Wat is het doel van endotoxineverwijdering?
Endotoxine is een veel voorkomende contaminant van medische producten die afkomstig is van bacteriën. De aanwezigheid van endotoxine kan afkomstig zijn van intrinsieke componenten van het productieproces of van onbedoelde besmetting van het product. Endotoxine kan endotoxische - of septische - shock, weefselbeschadiging en zelfs de dood veroorzaken. Endotoxineverwijdering voorafgaand aan het goedkeuren van het geneesmiddel voor afgifte is daarom noodzakelijk om ziekte bij de ontvanger van een geneesmiddel te voorkomen.
Endotoxineverontreiniging treedt op wanneer een bepaalde groep bacteriën, gramnegatieve bacteriën genoemd, aanwezig zijn of aanwezig zijn geweest in het productieproces. Met bacteriën die over het algemeen in twee groepen worden verdeeld, Gram-negatieve en Gram-positieve, komen Gram-negatieve bacteriën zeer vaak voor. De Gram-negatieve aanduiding komt voort uit het uiterlijk van de bacteriën nadat een specifiek kleurproces, een Gram-vlek, is uitgevoerd. Endotoxine is aanwezig in alle gramnegatieve bacteriën, ongeacht of deze ziekten veroorzaken.
Het buitenste deel van een Gram-negatieve bacterie bevat lipopolysachariden (LPS) die worden gebruikt voor structurele stabiliteit. Endotoxine verwijst naar dit LPS-deel van de bacterie. Een E. coli-cel bevat bijvoorbeeld ongeveer 2 miljoen LPS-moleculen. LPS is niet alleen aanwezig in de cellen van levende of dode bacteriën, maar wordt ook continu afgegeven aan het milieu. De afgifte vindt plaats tijdens de groei en deling van de bacterie en wanneer de cel sterft.
Het LPS-molecuul heeft een indirect schadelijk effect op het lichaam. Het endotoxine interageert met het immuunsysteem door binding met cellen in het bloed, macrofagen en monocyten genaamd. Deze binding veroorzaakt een ontstekingsreactie door factoren zoals interleukine-6, interleukine-1 en tumornecrosefactor vrij te geven. Deze ontstekingsreactie leidt tot koorts en soms endotoxische shock en de dood.
Deze gevaarlijke effecten treden op bij een enkele hoge dosis endotoxine of bij herhaalde lagere blootstellingsniveaus. Een dosis van 1 nanogram LPS per milliliter product kan een endotoxische reactie oproepen bij zoogdieren wanneer het product intraveneus wordt geïnjecteerd. Mensen met ziekten zoals aids, leukemie of diabetes lopen vooral het risico op endotoxische shock.
Genetisch gemanipuleerde gramnegatieve bacteriën worden regelmatig gebruikt bij de productie van biologisch actieve eiwitten en peptiden. De aanwezigheid van de LPS-moleculen in zowel de producerende cellen als de omringende kweek betekent dat het product moet worden gezuiverd en endotoxine moet worden verwijderd. Lipopolysaccharide is een zeer stabiel molecuul in vergelijking met eiwitten, bestand tegen extreme pH en temperaturen, dus verwijdering van endotoxinen vereist complexe verwijderingstechnieken. Fabrikanten gebruiken daarom methoden zoals ionenwisselingschromatografie, ultrafiltratie en membraangebaseerde chromatografie voor endotoxineverwijdering of -reductie tot een acceptabel niveau.