Hvordan metylenblått virker: elektronoverføring, og hvor elektronene ender

En korket kolbe på en laboratoriebenk er den korteste ærlige introduksjonen til hvordan metylenblått virker. Vann, glukose, en klype natriumhydroksid og nok fargestoff til å gjøre væsken dypt og umiskjennelig blå. Vent noen minutter, og blåfargen forsvinner til kolben ser ut som en kolbe med vann. Rist den, og fargen kommer umiddelbart tilbake. Så blekner den igjen, og dette fortsetter så lenge det finnes glukose som er villig til å avgi elektroner og oksygen som er villig til å ta dem imot.

Ingenting ved fargestoffet har endret seg bortsett fra antallet elektroner det bærer. Oksidert er det blått. Redusert er det ikke det. Nesten alt annet i den terapeutiske litteraturen og forskningslitteraturen om dette molekylet følger av dette ene reversible trinnet, fordi et molekyl som kan ta elektroner fra én partner og gi dem videre til en annen, er et relé, og et relé gjør ingenting på egen hånd. Hva det gjør, avhenger fullstendig av hva som befinner seg i hver ende.

To former, og hvorfor paret er viktig

Den oksiderte formen er et plant, positivt ladet ringsystem. Denne flate, ladede formen er grunnen til at det legger seg inntil nukleinsyrer, at det binder seg til sialylerte strukturer på cellemembraner, og at det absorberer synlig lys kraftig mellom omtrent 600 og 700 nanometres, som er den delen av spekteret det menneskelige øyet oppfatter som blå.

Den reduserte formen er noe annet. Den har ingen ladning, den løses i fett i stedet for vann, og den er fargeløs. Ioniseringen er svært lav ved pH-verdien inne i kroppen, i størrelsesorden noen få per cent. Dermed krysser det reduserte molekylet lett en cellemembran ved diffusjon, og når det først er inne, der miljøet er mer oksiderende, kan det reoksideres og i praksis bli fanget. Det oksiderte ringsystemet er flatt; det reduserte kan vri seg. Disse strukturelle konsekvensene, og selve fargeendringen, er en del av historien om de to formene i seg selv, og de omtales mer detaljert i sammenligningen av metylenblått og leukometylenblått.

Å ta imot elektroner

Det oksiderte fargestoffet kan ta imot elektroner fra et bredt spekter av donorer. Glukose i demonstrasjonskolben er én av dem. Inne i en celle er reduserte pyridinnukleotider og komponenter i mitokondrienes elektrontransportkjede andre. Når metylenblått reduseres i vev som inneholder oksygen, forbruker syklusen det setter i gang både reduksjonsmiddelet og oksygen og produserer reaktive oksygenforbindelser, hovedsakelig hydrogenperoksid. Fargestoffet kommer ut av syklusen uendret, klart til å gjennomføre den på nytt.

Det siste punktet forklarer en selvmotsigelse som ellers kan virke slurvete. Metylenblått beskrives i litteraturen både som en prooksidant og en antioksidant, og begge beskrivelsene kan forsvares. Det kan dempe produksjonen av superoksid ved å fungere som en kunstig elektronakseptor og lede elektronstrømmen bort fra enzymstedene der oksygen ellers ville blitt omdannet til superoksidradikaler. I levercellekulturer er det vist at det induserer fase-2-antioksidantforsvarsenzymer, blant annet tioredoksinreduktase 1 og NADPH-kinonoksidoreduktase. Hvilken av de to sidene du ser, avhenger av hvilken ende av reléet som mangler elektroner i det aktuelle øyeblikket. Et spørsmål som «er metylenblått en antioksidant» er ikke godt formulert før du sier i hvilket system, ved hvilken konsentrasjon og med hva annet til stede.

Å gi elektronene videre

Når fargestoffet først holder på et ekstra elektron, kan tre ganske forskjellige ting skje videre, og de beskrives vanligvis under én overskrift. Det burde de ikke.

Det kan gi elektronet videre til et metallsenter. Det tydeligste tilfellet er hemoglobin som er blitt oksidert fra ferro- til ferritilstanden. I denne tilstanden kan det ikke transportere oksygen. I røde blodceller reduserer et enzym fargestoffet, og det reduserte fargestoffet overfører deretter elektroner ikke-enzymatisk til det oksiderte hemjernet, slik at fungerende hemoglobin gjenopprettes og fargestoffet går tilbake til sin oksiderte form. Fargestoffet forbrukes ikke av dette; det går i syklus. Det kliniske bildet som bygger på denne reaksjonen, hører hjemme på sykehus, og forklaringen av metylenblått ved methemoglobinemi beskriver hvordan det brukes og hvorfor det overvåkes så nøye.

En ærlig merknad om kildene: De to oversiktsartiklene denne artikkelen bygger på, oppgir ikke samme reduserende kofaktor for enzymtrinnet. Den ene sier NADH og den andre NADPH. Uenigheten er reell og ikke avklart i kildene som er tilgjengelige her, så den sikreste beskrivelsen er hvilken rolle hver del spiller, fremfor å angi én bestemt kofaktor.

Det kan overføre energi, eller et elektron, til oksygen hvis lys er til stede. Denne veien finnes bare under belysning. Det eksiterte fargestoffet når en triplettilstand, og derfra er to mekanismer mulige. I den første samhandler det eksiterte fargestoffet direkte med et nærliggende molekyl ved å ta et hydrogen eller overføre et elektron, noe som danner radikaler; reaksjon med vann på denne måten produserer hydroksylradikaler. I den andre overføres eksitasjonsenergien til selve oksygenet og danner singlettoksygen, en svært elektrofil forbindelse som brytes ned innen mikrosekunder og generelt regnes som hovedveien for hvordan belyst metylenblått skader mikrobielle celler. Reaksjoner med lipider og peptider i cellehylsteret, samt med guaninbaser i DNA, er blant de dokumenterte resultatene.

Den praktiske konsekvensen av denne veien er at belysning endrer tallene med flere størrelsesordener. I dataene samlet inn av Wainwright og Crossley har metylenblått mot Pseudomonas aeruginosa en minimum bakteriedrepende konsentrasjon på rundt 500 micromolar i mørke og rundt 25 micromolar ved en lysdose på 12 joules per square centimetre. Mot én stamme av Staphylococcus aureus er verdiene både i mørke og under belysning 5 micromolar. Med andre ord er det ikke en egenskap ved molekylet alene om det i det hele tatt regnes som antimikrobielt; det er en egenskap ved molekylet pluss lyset.

Det kan virke direkte på et enzymsted, uten reléet. Metylenblått oksiderer ferrojernet som er bundet til nitrogenoksidsyntase, noe som setter enzymet ut av funksjon. Det blokkerer løselig guanylatsyklase, og mellom 1 og 10 micromolar er den vanlige laboratoriekonsentrasjonen som brukes til dette formålet. Det hemmer monoaminoksidase type A med en IC50 mellom 27 og 180 nanomolar, som er mekanismen bak den veldokumenterte interaksjonen med serotoninreopptakshemmere og grunnen til at legemiddelinteraksjonene til metylenblått utgjør en egen kategori.

Disse tre veiene er kjemisk forskjellige. Å slå dem sammen til én enkelt påstand om at metylenblått virker gjennom redokssykling, er hovedgrunnen til at så mye av det som skrives om stoffet, fremstår både selvsikkert og uklart samtidig.

Fire skiller som avgjør om en påstand om mekanisme faktisk betyr noe

Hvilken form. Det reduserte fargestoffet kan ikke uten videre likestilles med det oksiderte fargestoffet. Hemming av acetylkolinesterase illustrerer fellen: Ved en lang in vitro-inkubasjon reduseres metylenblått gradvis til sin fargeløse form, og hemmingen avtar fordi det reduserte molekylet ikke hemmer dette enzymet. En analyse som kjøres lenge nok til å endre formen, vil rapportere en svakere effekt og invitere til feil forklaring.

Hvilken konsentrasjon. Laboratorieområdet for hemming av løselig guanylatsyklase er 1 til 10 micromolar. Å oppheve glutamatmediert signaloverføring i hippocampusskiver fra rotte krevde 5 til 50 micromolar. Toksiske effekter i cellekultur er rapportert over 100 micromolar. Dette er ikke det samme eksperimentet, og en mekanisme som er bekreftet ved 50 micromolar, er ikke automatisk relevant for en pasient med en plasmakonsentrasjon som bare er en brøkdel av dette.

Hvilken administrasjonsvei. Absolutt oral biotilgjengelighet er rundt 72 per cent, og den terminale plasmahalveringstiden er 5 til 7 hours. Oral administrasjon gir høyere konsentrasjoner i tarm og lever; intravenøs administrasjon gir høyere konsentrasjoner i hjernen. Administrasjonsveien avgjør hvilket vev som møter elektronene.

Hvilken modell, og om lyset var på. Mye av den mekanistiske litteraturen består av cellekultur- og gnagerstudier, og in vitro-resultater for dette molekylet avhenger av lyseksponering, membranpotensial og cellenes redokstilstand, fordi en mikroskoplampe er nok til å fotosensibilisere det. Mellom 65 og 85 per cent av en administrert dose reduseres til den fargeløse formen i røde blodceller og perifert vev. Hver eneste av disse variablene ligger mellom en ren mekanisme i en laboratorieskål og en påstand om et menneske.

Hvorfor spørsmålet om renhet er et kjemispørsmål

Belysning demetylerer metylenblått. Det første produktet er Azure B, deretter Azure A og så tionin, og høyere lysintensitet gir mer nedbrytning enn lavere. Et molekyl hvis nytte består i evnen til å ta imot og avgi elektroner, er derfor også et molekyl der de sannsynlige nedbrytningsproduktene er nært beslektede kjemiske forbindelser som blir værende i den samme løsningen. Sammensetningen av det som finnes i beholderen, er ikke en kosmetisk detalj.

Det er grunnen til at samsvar med USP-spesifikasjonen er den meningsfulle testen for en kjøper. Et produkt som ikke oppfyller den, er et fargestoff, og et fargestoff inneholder urenheter, blant annet Azure B, tungmetaller og restløsemidler, som en person som svelger det, ikke ønsker. En ytterligere felle er en selger som bare tester for tungmetaller og presenterer resultatet som fullstendig samsvar. Blupreme samarbeider med en farmasøytisk produsent av metylenblått og tester hele spesifikasjonen: identitet, renhet, organiske urenheter, restløsemidler, grunnstoffurenheter, rest etter gløding, mikrobielle grenser og bakterielle endotoksiner. Laboratorietestdokumentet for hvert parti publiseres, og valg av leverandør handler i stor grad om å kontrollere om dette dokumentet finnes og hva det dekker.

Ett reversibelt par. Flere veier ut fra det. Veien avgjør hva påstanden kan være.