Paul Ehrlich ve metilen mavisi: bir boya ilaç keşfini nasıl şekillendirdi?

Paul Ehrlich'in tıbba katkısı bir ilaç değildi. Bir ilacın nasıl incelenmesi gerektiğine ilişkin bir düşünceydi.

1878'de, giriş bölümünün başlığı "Boyamanın Kimyasal Kavrayışı" olan bir doktora tezi sundu. Tezin savı, bir doku kesitini boyamakla bir kumaş parçasını boyamanın aynı mantığa dayandığıydı. Her iki durumda da renk, doku emici veya yağlı olduğu ya da şekli pigmenti tutmaya uygun olduğu için değil, boya ile malzeme arasındaki kimyasal afinite nedeniyle tutunuyordu. Ehrlich, kuzeni patolog Karl Weigert'in boyalı kesitler hazırlamasını izleyerek büyümüştü. Dikkatini çeken şey görüntüler değil, boyanın nereye gideceğini seçmesiydi.

Bu iddia mütevazı görünebilir. Öyle değildir. Bir boya kimyasal nedenlerle bir dokuya bağlanıyorsa, boyanma örüntüsü o dokunun kimyası hakkında bilgi verir. Boyalı bir preparat, bir görsel olmaktan çıkar ve bir ölçüme dönüşür.

Ehrlich bu düşünceyi hemen geliştirdi. 1880'de metilen mavisini asit fuksinle birleştirip karışıma nötr boya, yani neutralen Farbkörper adını verdi. Bu karışım, o dönemde tek başına kullanılan boyaların ayırt edemediği farklı akyuvar türlerini birbirinden ayırıyordu. İki yıl sonra tüberkül basillerini boyamak için bir metil viyole yöntemi sundu ve Koch bu yöntemi kendi çalışmalarında benimsedi.

Daha sonra bu uygulamalara ortak bir temel sağlayan kuram ayrı bir konudur ve ortaya çıkış tarihi sıklıkla yanlış biçimde tek bir döneme indirgenir. Ehrlich'in yan zincir kuramı, bir maddenin bir hücre üzerinde etkili olmasının ikisi arasındaki kimyasal uyumluluktan kaynaklandığı düşüncesi, boya çalışmalarının yapıldığı yıllara değil, 1890'lara aittir. Önceki çalışmaların sağladığı şey, bu kuramın öncülü olan bir kanaatti: seçicilik kimyasaldır; dolayısıyla seçicilikle tesadüfen karşılaşmak yerine onu aramak mümkündür.

Boyayı bir haritaya dönüştüren deney

1885'te Ehrlich, organizmanın oksijen gereksinimleri üzerine, alt başlığında renk analizine dayalı bir çalışma olarak tanımlanan bir monografi yayımladı. Yöntemi, rengi oksidasyon durumuna bağlı olan boyaları enjekte etmek ve ardından farklı organların bunları nasıl indirgediğini ya da mevcut hâllerini nasıl koruduğunu karşılaştırmaktı. Boya, tıpkı bir termometre gibi bir ölçüm aracı olarak kullanılıyordu: doku içinde doğrudan incelenemeyen koşullar hakkında bilgi veriyordu. Ehrlich, amacını belirli boyaların yardımıyla canlı organların indirgeme gücünü belirlemek olarak ifade etmişti.

Metilen mavisine ilişkin sonuç, bir önceki aralık ayında bir tıp topluluğuna sunulan, boyanın canlı sinir dokusuyla tepkimesi üzerine 1886 tarihli bir makalede yer aldı. Metilen mavisi canlı bir hayvanın dolaşımına veriliyor, ardından ince doku kesitleri çıkarılıp havaya maruz bırakılıyordu. Böylece birikmiş renksiz boya oksitlenerek yeniden maviye dönüyor ve nerede toplandığını gösteriyordu. Sinir hücreleri ve sinir lifleri boyanıyordu. Bu boyanma yeterince seçiciydi ve teknik, sinir dokusunu göstermek için standart bir yöntem hâline geldi. Bileşik artık yalnızca laboratuvar tezgâhındaki ölü bir kesite uygulanan bir renklendirici değildi. Canlı bir bedenin içinde dağılan ve dağılımı okunabilen bir işaretleyiciydi.

Her iki deneyin temelindeki özellik açıkça belirtilmelidir; çünkü bu öyküdeki diğer her şey buna bağlıdır. Metilen mavisinin dönüşümü tersinirdir. İndirgenmiş biçimi olan lökometilen mavisi renksizdir ve oksijenle temas ettiğinde yeniden mavi katyona dönüşür. Boyanın kapalı bir kavanozdaki glikoz çözeltisi renksizdir; kavanoz açıldığında maviye döner. Ehrlich'in, boyalı kesitlere havanın yanı sıra demir klorür uygulayıp rengin geri dönmesini izleyerek bunu doğrudan gösterdiği aktarılır. Çevresinin redoks durumuna göre renk değiştiren bir boya, o çevreyi incelemek için bir probdur.

Böylece iki özellik yan yana ortaya çıkmıştı. Bir boya, bir dokuyu diğerinden ayırt edebiliyordu. Ayrıca bir boyanın rengi, oksidasyon durumundaki değişimle açılıp kapanabiliyordu.

Geriye dönük bakıldığında, ikinci özellik kemoterapinin başlangıcıdır. Bir bileşik bir doku türüne bağlanıyor, diğerine bağlanmıyorsa, aynı bileşik bir organizma türüne ulaşıp diğerine ulaşmayabilir. Ehrlich bu çıkarımı doğrudan ifade etti: bir patojen seçici olarak boyanabiliyorsa, boyanma o patojene özgü bir zarar verilebileceğine işaret edebilirdi. Dolayısıyla bir boya, hastayı değil, istilacı organizmayı hedef alan bir ilaç olarak kullanılabilirdi.

Bir hastada yapılan ilk deneme sıtma için değildi. 1890'da Ehrlich, psikiyatrist Arthur Leppmann ile birlikte, metilen mavisinin kas, eklem ve tendonlardaki nevraljik ve romatizmal durumlarda ağrıyı hafiflettiğini bildirdi. İkisi, ilacın ruhsal hastalıklar üzerinde etkili olup olamayacağını tartıştı ve denememeye karar verdi. Cenovalı İtalyan hekim Pietro Bodoni ise yine de denedi. 1899 tarihli makalesinin başlığı, çeşitli psikoz biçimlerindeki sedatif etkiye ilişkindir: ajite durumdaki on dört hastada sakinleşme tarif etmiş ve diğer Cenovalı hekimlerin de boyayı aynı amaçla zaten kullandığını belirtmiştir. Sedasyon, hastalığın kendisi üzerindeki bir etki değildir ve bu tarihçe sürekli olarak bu ayrımı karşımıza çıkarır.

Sıtma çalışması, 1891'de patolog Paul Guttmann ile birlikte Berlin'deki Moabit hastanesinde yapıldı. İki hastaya metilen mavisi verildi ve rapor Berliner klinische Wochenschrift dergisinin 28 Eylül 1891 tarihli sayısında yayımlandı. İlk vakada hasta, 29 Haziran akşamı tek seferde 0.5 g boya aldı; beklenen atak tam olarak gelişmedi ve sonrasında kaydedilen tek şikâyet, mavi idrarla birlikte hafif strangüriydi. Ateş atakları ilk günlerde ortadan kalktı ve en geç sekizinci günde kanda parazit kalmamıştı. Yazarların kendi özeti, beklentilerinin tamamen karşılandığı yönündeydi. Kontrol grubu bulunmayan iki vaka bir kanıt oluşturmaz. Modern denemeler de dâhil olmak üzere metilen mavisi ve sıtmanın daha kapsamlı anlatımı ayrı bir sayfanın konusudur. Buradaki ilgi çekici soru ise daha dardır: Ehrlich'in akıl yürütmesinin ne kadarı parazitle karşılaşınca geçerliliğini korudu?

Akıl yürütmenin geçerli kaldığı ve başarısız olduğu noktalar

Mekanizmanın pek azı geçerliliğini korudu; en azından Ehrlich'in önerdiği biçimiyle. Düzlemsel, üç halkalı bir katyonun parazit DNA'sının baz çiftleri arasına girdiği basit açıklama, Plasmodium söz konusu olduğunda geçerli değildir. Metilen mavisi, enfekte bir alyuvar tarafından o kadar kolay indirgenir ki parazite düzlemsel bir katyon olarak hiç ulaşmaz. Akridin boyalarına uyan interkalasyon açıklaması bu boyaya uymaz.

Kanıtların desteklediği tablo daha karmaşıktır. Metilen mavisi, bir hastada ulaşılabilen konsantrasyonlarda parazitin glutatyon redüktazını inhibe eder. Hemin hemozoine dönüşümünü engeller. Hemozoin, parazitin kendi hemoglobin sindirimi sonucunda zehirlenmesini önlemek için oluşturduğu inert pigmenttir. Metilen mavisi bu dönüşümü yaklaşık klorokin kadar etkili, kininden ise çok daha etkili biçimde engeller. Redoks döngüsü de zaten reaktif oksijen türleri üreten bir hücrede bunların oluşmasına yol açar. Bunlardan hangisinin asıl mekanizma olduğu ya da hepsinin katkıda bulunup bulunmadığı hâlâ netleşmiş değildir.

Bir başka karmaşıklık daha vardır ve bu bileşikle ilgili her tarihsel iddianın nasıl okunacağını etkilemelidir. O dönemin ticari metilen mavisi tek bir maddeden oluşmuyordu. Örnekler, tek bir metil grubu uzaklaştırılmış benzer bileşik olan Azure B içeriyordu ve eski çözeltilerde bu madde daha fazla birikiyordu. Azure B, farklı hedefleri olan metakromatik bir boyadır: çift iplikli DNA'yı koyu maviye, RNA'yı ise yeşile boyar. Farklı yerlere yönelen iki boyanın, kimsenin kaydetmediği oranlardaki karışımı, içindeki metilen mavisinin ne yaptığına ilişkin kesin bir ifadeyi destekleyemez.

Boyanın kendisi hiçbir zaman kininin yerini almadı. Yöntem daha başarılı oldu. Ehrlich'in öğrencisi Wilhelm Roehl, boya ve ilaç grubu IG Farben için çalışırken boya türevlerini tropikal hastalıklar için ilaç olarak geliştirmeyi sürdürdü ve eksik aracı sağladı: aday bileşiklerin rutin taranmasında kuş sıtmasıyla enfekte edilmiş kanaryanın kullanılması. Ardından Werner Schulemann yan zinciri değiştirdi ve ortaya çıkan fenotiazinyum tuzu deneysel enfeksiyonu tedavi etti. Yine de hastaları maviye boyuyordu.

Kalıcı sonuç, ne boya ne de halka sistemi oldu; yan zincir oldu. Bir dialkilaminoalkilamino grubunun eklenmesi molekülün davranışını değiştirdi ve bu parça sonraki tüm yeniden tasarımlarda korundu. Bu grubu koruyup fenotiazinyum halkası bir akridinle değiştirildiğinde sonuç kinakrin olur. Yerine bir kinolin konulduğunda ise sonuç klorokindir. Antimalaryal ilaçlar arasında hâlâ yer alan pamakin, primakin ve amodiakin de aynı grubu taşır. Tedavi olarak başarısız olan bileşik, başarılı olan parçayı sağladı.

Antipsikotiklerle bağlantı, ilaçtan değil, halkadan geçer. Metilen mavisinin yapısının aydınlatılması, Heinrich August Bernthsen'i 1883'te temel fenotiazin çekirdeğine götürdü. Rhône-Poulenc'teki kimyagerler, 1940'larda antihistaminik ararken çeşitli biçimlerde sübstitüe edilmiş bu iskelet üzerinde çalışıyordu. Bu bileşiklerden biri 1950'nin sonlarına doğru sentezlendi ve cerrah Henri Laborit tarafından denendi. Laborit, bileşiğin hastaları sakin ve kayıtsız bıraktığını fark etti. Mani yaşayan bir hastadaki ilk yayımlanmış psikiyatrik kullanımı Ocak 1952'de gerçekleşti. İlk antipsikotik, Ehrlich'in antimalaryal ilacının devamı olmaktan çok, başlangıçta kullandığı boyanın uzak bir akrabasıdır.

Bu olaydan korunmaya değer üç alışkanlık

1. "Tıpta kullanılan ilk sentetik ilaç" bir kategoriyi tanımlar ve bu ifadenin gerektirdiği koşullar, sözlerin düşündürdüğünden daha kapsamlıdır. Bu ifade yerleşik hâle gelmiştir; Neurobiology of Aging dergisinde yayımlanan, Schirmer ve meslektaşlarının çok atıf alan bir derlemesi, metilen mavisini tıpta kullanılan ilk tamamen sentetik ilaç olarak adlandırır. Kloral hidrat, yirmi yılı aşkın bir süre önce, 1869'da sentetik bir sedatif olarak kullanıma sunulmuştu. 1891 tarihli makalenin kendisi de yanıtın bir bölümünü sağlar; çünkü yazarları, sıtmaya karşı daha önce başarısız olan sentetik ateş düşürücüleri, aralarında kinolin, antipirin ve antifebrin olmak üzere, adlarıyla belirtir. Ehrlich'in frengi için geliştirdiği kendi arsenikli ilacı daha da sonra geldi. İddianın savunulabilir biçimi, öncelikten çok yöntemle ilgilidir: metilen mavisi, kimyasal bir seçicilik kuramına dayanarak belirli bir organizmaya karşı etki göstermesi için seçilen en erken sentetik bileşikler arasındadır.
2. Seçici dağılım, seçici fayda anlamına gelmez. Ehrlich'in 1886'daki bulgusu, boyanın sinir dokusuna gitmesiydi. Bir bileşiğin nereye gittiği ve oraya vardığında ne yaptığı iki farklı ölçümdür; ilkini yapmak çok daha kolaydır. Metilen mavisi ve beyin hakkındaki iddiaların çoğu, o zamandan beri bu boşlukta varlığını sürdürmüştür.
3. Saflık, pazarlamanın değil, kanıtın bir parçasıdır. Tarihsel kayıtlar tam da bu nedenle belirsizdir. Küçük yapısal farklar bu bileşiğin nereye gittiğini değiştirir. Bu yüzden bir analiz sertifikası, ürünün test edildiğine dair genel bir ifade olarak sunulmak yerine belirli bir partiyle ilişkilendirilmelidir. Yalnızca ağır metalleri test ettiği hâlde farmakope monografına uygunluk iddiasında bulunan bir satıcı, raporun desteklediğinden fazlasını iddia ediyordur. Blupreme, metilen mavisini bir ilaç üreticisinden temin eder ve monografın belirlediği spesifikasyonun tamamını test eder: kimlik, saflık, organik safsızlıklar, kalıntı çözücüler, elementel safsızlıklar, yakma kalıntısı, mikrobiyal limitler ve bakteriyel endotoksinler. Rapor ürünle birlikte yayımlanır. USP sınıfı metilen mavisi sayfası bu limitleri ve neden ilk bakılması gereken sonucun Azure B sonucu olduğunu açıklar.

Tarihlere göre kaynak dökümü

Ehrlich'ten önceki boya kimyası ile ondan sonraki kalite sınıfları ve spesifikasyonlar da dâhil olmak üzere, dönüm noktalarının tarih sırası metilen mavisinin tarihçesinde ayrı olarak sunulmaktadır. Bileşiğin kendi kimliği ise metilen mavisinin ne olduğu sayfasında ele alınmaktadır.

Bu anlatımın dayandığı, Krafts, Hempelmann ve Skórska-Stania'nın 2012 tarihli derlemesinde yeniden yayımlanan görsel belgeler, kanıt açısından eşdeğer değildir ve bir örnek bunun nedenini gösterir. 1891 tarihli görsel belge, denemenin birincil kaydıdır; yanındaki 1910 tarihli portre ise yalnızca bir itibarın o tarihteki varlığını gösterir. Andersag'ın 1934 tarihli defterinden sayfalar, kinolin sübstitüsyonunun kimyagerin kendi el yazısıyla kaydedilmiş doğrudan izidir.

Ehrlich'in boya deneylerinin dürüst özeti şudur: seçiciliği ve hedefi doğru belirledi, mekanizmayı ise yanlış açıkladı. Metilen mavisi gerçekten sinir dokusunda yoğunlaşır ve sıtma parazitine zarar verir. İkincisini birincisi nedeniyle yapmaz ve Ehrlich'in her ikisi için sunduğu kimyasal açıklama yanlıştı. Tartışmasız biçimde gösterdiği şey, doğru bir mekanizmadan daha kalıcıydı: bir bileşik tesadüfen bulunmak yerine seçilebilir ve bu seçim, bileşik herhangi bir hastaya verilmeden önce toplanan kanıtlara dayanabilir.