Was ist der Zweck der Endotoxinentfernung?
Endotoxin ist eine häufige Kontaminante von Medizinprodukten, die von Bakterien stammen. Das Vorhandensein von Endotoxin kann durch wesentliche Bestandteile des Herstellungsprozesses oder durch versehentliche Kontamination des Produkts verursacht werden. Endotoxin kann einen endotoxischen oder septischen Schock, eine Gewebeverletzung und sogar den Tod verursachen. Die Entfernung von Endotoxinen vor der Zulassung des Arzneimittels zur Freisetzung ist daher erforderlich, um eine Erkrankung des Empfängers eines Arzneimittels zu vermeiden.
Eine Endotoxinkontamination tritt auf, wenn eine bestimmte Gruppe von Bakterien, sogenannte gramnegative Bakterien, im Herstellungsprozess vorhanden sind oder waren. Bei Bakterien, die im Allgemeinen in zwei Gruppen unterteilt sind, sind gramnegative und grampositive sowie gramnegative Bakterien äußerst verbreitet. Die Gram-negative Bezeichnung ergibt sich aus dem Auftreten der Bakterien, nachdem ein spezifischer Färbevorgang, der als Gram-Färbung bezeichnet wird, durchgeführt wurde. Endotoxin ist in allen gramnegativen Bakterien vorhanden, unabhängig davon, ob sie Krankheiten verursachen.
Der äußere Teil eines gramnegativen Bakteriums enthält Lipopolysaccharide (LPS), die für die Strukturstabilität verwendet werden. Endotoxin bezieht sich auf diesen LPS-Teil des Bakteriums. Beispielsweise enthält eine E. coli-Zelle etwa 2 Millionen LPS-Moleküle. LPS ist nicht nur in den Zellen lebender oder toter Bakterien vorhanden, sondern wird auch kontinuierlich in die Umwelt freigesetzt. Die Freisetzung erfolgt während des Wachstums und der Teilung des Bakteriums und wenn die Zelle stirbt.
Das LPS-Molekül wirkt sich indirekt schädlich auf den Körper aus. Das Endotoxin interagiert mit dem Immunsystem durch die Bindung an Zellen im Blut, die als Makrophagen und Monozyten bezeichnet werden. Diese Bindung löst eine Entzündungsreaktion aus, indem Faktoren wie Interleukin-6, Interleukin-1 und Tumornekrosefaktor freigesetzt werden. Diese Entzündungsreaktion führt zu Fieber und manchmal zu endotoxischem Schock und Tod.
Diese gefährlichen Wirkungen treten entweder bei einer hohen Einzeldosis Endotoxin oder bei wiederholter niedrigerer Exposition auf. Eine Dosis von 1 Nanogramm LPS pro Milliliter Produkt kann bei Säugetieren eine endotoxische Reaktion hervorrufen, wenn das Produkt intravenös injiziert wird. Menschen mit Krankheiten wie AIDS, Leukämie oder Diabetes sind besonders gefährdet für einen endotoxischen Schock.
Gentechnisch veränderte gramnegative Bakterien werden regelmäßig zur Herstellung von biologisch aktiven Proteinen und Peptiden verwendet. Das Vorhandensein der LPS-Moleküle sowohl in den produzierenden Zellen als auch in der umgebenden Kultur bedeutet, dass das Produkt gereinigt und von Endotoxinen befreit werden muss. Lipopolysaccharid ist im Vergleich zu Proteinen ein sehr stabiles Molekül, das extremen pH-Werten und Temperaturen widersteht. Daher erfordert die Entfernung von Endotoxinen komplexe Entfernungstechniken. Hersteller verwenden daher Methoden wie Ionenaustauschchromatographie, Ultrafiltration und membranbasierte Chromatographie, um Endotoxine zu entfernen oder auf ein akzeptables Maß zu reduzieren.