Cara kerja methylene blue: transfer elektron, dan tempat elektron berakhir

Labu bertutup di atas meja laboratorium adalah pengantar paling singkat dan jujur tentang cara kerja methylene blue. Air, glukosa, sedikit natrium hidroksida, dan pewarna secukupnya untuk mengubah cairan menjadi biru tua yang tidak mungkin keliru dikenali. Tunggu beberapa menit dan warna birunya menghilang sampai labu tampak seperti berisi air. Kocok, dan warnanya langsung kembali. Kemudian memudar lagi, dan siklus itu akan terus berlangsung selama masih ada glukosa yang bersedia melepaskan elektron dan oksigen yang bersedia menerimanya.

Tidak ada yang berubah pada pewarna tersebut selain jumlah elektron yang dibawanya. Dalam bentuk teroksidasi, warnanya biru. Dalam bentuk tereduksi, tidak. Hampir semua hal lain dalam literatur terapeutik dan penelitian mengenai molekul ini berawal dari satu langkah reversibel tersebut, karena molekul yang dapat mengambil elektron dari satu pasangan dan menyerahkannya kepada pasangan lain adalah sebuah perantara, dan perantara tidak melakukan apa pun dengan sendirinya. Apa yang dilakukannya sepenuhnya bergantung pada apa yang berada di setiap ujungnya.

Dua bentuk, dan mengapa pasangan ini penting

Bentuk teroksidasi adalah sistem cincin planar bermuatan positif. Bentuk datar dan bermuatan inilah yang membuatnya bertumpuk pada asam nukleat, berikatan dengan struktur tersialilasi pada membran sel, dan menyerap cahaya tampak dengan kuat antara sekitar 600 dan 700 nanometres, yaitu bagian spektrum yang dibaca mata manusia sebagai warna biru.

Bentuk tereduksi memiliki sifat yang berbeda. Bentuk ini tidak bermuatan, larut dalam lemak alih-alih air, dan tidak berwarna. Ionisasinya sangat rendah pada pH di dalam tubuh, sekitar beberapa per cent. Karena itu, molekul tereduksi mudah melintasi membran sel melalui difusi, dan setelah berada di dalam, di lingkungan yang lebih oksidatif, molekul tersebut dapat dioksidasi kembali dan secara efektif terperangkap. Sistem cincin teroksidasi berbentuk datar; bentuk tereduksi dapat terpuntir. Konsekuensi struktural tersebut, serta perubahan warnanya sendiri, merupakan bagian penting dari kisah kedua bentuk ini, dan dibahas lebih terperinci dalam perbandingan methylene blue dan leucomethylene blue.

Menerima elektron

Pewarna teroksidasi akan menerima elektron dari berbagai macam donor. Glukosa dalam labu demonstrasi adalah salah satunya. Di dalam sel, nukleotida piridina tereduksi dan komponen rantai transpor elektron mitokondria adalah donor lainnya. Ketika methylene blue direduksi dalam jaringan yang mengandung oksigen, siklus yang terbentuk mengonsumsi zat pereduksi dan oksigen sekaligus, serta menghasilkan spesies oksigen reaktif, terutama hidrogen peroksida. Pewarna keluar dari siklus tanpa berubah, siap menjalankannya kembali.

Poin terakhir itu menjelaskan kontradiksi yang jika tidak dipahami dapat terlihat ceroboh. Methylene blue digambarkan dalam literatur sebagai pro-oksidan sekaligus antioksidan, dan kedua deskripsi tersebut dapat dipertahankan. Methylene blue dapat menekan produksi superoksida dengan bertindak sebagai akseptor elektron buatan, mengalihkan aliran elektron dari lokasi enzim tempat oksigen seharusnya diubah menjadi radikal superoksida. Dalam kultur sel hati, methylene blue telah terbukti menginduksi enzim pertahanan antioksidan fase-2, termasuk thioredoxin reductase 1 dan NADPH quinone oxidoreductase. Sisi mana yang terlihat bergantung pada ujung perantara mana yang sedang kekurangan elektron pada saat itu. Pertanyaan seperti "apakah methylene blue merupakan antioksidan" belum dirumuskan dengan baik sampai Anda menentukan dalam sistem apa, pada konsentrasi berapa, dan dengan zat lain apa yang hadir.

Meneruskan elektron

Setelah pewarna memegang elektron ekstra, tiga hal yang sangat berbeda dapat terjadi berikutnya, dan ketiganya biasanya dijelaskan di bawah satu judul. Seharusnya tidak demikian.

Methylene blue dapat meneruskan elektron ke pusat logam. Contoh paling jelas adalah haemoglobin yang telah teroksidasi dari keadaan ferrous menjadi ferric. Dalam keadaan tersebut, haemoglobin tidak dapat membawa oksigen. Di dalam sel darah merah, sebuah enzim mereduksi pewarna, lalu pewarna tereduksi menyerahkan elektron secara non-enzimatik kepada besi haem yang teroksidasi, memulihkan haemoglobin yang berfungsi dan mengembalikan pewarna ke bentuk teroksidasi. Pewarna tidak habis dalam proses ini; pewarna terus bersiklus. Gambaran klinis yang bergantung pada reaksi ini merupakan topik rumah sakit, dan penjelasan tentang methylene blue pada methemoglobinemia membahas cara penggunaannya dan alasan pengawasannya begitu ketat.

Catatan yang jujur mengenai sumber bacaan: dua tinjauan yang menjadi dasar artikel ini tidak menyebut kofaktor pereduksi yang sama untuk tahap enzim, satu menyebut NADH dan yang lain NADPH. Perbedaan tersebut memang ada dan belum terselesaikan dalam sumber yang tersedia di sini, sehingga deskripsi yang aman adalah menjelaskan peran setiap bagian alih-alih menetapkan satu nama kofaktor.

Methylene blue dapat meneruskan energi, atau elektron, kepada oksigen, jika ada cahaya. Jalur ini hanya ada di bawah pencahayaan. Pewarna yang tereksitasi mencapai keadaan triplet, dan dari sana ada dua mekanisme yang mungkin. Pada mekanisme pertama, pewarna tereksitasi berinteraksi langsung dengan molekul di dekatnya, mengambil hidrogen atau mentransfer elektron, sehingga menghasilkan radikal; reaksi dengan air melalui cara ini menghasilkan radikal hidroksil. Pada mekanisme kedua, energi eksitasi diteruskan kepada oksigen itu sendiri, menghasilkan oksigen singlet, suatu spesies yang sangat elektrofilik, meluruh dalam hitungan mikrodetik, dan secara umum diterima sebagai jalur utama yang menyebabkan methylene blue yang terkena cahaya merusak sel mikroba. Reaksi dengan lipid dan peptida pada selubung sel, serta dengan basa guanin dalam DNA, termasuk di antara hasil yang telah didokumentasikan.

Konsekuensi praktis dari jalur ini adalah bahwa pencahayaan mengubah angka hingga beberapa orde magnitudo. Dalam data yang dikumpulkan oleh Wainwright dan Crossley, methylene blue terhadap Pseudomonas aeruginosa memiliki konsentrasi bakterisidal minimum sekitar 500 micromolar dalam kondisi gelap, dan sekitar 25 micromolar di bawah dosis cahaya 12 joules per square centimetre. Terhadap satu galur Staphylococcus aureus, nilai dalam kondisi gelap maupun terkena cahaya sama-sama 5 micromolar. Dengan kata lain, apakah molekul ini dapat dianggap sebagai antimikroba sama sekali bukan hanya sifat dari molekul itu sendiri; itu merupakan sifat molekul ditambah cahaya.

Methylene blue dapat bekerja langsung pada lokasi enzim, tanpa melalui perantara tersebut. Methylene blue mengoksidasi besi ferrous yang terikat pada nitric oxide synthase, sehingga menonaktifkan enzim tersebut. Methylene blue menghambat soluble guanylate cyclase, dan antara 1 dan 10 micromolar merupakan konsentrasi laboratorium yang lazim digunakan untuk tujuan tersebut. Methylene blue menghambat monoamine oxidase type A dengan IC50 antara 27 dan 180 nanomolar, yang merupakan mekanisme di balik interaksi yang terdokumentasi dengan baik dengan serotonin reuptake inhibitors dan alasan mengapa interaksi obat methylene blue menjadi kategori tersendiri.

Ketiga jalur ini berbeda secara kimia. Menggabungkannya menjadi satu klaim bahwa methylene blue bekerja melalui siklus redoks adalah alasan utama begitu banyak tulisan tentangnya terdengar yakin sekaligus samar.

Empat perbedaan yang menentukan apakah pernyataan mekanisme benar-benar bermakna

Bentuk yang mana. Pewarna tereduksi tidak dapat dipertukarkan dengan pewarna teroksidasi. Penghambatan acetylcholinesterase menggambarkan jebakannya: dalam inkubasi in vitro yang panjang, methylene blue secara bertahap direduksi menjadi bentuk tidak berwarnanya, dan penghambatannya berkurang, karena molekul tereduksi tidak menghambat enzim tersebut. Uji yang berlangsung cukup lama untuk mengubah bentuk molekul akan melaporkan efek yang lebih lemah dan mendorong penjelasan yang keliru.

Konsentrasi yang mana. Rentang laboratorium untuk penghambatan soluble guanylate cyclase adalah 1 hingga 10 micromolar. Menghilangkan transmisi yang dimediasi glutamat pada irisan hippocampus tikus membutuhkan 5 hingga 50 micromolar. Efek toksik dalam kultur sel dilaporkan di atas 100 micromolar. Ini bukan eksperimen yang sama, dan mekanisme yang dikonfirmasi pada 50 micromolar tidak otomatis berlaku pada pasien dengan konsentrasi plasma hanya sebagian kecil dari angka tersebut.

Rute yang mana. Bioavailabilitas oral absolut sekitar 72 per cent, dan waktu paruh plasma terminal adalah 5 hingga 7 hours. Pemberian oral menghasilkan konsentrasi yang lebih tinggi di usus dan hati; pemberian intravena menghasilkan konsentrasi yang lebih tinggi di otak. Rute menentukan jaringan mana yang bertemu dengan elektron tersebut.

Model yang mana, dan apakah lampunya menyala. Sebagian besar literatur mekanistik berasal dari kultur sel dan penelitian pada hewan pengerat, dan hasil in vitro pada molekul ini bergantung pada paparan cahaya, potensial membran, dan keadaan redoks sel, karena lampu mikroskop saja cukup untuk membuatnya mengalami fotosensitisasi. Antara 65 dan 85 per cent dari dosis yang diberikan direduksi menjadi bentuk tidak berwarna di dalam sel darah merah dan jaringan perifer. Setiap variabel tersebut berada di antara mekanisme yang jelas dalam sebuah cawan dan klaim mengenai manusia.

Mengapa persoalan kemurnian adalah persoalan kimia

Pencahayaan menyebabkan demetilasi methylene blue. Produk pertama adalah Azure B, kemudian Azure A, lalu thionin, dan intensitas cahaya yang lebih tinggi menghasilkan lebih banyak degradasi dibandingkan intensitas yang lebih rendah. Karena kegunaan molekul ini terletak pada kemampuannya menerima dan menyumbangkan elektron, produk degradasinya yang paling mungkin adalah kerabat kimia dekat yang tetap berada dalam larutan yang sama. Komposisi isi wadah bukanlah detail kosmetik.

Itulah alasan kesesuaian dengan spesifikasi USP merupakan pengujian yang bermakna bagi pembeli. Produk yang tidak memenuhinya adalah pewarna, dan pewarna membawa pengotor, termasuk Azure B, logam berat, dan pelarut residu, yang tidak diinginkan oleh orang yang menelannya. Jebakan berikutnya adalah penjual yang hanya menguji logam berat lalu menyajikan hasilnya sebagai kepatuhan penuh. Blupreme telah bermitra dengan produsen farmasi methylene blue dan menguji seluruh spesifikasi: identitas, kemurnian, pengotor organik, pelarut residu, pengotor unsur, residu setelah pemijaran, batas mikroba, dan endotoksin bakteri. Dokumen pengujian laboratorium untuk setiap batch dipublikasikan, dan memilih pemasok pada dasarnya merupakan soal memeriksa apakah dokumen tersebut tersedia dan apa saja yang dicakupnya.

Satu pasangan reversibel. Beberapa jalur keluar darinya. Jalur tersebut menentukan klaim apa yang dapat dibuat.