Methylene blue എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു? Redox chemistryയും mechanismsഉം

ബെഞ്ചിന്മേൽ അടപ്പിട്ട ഒരു flask ആണ് Methylene blue എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നതിന്റെ ഏറ്റവും ചുരുങ്ങിയ, സത്യസന്ധമായ പരിചയം. വെള്ളം, glucose, അല്പം sodium hydroxide, ദ്രാവകത്തെ ആഴമുള്ളതും തെറ്റിദ്ധരിക്കാനാകാത്തതുമായ നീലയാക്കാൻ മതിയാകുന്നത്ര dye. കുറച്ച് മിനിറ്റ് കാത്തിരുന്നാൽ നീല നിറം പതിയെ അപ്രത്യക്ഷമായി flask വെള്ളം നിറച്ചതുപോലെ തോന്നും. അത് കുലുക്കിയാൽ നിറം ഉടൻ തിരിച്ചുവരും. പിന്നെ വീണ്ടും മങ്ങും; electrons വിട്ടുകൊടുക്കാൻ തയ്യാറായ glucoseയും അവ സ്വീകരിക്കാൻ തയ്യാറായ oxygenയും ഉള്ളിടത്തോളം ഇത് തുടർന്നുകൊണ്ടിരിക്കും.

dye വഹിക്കുന്ന electrons-ന്റെ എണ്ണം ഒഴികെ അതിൽ ഒന്നും മാറിയിട്ടില്ല. Oxidised അവസ്ഥയിൽ അത് നീലയാണ്. Reduced അവസ്ഥയിൽ അല്ല. ഈ molecule-നെക്കുറിച്ചുള്ള therapeutic, research സാഹിത്യത്തിലെ മറ്റെല്ലാം തന്നെ ഈ ഒരു reversible ഘട്ടത്തിൽ നിന്നാണ് ഏറെക്കുറെ വരുന്നത്. കാരണം ഒരു പങ്കാളിയിൽ നിന്ന് electrons സ്വീകരിച്ച് മറ്റൊരാൾക്ക് കൈമാറാൻ കഴിയുന്ന molecule ഒരു relay ആണ്; relay സ്വയം ഒന്നും ചെയ്യുന്നില്ല. അതിന്റെ ഓരോ അറ്റത്തും എന്താണ് നിൽക്കുന്നത് എന്നതിലാണ് അത് എന്ത് ചെയ്യുന്നു എന്നത് പൂർണ്ണമായും ആശ്രയിക്കുന്നത്.

രണ്ട് രൂപങ്ങൾ, ഈ ജോടി എന്തുകൊണ്ട് പ്രധാനമാണ്

Oxidised രൂപം സമതലവും positively charged ആയ ring system ആണ്. ആ സമതലവും charged ആയ ആകൃതിയാണ് അത് nucleic acids-നോട് ചേർന്ന് നിരക്കാൻ, cell membranes-ലുള്ള sialylated structures-നോട് ബന്ധപ്പെടാൻ, ഏകദേശം 600 മുതൽ 700 nanometres വരെ visible light ശക്തമായി ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കാരണമാകുന്നത്; spectrum-ന്റെ ഈ ഭാഗത്തെയാണ് മനുഷ്യന്റെ കണ്ണ് നീലയായി വായിക്കുന്നത്.

Reduced രൂപം വേറിട്ടതാണ്. അതിന് charge ഇല്ല, വെള്ളത്തിനേക്കാൾ fat-ലാണ് ലയിക്കുന്നത്, നിറവുമില്ല. ശരീരത്തിനുള്ളിലെ pH-ൽ അതിന്റെ ionisation വളരെ കുറവാണ്, ഏതാനും per cent നിരക്കിൽ. അതിനാൽ reduced molecule diffusion വഴി cell membrane എളുപ്പത്തിൽ കടക്കും; അകത്ത് കൂടുതൽ oxidising ആയ പരിസ്ഥിതിയിൽ അത് വീണ്ടും oxidised ആകുകയും ഫലത്തിൽ അവിടെ കുടുങ്ങുകയും ചെയ്യാം. Oxidised ring system സമതലമാണ്; reduced രൂപത്തിന് വളയാനാകും. ഈ structural ഫലങ്ങളും നിറമാറ്റവും രണ്ട് രൂപങ്ങളുടെയും സ്വതന്ത്ര കഥയുടെ ഭാഗങ്ങളാണ്; അവ methylene blueയും leucomethylene blueയും തമ്മിലുള്ള താരതമ്യത്തിൽ കൂടുതൽ വിശദമായി നൽകിയിട്ടുണ്ട്.

Electrons സ്വീകരിക്കൽ

Oxidised dye വിവിധതരം donors-ൽ നിന്ന് electrons സ്വീകരിക്കും. demonstration flask-ലുള്ള glucose അതിലൊന്നാണ്. Cell-ന്റെ ഉള്ളിൽ reduced pyridine nucleotides-ഉം mitochondrial electron transport chain-ന്റെ ഘടകങ്ങളും മറ്റുള്ളവയാണ്. Oxygen ഉള്ള tissue-ൽ methylene blue reduced ആകുമ്പോൾ അത് സൃഷ്ടിക്കുന്ന cycle reducing agent-ഉം oxygen-ഉം രണ്ടും ഉപയോഗിക്കുകയും reactive oxygen species, പ്രധാനമായും hydrogen peroxide, ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. dye മാറ്റമില്ലാതെ cycle-ൽ നിന്ന് തിരിച്ചെത്തി വീണ്ടും അതേ പ്രക്രിയ നടത്താൻ തയ്യാറാകും.

അവസാനത്തെ ആ കാര്യം ഇല്ലെങ്കിൽ അശ്രദ്ധയായി തോന്നുന്ന ഒരു വിരോധാഭാസം ഇതിലൂടെ വിശദീകരിക്കാം. സാഹിത്യത്തിൽ Methylene blue-നെ pro-oxidant എന്നും antioxidant എന്നും വിവരിക്കുന്നു; രണ്ടും ന്യായീകരിക്കാവുന്നതാണ്. Artificial electron acceptor ആയി പ്രവർത്തിച്ച് electrons-ന്റെ ഒഴുക്ക്, oxygen സാധാരണയായി superoxide radicals ആക്കപ്പെടുന്ന enzyme sites-ൽ നിന്ന് മാറ്റിവിടുന്നതിനാൽ, അത് superoxide production കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും. Liver cell cultures-ൽ thioredoxin reductase 1, NADPH quinone oxidoreductase എന്നിവ ഉൾപ്പെടെയുള്ള phase-2 antioxidant defence enzymes ഉണർത്തുന്നതായി കാണിച്ചിട്ടുണ്ട്. ഈ രണ്ടിൽ ഏത് മുഖമാണ് കാണുന്നത് എന്നത് ആ നിമിഷം relay-യുടെ ഏത് അറ്റത്താണ് electrons കുറവുള്ളത് എന്നതിലാണ് ആശ്രയിക്കുന്നത്. "Methylene blue ഒരു antioxidant ആണോ" എന്ന ചോദ്യം ഏത് system-ൽ, ഏത് concentration-ൽ, മറ്റെന്തൊക്കെ സാന്നിധ്യത്തിൽ എന്നത് വ്യക്തമാക്കാതെ ശരിയായി രൂപപ്പെടുത്തിയ ചോദ്യം അല്ല.

Electrons മുന്നോട്ട് കൈമാറൽ

dye ഒരു അധിക electron കൈവശം വെച്ചുകഴിഞ്ഞാൽ, തുടർന്ന് മൂന്ന് വളരെ വ്യത്യസ്ത കാര്യങ്ങൾ സംഭവിക്കാം; സാധാരണയായി അവയെ ഒരേ heading-ന്റെ കീഴിൽ വിവരിക്കാറുണ്ട്. അങ്ങനെ ചെയ്യരുത്.

അത് electron ഒരു metal centre-ലേക്ക് കൈമാറാം. ഏറ്റവും വ്യക്തമായ ഉദാഹരണം ferrous state-ൽ നിന്ന് ferric state-ലേക്ക് oxidised ആയ haemoglobin ആണ്. ആ അവസ്ഥയിൽ അതിന് oxygen വഹിക്കാൻ കഴിയില്ല. Red cells-ൽ ഒരു enzyme dye-നെ reduce ചെയ്യുന്നു; തുടർന്ന് reduced dye oxidised haem iron-ലേക്ക് non-enzymatically electrons കൈമാറി പ്രവർത്തനക്ഷമമായ haemoglobin പുനഃസ്ഥാപിക്കുകയും dye-നെ വീണ്ടും oxidised രൂപത്തിലാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഇതിൽ dye ഉപയോഗിച്ചുതീരുന്നില്ല; അത് cycle ചെയ്യുന്നു. ഈ reaction-നെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയ clinical സ്ഥിതി hospital വിഷയമാണ്; methemoglobinemia-യിൽ methylene blue-ന്റെ വിശദീകരണം അത് എങ്ങനെ ഉപയോഗിക്കുന്നു, എന്തുകൊണ്ട് അത്ര കർശനമായി മേൽനോട്ടം വഹിക്കുന്നു എന്നിവ വിശദീകരിക്കുന്നു.

വായനയെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു സത്യസന്ധമായ കുറിപ്പ്: ഈ article ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്ന രണ്ട് reviews enzyme ഘട്ടത്തിനായി ഒരേ reducing cofactor പറയുന്നില്ല; ഒന്ന് NADH എന്നും മറ്റൊന്ന് NADPH എന്നും പറയുന്നു. ഇവിടെ ലഭ്യമായ sources-ൽ ഈ അഭിപ്രായവ്യത്യാസം യഥാർത്ഥവും പരിഹരിക്കപ്പെടാത്തതുമാണ്. അതിനാൽ ഒറ്റ cofactor പേര് നൽകുന്നതിനു പകരം ഓരോ ഭാഗവും വഹിക്കുന്ന പങ്ക് വിവരിക്കുന്നതാണ് സുരക്ഷിതം.

വെളിച്ചമുണ്ടെങ്കിൽ, അത് energy അല്ലെങ്കിൽ electron oxygen-ലേക്ക് കൈമാറാം. ഈ route illumination ഉള്ളപ്പോൾ മാത്രമേ ഉണ്ടാകൂ. Excited dye ഒരു triplet state-ൽ എത്തുന്നു; അവിടെ നിന്ന് രണ്ട് mechanisms സാധ്യമാണ്. ഒന്നാമത്തേതിൽ, excited dye സമീപത്തെ molecule-നോട് നേരിട്ട് ഇടപെട്ട് hydrogen സ്വീകരിക്കുകയോ electron കൈമാറുകയോ ചെയ്യുന്നു; അതിലൂടെ radicals ഉണ്ടാകുന്നു. ഈ രീതിയിൽ വെള്ളവുമായി reaction നടക്കുമ്പോൾ hydroxyl radicals ഉണ്ടാകുന്നു. രണ്ടാമത്തേതിൽ excitation energy oxygen-നുതന്നെ കൈമാറി singlet oxygen ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. അത് വളരെ electrophilic ആയ species ആണ്; microseconds-നുള്ളിൽ decay ചെയ്യുകയും illuminated Methylene blue microbial cells-നെ damage ചെയ്യുന്നതിന്റെ പ്രധാന route ആയി പൊതുവേ അംഗീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്നു. Cell envelope lipids, peptides, DNA-യിലെ guanine bases എന്നിവയുമായുള്ള reactions രേഖപ്പെടുത്തിയ outcomes-ലുണ്ട്.

ഈ route-ന്റെ practical consequence, illumination സംഖ്യകളെ orders of magnitude തോതിൽ മാറ്റുന്നു എന്നതാണ്. Wainwrightയും Crossleyയും ശേഖരിച്ച data-യിൽ, Pseudomonas aeruginosa-ക്കെതിരെ Methylene blue-ന്റെ minimum bactericidal concentration ഇരുട്ടിൽ ഏകദേശം 500 micromolar ആണ്; 12 joules per square centimetre light dose-ൽ ഏകദേശം 25 micromolar. Staphylococcus aureus-ന്റെ ഒരു strain-നെതിരെ dark, illuminated values രണ്ടും 5 micromolar ആണ്. മറ്റുവാക്കുകളിൽ, molecule antimicrobial ആയി കണക്കാക്കാമോ എന്നത് molecule-ന്റെ മാത്രം സ്വഭാവമല്ല; molecule plus light എന്ന സമുച്ചയത്തിന്റെ സ്വഭാവമാണ്.

relay ഇല്ലാതെയും അത് നേരിട്ട് ഒരു enzyme site-ൽ പ്രവർത്തിക്കാം. Methylene blue nitric oxide synthase-നോട് bound ആയ ferrous iron oxidise ചെയ്യുന്നു; അതോടെ enzyme പ്രവർത്തനരഹിതമാകുന്നു. അത് soluble guanylate cyclase block ചെയ്യുന്നു; അതിനായി laboratory-യിൽ routine ആയി ഉപയോഗിക്കുന്ന concentration 1 മുതൽ 10 micromolar വരെയാണ്. ഇത് monoamine oxidase type A-യെ 27 മുതൽ 180 nanomolar വരെയുള്ള IC50-ൽ inhibit ചെയ്യുന്നു; serotonin reuptake inhibitors-ുമായുള്ള നന്നായി രേഖപ്പെടുത്തിയ interaction-ന് പിന്നിലെ mechanism ഇതാണ്, കൂടാതെ methylene blue-ന്റെ drug interactions സ്വതന്ത്ര category ആയിരിക്കുന്നതിനുള്ള കാരണവും ഇതുതന്നെയാണ്.

ഈ മൂന്ന് routes രാസപരമായി വ്യത്യസ്തമാണ്. അവയെല്ലാം Methylene blue redox cycling വഴിയാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത് എന്ന ഒറ്റ claim-ലേക്ക് ചുരുക്കുന്നതാണ് അതിനെക്കുറിച്ചുള്ള ഏറെ എഴുത്തുകൾ ഒരേസമയം ആത്മവിശ്വാസമുള്ളതും അവ്യക്തവുമായതായി വായിക്കപ്പെടാനുള്ള പ്രധാന കാരണം.

ഒരു mechanism statement-ന് അർത്ഥമുണ്ടോ എന്ന് തീരുമാനിക്കുന്ന നാല് വ്യത്യാസങ്ങൾ

ഏത് രൂപം. Reduced dye, oxidised dye-ന്റെ പകരക്കാരനല്ല. Acetylcholinesterase inhibition ഇതിലെ trap വ്യക്തമാക്കുന്നു: നീണ്ട in vitro incubation-ൽ Methylene blue ക്രമേണ അതിന്റെ colourless രൂപത്തിലേക്ക് reduce ചെയ്യപ്പെടുന്നു; അതോടൊപ്പം inhibition കുറഞ്ഞുപോകുന്നു, കാരണം reduced molecule ആ enzyme-നെ inhibit ചെയ്യുന്നില്ല. രൂപം മാറാൻ മതിയാകുന്നത്ര നേരം നടത്തുന്ന assay ദുർബലമായ effect report ചെയ്യുകയും തെറ്റായ explanation-നെ ക്ഷണിക്കുകയും ചെയ്യും.

ഏത് concentration. Soluble guanylate cyclase inhibition-ന്റെ laboratory range 1 മുതൽ 10 micromolar വരെയാണ്. Rat hippocampal slices-ൽ glutamate-mediated transmission ഇല്ലാതാക്കാൻ 5 മുതൽ 50 micromolar വരെ ആവശ്യമായി. Cell culture-ൽ toxic effects 100 micromolar-നു മുകളിൽ report ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. ഇവ ഒരേ experiment അല്ല; 50 micromolar-ൽ സ്ഥിരീകരിച്ച mechanism, plasma concentration അതിന്റെ ഒരു fraction മാത്രമുള്ള patient-ലും സ്വാഭാവികമായി ലഭ്യമാകും എന്നില്ല.

ഏത് route. Absolute oral bioavailability ഏകദേശം 72 per cent ആണ്; terminal plasma half-life 5 മുതൽ 7 hours വരെയാണ്. Oral administration intestine, liver എന്നിവയിൽ ഉയർന്ന concentrations സൃഷ്ടിക്കുന്നു; intravenous administration brain-ൽ ഉയർന്ന concentrations സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഏത് tissue ആണ് electrons-നെ നേരിടുന്നത് എന്ന് route തീരുമാനിക്കുന്നു.

ഏത് model, കൂടാതെ lights on ആയിരുന്നോ. Mechanistic സാഹിത്യത്തിന്റെ വലിയൊരു ഭാഗം cell culture, rodent work എന്നിവയാണ്; ഈ molecule-ന്റെ in vitro results light exposure, membrane potential, cells-ന്റെ redox state എന്നിവയിൽ ആശ്രയിക്കുന്നു, കാരണം ഒരു microscope lamp പോലും അതിനെ photosensitise ചെയ്യാൻ മതിയാകും. Administer ചെയ്ത dose-ന്റെ 65 മുതൽ 85 per cent വരെ red cells-ലും peripheral tissue-ലും colourless രൂപത്തിലേക്ക് reduce ചെയ്യപ്പെടുന്നു. Dish-ലുള്ള വൃത്തിയുള്ള ഒരു mechanism-നും ഒരു വ്യക്തിയെക്കുറിച്ചുള്ള claim-നും ഇടയിൽ ഈ variables ഓരോന്നും നിലകൊള്ളുന്നു.

Purity ചോദ്യം എന്തുകൊണ്ട് chemistry ചോദ്യം കൂടിയാണ്

Illumination Methylene blue-നെ demethylate ചെയ്യുന്നു. ആദ്യ product Azure B, തുടർന്ന് Azure A, പിന്നെ thionin; കൂടുതൽ light intensity കുറഞ്ഞതിനെക്കാൾ കൂടുതൽ breakdown ഉണ്ടാക്കുന്നു. Electrons സ്വീകരിക്കാനും കൈമാറാനുമുള്ള കഴിവിലാണ് പ്രയോജനം ആശ്രയിക്കുന്നത് എന്നതിനാൽ, അതിന്റെ സാദ്ധ്യതയുള്ള degradation products അതേ solution-ൽ തുടരുന്ന അടുത്ത chemical relatives ആയിരിക്കും. അതിനാൽ container-ൽ യഥാർത്ഥത്തിൽ എന്താണ് ഉള്ളത് എന്ന composition വെറും cosmetic detail അല്ല.

Buyer-ക്ക് USP specification-നോടുള്ള conformance ആണ് അർത്ഥവത്തായ test എന്നതിന്റെ കാരണം അതാണ്. അത് പാലിക്കാത്ത product ഒരു dye ആണ്; dye-യിൽ Azure B, heavy metals, residual solvents എന്നിവ ഉൾപ്പെടെയുള്ള impurities ഉണ്ടായിരിക്കും, അവ വിഴുങ്ങുന്ന ഒരാൾക്ക് വേണ്ടാത്തവയാണ്. മറ്റൊരു trap, heavy metals മാത്രം test ചെയ്ത് അതിന്റെ result full compliance ആയി അവതരിപ്പിക്കുന്ന seller ആണ്. Blupreme Methylene blue-ന്റെ ഒരു pharmaceutical manufacturer-ുമായി പങ്കാളിത്തം സ്ഥാപിച്ച് full specification test ചെയ്യുന്നു: identity, purity, organic impurities, residual solvents, elemental impurities, residue on ignition, microbial limits, bacterial endotoxins. ഓരോ batch-നും പിന്നിലുള്ള laboratory testing document പ്രസിദ്ധീകരിച്ചിരിക്കുന്നു; supplier തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത് പ്രധാനമായും ആ document ഉണ്ടോ, അതിൽ എന്തൊക്കെ ഉൾപ്പെടുന്നു എന്നത് പരിശോധിക്കുന്ന കാര്യമാണ്.

ഒരു reversible couple. അതിൽ നിന്ന് പുറപ്പെടുന്ന നിരവധി routes. Claim എന്താകാമെന്ന് തീരുമാനിക്കുന്നത് route ആണ്.