Jaki jest cel usuwania endotoksyny?
Endotoksyna jest powszechnym zanieczyszczeniem produktów medycznych, które pochodzi od bakterii. Obecność endotoksyny może pochodzić z nieodłącznych składników procesu produkcyjnego lub z przypadkowego zanieczyszczenia produktu. Endotoksyna może powodować wstrząs endotoksyczny lub septyczny, uszkodzenie tkanki, a nawet śmierć. Usunięcie endotoksyny przed zatwierdzeniem leku do uwalniania jest zatem konieczne, aby uniknąć wywoływania choroby u biorcy leku.
Zanieczyszczenie endotoksyną występuje, gdy pewna grupa bakterii, zwana bakteriami Gram-ujemnymi, jest obecna lub była obecna w procesie produkcyjnym. Z bakteriami ogólnie podzielonymi na dwie grupy, Gram-ujemne i Gram-dodatnie, bakterie Gram-ujemne są niezwykle powszechne. Oznaczenie Gram-ujemne wynika z pojawienia się bakterii po przeprowadzeniu określonego procesu barwienia, zwanego barwieniem Gram. Endotoksyna jest obecna we wszystkich bakteriach Gram-ujemnych, niezależnie od tego, czy powodują one choroby.
Zewnętrzna część bakterii Gram-ujemnej zawiera lipopolisacharydy (LPS), które są stosowane do stabilności strukturalnej. Endotoksyna odnosi się do tej części LPS bakterii. Na przykład komórka E. coli zawiera około 2 milionów cząsteczek LPS. LPS jest nie tylko obecny w komórkach żywych lub martwych bakterii, ale jest również stale uwalniany do środowiska. Uwalnianie następuje podczas wzrostu i podziału bakterii i kiedy komórka umiera.
Cząsteczka LPS ma pośrednio szkodliwy wpływ na organizm. Endotoksyna oddziałuje z układem odpornościowym poprzez wiązanie z komórkami we krwi zwanymi makrofagami i monocytami. Wiązanie to powoduje reakcję zapalną poprzez uwalnianie czynników, takich jak interleukina-6, interleukina-1 i czynnik martwicy nowotworu. Ta reakcja zapalna prowadzi do gorączki, a niekiedy szoku endotoksycznego i śmierci.
Te niebezpieczne skutki występują albo przy pojedynczej wysokiej dawce endotoksyny, albo przy powtarzających się niższych poziomach ekspozycji. Dawka 1 nanograma LPS na mililitr produktu może wywołać reakcję endotoksyczną u ssaków, gdy produkt zostanie wstrzyknięty dożylnie. Osoby z chorobami takimi jak AIDS, białaczka lub cukrzyca są szczególnie narażone na wstrząs endotoksyczny.
Genetycznie modyfikowane bakterie Gram-ujemne są regularnie wykorzystywane do produkcji biologicznie aktywnych białek i peptydów. Obecność cząsteczek LPS zarówno w produkujących komórkach, jak i otaczającej hodowli oznacza, że produkt wymaga oczyszczenia i usunięcia endotoksyny. Lipopolisacharyd jest bardzo stabilną cząsteczką w porównaniu z białkami, odporną na ekstremalne pH i temperatury, dlatego usuwanie endotoksyny wymaga skomplikowanych technik usuwania. Producenci stosują zatem takie metody, jak chromatografia jonowymienna, ultrafiltracja i chromatografia membranowa do usuwania lub redukcji endotoksyny do dopuszczalnego poziomu.