेंट सुरक्षा तंत्र फिर भी आवश्यक खुराक बदल सकते हैं, विशेष रूप से कवक में।
जीव और अध्ययन मॉडल की तालिका
यह तालिका लेख का मुख्य आधार है। हर मान किसी विशिष्ट प्रोटोकॉल से जुड़ा है: वही रंगद्रव्य, लेकिन प्रकाश की खुराक या ऊष्मायन अलग होने पर मान भी अलग होगा। MBC, MLC और MIC को एक-दूसरे के स्थान पर उपयोग योग्य न मानें। यहाँ MBC और MLC का मतलब है कि उपसंवर्धन में कोई जीवित जीव नहीं मिला, जबकि MIC का मतलब वृद्धि का अवरोध है। हर प्रविष्टि के साथ प्रकाश संबंधी स्थितियाँ दी गई हैं।
| जीव और मॉडल | अंधकार में परिणाम | प्रकाश में परिणाम | स्थितियाँ |
|---|---|---|---|
| S. aureus NCTC 6571, प्लवकीय निलंबन | MBC 5 uM | MBC 5 uM | समीक्षा तालिका, श्वेत प्रकाश 12 J per cm2 |
| S. aureus NCTC 6571, प्लवकीय निलंबन | MLC 2.5 uM | MLC 1 uM | मूल 1997 प्रोटोकॉल, 1 घंटे तक 1.7 mW per cm2, लगभग 6.3 J per cm2, प्रारंभिक जीवाणु मात्रा लगभग 10^6 CFU per mL, जैसा मूल फेनोथायाज़िनियम प्रकाश-जीवाणुनाशक अध्ययन में बताया गया है |
| MRSA EMRSA-15, प्लवकीय | MBC 80 uM | MBC 20 uM | समीक्षा तालिका, लगभग 12 J per cm2, संवेदनशीलता में चार गुना वृद्धि |
| MRSA EMRSA-16, प्लवकीय | MBC 40 uM | MBC 10 uM | ऊपर वाला ही प्रोटोकॉल |
| E. coli NCTC 9001, प्लवकीय | MBC 500 uM | MBC 100 uM | वही प्रोटोकॉल, संवेदनशीलता में पाँच गुना वृद्धि |
| P. aeruginosa NCTC 10622, प्लवकीय | MBC 500 uM | MBC 25 uM | वही प्रोटोकॉल, संवेदनशीलता में बीस गुना वृद्धि |
| E. faecalis NCTC 775, प्लवकीय | MLC 100 uM | MLC 100 uM | 6.3 J per cm2 पर 1997 प्रोटोकॉल, इस स्ट्रेन और खुराक के लिए कोई सुधार नहीं |
| वैनकोमाइसिन-प्रतिरोधी E. faecium, प्लवकीय | MBC 400 uM | MBC 400 uM | समीक्षा तालिका, मूल रंगद्रव्य से कोई सुधार नहीं, जबकि अधिक जलविरोधी मिथाइलीकृत व्युत्पन्नों से सुधार हुआ, जैसा वैनकोमाइसिन-प्रतिरोधी एंटेरोकोक्कस अध्ययन में बताया गया है |
| Candida albicans, प्लवकीय | MIC 12.79 ug per mL से अधिक | 5, 10 और 15 J per cm2 पर MIC क्रमशः 12.79, 6.39 और 1.59 ug per mL | अंधकार में 30 मिनट का पूर्व-ऊष्मायन, लाल LED 600 से 650 nm, शिखर 635 nm पर, जैसा मेथिलीन ब्लू की कवकरोधी फोटोडायनामिक क्रिया के खुराक-प्रतिक्रिया अध्ययन में बताया गया है |
| C. albicans YEM14 बनाम एफ्लक्स पंप का अधिक अभिव्यक्तिकरण करने वाला स्ट्रेन, CFU में कमी | लागू नहीं | मूल स्ट्रेन में लगभग 5 log की कमी, CDR1/CDR2 का अधिक अभिव्यक्तिकरण करने वाले स्ट्रेन में लगभग कोई मारक प्रभाव नहीं | 100 uM रंगद्रव्य, 30 मिनट का ऊष्मायन, 60 J per cm2 पर 660 nm, जैसा मेथिलीन ब्लू के प्रकाश-मारक प्रभाव पर एफ्लक्स पंप के असर के अध्ययन में बताया गया है |
| Trichophyton rubrum के हाइफ़ा बनाम बीजाणु | लागू नहीं | हाइफ़ा का MIC लगभग 6.3 ug per mL, बीजाणुओं का लगभग 2.0 ug per mL; CFU बनने को पूरी तरह रोकने के लिए हाइफ़ा को 5 ug per mL और 100 J per cm2 की आवश्यकता थी, जबकि बीजाणुओं को 1.25 ug per mL और 40 J per cm2 की | 635 nm फोटोडायनामिक प्रोटोकॉल, जैसा डर्मैटोफाइट की विकास अवस्थाओं की संवेदनशीलता के अध्ययन में बताया गया है |
| 33 प्रजातियों का परिपक्व मसूड़े के नीचे का बायोफिल्म, Calgary उपकरण, दिन 6 | केवल MB से कुल संख्या में 80 प्रतिशत से अधिक कमी | MB और 660 nm LED से चयापचय गतिविधि में लगभग 55 प्रतिशत कमी, समुदाय की संरचना में व्यापक बदलाव नहीं | 0.01 प्रतिशत रंगद्रव्य (100 ug per mL), लगभग 330 mW per cm2 पर 5 मिनट तक 660 nm, अवायवीय वृद्धि, जैसा प्रयोगशाला में किए गए बहुप्रजातीय मुखीय बायोफिल्म अध्ययन में बताया गया है |
तीन पैटर्न स्पष्ट हैं। पहला, ग्राम-पॉज़िटिव स्टैफिलोकोक्की कम माइक्रोमोलर स्तरों पर मर जाते हैं, जबकि ग्राम-नेगेटिव दंडाकार बैक्टीरिया को अंधकार में लगभग सौ गुना अधिक रंगद्रव्य चाहिए, क्योंकि ग्राम-नेगेटिव बैक्टीरिया की बाहरी झिल्ली प्रवेश सीमित करती है। प्रकाश इस अंतर को कम करता है, लेकिन समाप्त नहीं करता। दूसरा, मेथिलीन ब्लू की कवकरोधी क्रिया वास्तविक है, फिर भी शर्तों पर निर्भर है: Candida पर मेथिलीन ब्लू का कवकरोधी मारक प्रभाव प्रकाश की खुराक बढ़ने के साथ तेज़ी से बढ़ता है, और एफ्लक्स पंप के अधिक अभिव्यक्तिकरण जैसा एक फ़ीनोटाइप परिवर्तन समान खुराक पर 5 log की कमी को समाप्त कर सकता है। तीसरा, परिपक्व बायोफिल्म निलंबनों से अलग व्यवहार करता है, और मुखीय बायोफिल्म की पंक्ति को इसी संदर्भ में समझना चाहिए।
बैक्टीरिया: प्रकाश कहाँ सबसे अधिक मदद करता है और कहाँ नहीं
स्टैफिलोकोक्की संवेदनशील उदाहरण हैं। प्रकाश लागू होने पर महामारी फैलाने वाले MRSA के लिए समीक्षा तालिका के मान भी तुलना में इस्तेमाल किए गए वैनकोमाइसिन के मान के बराबर या उससे नीचे हैं। डाइमिथाइलीकृत व्युत्पन्नों ने और बेहतर प्रदर्शन किया, क्योंकि मिथाइलीकरण ने वसा में घुलने की प्रवृत्ति और सिंगलेट ऑक्सीजन की उपज बढ़ाई तथा ल्यूको रूप में अपचयन का प्रतिरोध किया। यह रासायनिक विवरण महत्त्वपूर्ण है: यह दिखाता है कि मारक प्रभाव रंगद्रव्य के लक्ष्य तक पहुँचने और प्रकाश-भौतिकी, दोनों का परिणाम है, केवल प्रकाश-भौतिकी का नहीं।
ग्राम-नेगेटिव जीव लक्ष्य तक पहुँचने वाले पक्ष को स्पष्ट करते हैं। Pseudomonas के लिए अंधकार में 500 uM और प्रकाश के साथ 25 uM की आवश्यकता थी, यानी बीस गुना सुधार, फिर भी प्रकाश वाला मान स्टैफिलोकोक्की की सीमा से काफी ऊपर है। धनावेश रंगद्रव्य को बाहरी झिल्ली तक पहुँचने में मदद करता है, लेकिन भीतर प्रवेश करना अब भी सीमा बना रहता है। फ़ॉर्मूलेशन, ऊष्मायन का समय और व्युत्पन्न का चयन इन मानों को उसी रंगद्रव्य की खुराक बढ़ाकर दोहराने से अधिक बदलते हैं।
एंटेरोकोक्की सावधानी की आवश्यकता दिखाते हैं। पुराने प्रोटोकॉल में E. faecalis को प्रकाश से कोई लाभ नहीं मिला, और वैनकोमाइसिन-प्रतिरोधी E. faecium को अधिक प्रकाश के बजाय एक अलग अणु की आवश्यकता थी। जो कोई मेथिलीन ब्लू के किसी एक MBC को सामान्य जीवाणुरोधी स्थिरांक के रूप में प्रस्तुत करता है, वह शोध साहित्य को गलत पढ़ रहा है। ऐसा कोई स्थिरांक नहीं है। केवल स्ट्रेन, माध्यम, प्रारंभिक जीवाणु मात्रा, ऊष्मायन, तरंगदैर्घ्य और फ्लुएंस के अनुसार विशिष्ट मान हैं। इन मानों को गलत निष्कर्ष निकाले बिना कैसे पढ़ें, यह मारक प्रभाव के वक्रों की व्याख्या करने वाली मार्गदर्शिका में बताया गया है।
कवक: संवेदनशील, लेकिन विकास अवस्था और पंप निर्णायक हैं
ग्लूकान, मैनन और काइटिन से बनी कवकीय कोशिका-भित्तियाँ बैक्टीरिया से अलग प्रवेश संबंधी समस्या पैदा करती हैं, और कवक में सक्रिय सुरक्षा तंत्र भी होते हैं। ऊपर दिया गया Candida का एफ्लक्स परिणाम इसका सबसे स्पष्ट उदाहरण है: समान रंगद्रव्य, समान प्रकाश और समान माध्यम के बावजूद अधिक अभिव्यक्तिकरण वाला स्ट्रेन बच गया, जबकि मूल स्ट्रेन की कॉलोनी बनाने वाली इकाइयों में लगभग 99.999 प्रतिशत कमी आई। डर्मैटोफाइट में विकास अवस्था का एक अतिरिक्त पहलू जुड़ता है। बीजाणु हाइफ़ा की तुलना में कहीं अधिक आसानी से मरते हैं, इसलिए बीजाणुओं को समाप्त करने वाला प्रोटोकॉल उसी खुराक पर हाइफ़ा के टुकड़ों को जीवित छोड़ सकता है।
इसीलिए मेथिलीन ब्लू की कवकरोधी रिपोर्टों में प्रकाश संबंधी विवरणों के लिए वही अनुशासन चाहिए जो बैक्टीरिया संबंधी रिपोर्टों में चाहिए। नाखून और त्वचा के नैदानिक फोटोडायनामिक अध्ययनों में 1 से 2 प्रतिशत रंगद्रव्य के साथ निर्धारित फ्लुएंस पर मापा गया लाल प्रकाश और अनुवर्ती मूल्यांकन शामिल थे। उन्होंने नैदानिक रूप से दिखने वाले सुधार को कवक के समाप्त होने से अलग रखा। इन परीक्षणों की समीक्षा नाखून और त्वचा के कवक संबंधी फोटोडायनामिक साक्ष्य के सारांश में की गई है। कमरे के प्रकाश में किसी घाव पर पतला रंगद्रव्य लगाने से रंग तो वही मिलता है, लेकिन पूरी प्रक्रिया छूट जाती है।
बायोफिल्म की जाँच: 33 प्रजातियों वाला मुखीय मॉडल
2024 का बहुप्रजातीय मुखीय बायोफिल्म अध्ययन ध्यान देने योग्य है, क्योंकि यह आसान स्थिति के बजाय कठिन स्थिति का परीक्षण करता है। Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Fusobacterium और मुखीय स्ट्रेप्टोकोक्की सहित तैंतीस मुखीय प्रजातियों को अवायवीय परिस्थितियों में बढ़ाया गया और दिन 6 तक परिपक्व बायोफिल्म बनने दिया गया। उपचार में 0.01 प्रतिशत रंगद्रव्य के साथ उच्च विकिरण तीव्रता पर 5 मिनट तक 660 nm LED का उपयोग किया गया। केवल रंगद्रव्य और केवल प्रकाश, दोनों ने कुल संख्या में काफी कमी की, और संयोजन ने चयापचय गतिविधि लगभग आधी कर दी। फिर भी समुदाय की संरचना नहीं बदली और बायोफिल्म पूरी तरह रोगाणुमुक्त नहीं हुआ।
यह वास्तविक प्रभाव है, जिसकी सीमा भी स्पष्ट है। यह साफ़ की गई मसूड़े की पॉकेट में स्थानीय सहायक उपाय के रूप में फोटोडायनामिक उपचार का समर्थन करता है, ऐसे कुल्ले के रूप में नहीं जो निदान किए गए पीरियोडॉन्टाइटिस का अपने आप उपचार करे। यही बात हमें सामान्य अंतर तक ले जाती है।
प्रयोगशाला में रोगाणुओं का मरना उपचार के बराबर क्यों नहीं है
प्लवकीय MBC परीक्षण में ऑक्सीजनयुक्त माध्यम में एक जैसी कोशिकाओं को एक समान रंगद्रव्य और एक समान प्रकाश मिलता है। किसी घाव में इनमें से कोई भी स्थिति नहीं मिलती। मैट्रिक्स प्रवेश धीमा करता है, पर्सिस्टर जैसी अवस्थाएँ ऑक्सीकरण सहन करती हैं, रक्त और स्राव प्रकाश अवशोषित करते हैं, ऊतक की ज्यामिति कुछ हिस्सों को छाया में छोड़ती है और कम ऑक्सीजन वाली पॉकेट Type II रसायन को कमज़ोर करती हैं, क्योंकि परिभाषा के अनुसार सिंगलेट ऑक्सीजन बनने के लिए आणविक ऑक्सीजन चाहिए। मिश्रित संक्रमणों में ऐसी प्रजातियाँ जुड़ जाती हैं जिनमें प्रवेश और संवेदनशीलता अलग होती है, इसलिए किसी एक संदर्भ स्ट्रेन का मान पूरे स्थान का प्रतिनिधित्व नहीं कर सकता।
मुखीय उदाहरण इस अंतर को स्पष्ट करता है। प्लेट में Porphyromonas या स्ट्रेप्टोकोक्की कम करना, या संवर्धित बायोफिल्म को आधा दबा देना, यह स्थापित नहीं करता कि नीला कुल्ला पीरियोडॉन्टाइटिस का उपचार करता है, एंडोडॉन्टिक संक्रमण ठीक करता है या बैक्टीरीमिया समाप्त करता है। नैदानिक पीरियोडॉन्टल देखभाल बायोफिल्म को यांत्रिक रूप से तोड़ने और हटाने के साथ-साथ पॉकेट की शारीरिक संरचना के प्रबंधन पर निर्भर करती है। प्रकाश आधारित उपचार का अध्ययन स्थानीय सहायक उपाय के रूप में किया जाता है। परीक्षण प्लेट के वेल में मारक प्रभाव दिखाने वाली रंगद्रव्य सांद्रता का मसूड़े की रेखा के नीचे बैक्टीरिया तक पहुँचने वाली सांद्रता से कोई निश्चित संबंध नहीं है, और कमरे का प्रकाश 660 nm की खुराक नहीं है। मुँह में किसी भी उपयोग के लिए खुराक, सुरक्षा और अंतःक्रिया संबंधी सीमाएँ चिकित्सक की देखरेख में तय होनी चाहिए, जैसा सुरक्षा और अंतःक्रिया संबंधी संदर्भ में बताया गया है।
यह साक्ष्य क्या नहीं बताता
यह घरेलू कीटाणुनाशक होने का दावा नहीं है। जीवाणुनाशक तालिकाएँ निर्धारित स्ट्रेन, माध्यम, संपर्क अवधि, वर्णक्रम और फ्लुएंस का उपयोग करती हैं। वे रसोई की सतहों, जैविक गंदगी में आवश्यक संपर्क अवधि या नियामक कीटाणुशोधन मानकों के बारे में कुछ नहीं बतातीं।
यह पूरे शरीर पर असर करने वाले एंटीबायोटिक का विकल्प भी नहीं है। पारंपरिक फोटोडायनामिक क्रिया के लिए रंगद्रव्य, अवशोषित प्रकाश और ऑक्सीजन एक ही स्थान पर एक ही समय में चाहिए। प्रकाश गहरे या शरीर में फैले संक्रमण स्थलों तक उस तरह नहीं पहुँचता जिस तरह निगली गई दवा रक्त तक पहुँचती है। शोध साहित्य इस तरीके को पहुँच योग्य स्थानीय संक्रमण या सहायक उपाय के लिए प्रस्तुत करता है, ठीक उसी तरह जैसे Wainwright ने शुरुआत से स्थानीय कीटाणुशोधन के रूप में इसकी रूपरेखा रखी थी।
साक्ष्य के अनुरूप निष्कर्ष अधिक सीमित है, फिर भी रुचिकर है। मेथिलीन ब्लू में अंधकार में सीमित रोगाणुरोधी गतिविधि होती है, और लाल प्रकाश कई बैक्टीरिया तथा कवक के लिए कहीं बड़ा फोटोडायनामिक प्रभाव उत्पन्न करता है। प्रकाश और अंधकार के बीच बड़े अंतर इसके उदाहरण हैं, जैसे Pseudomonas के लिए 500 से 25 uM और महामारी फैलाने वाले MRSA के लिए 80 से 20 uM। साथ ही एंटेरोकोक्की और प्रभावी एफ्लक्स तंत्र वाले Candida में मिली विफलताएँ भी समझ बढ़ाती हैं। इन निष्कर्षों को उपचार में लागू करना रंगद्रव्य की बताई गई सांद्रता जितना ही उसके लक्ष्य तक पहुँचने, बायोफिल्म के शरीरक्रिया विज्ञान और ऑक्सीजन पर निर्भर है। इन शर्तों को स्पष्ट रखें तो मानों का अर्थ है। इन्हें हटा दें तो मानों का कोई अर्थ नहीं रहता।