Endotoxin ist ein häufiger Kontaminant von Medizinprodukten, der von Bakterien stammt. Das Vorhandensein von Endotoxin kann von intrinsischen Komponenten des Herstellungsprozesses oder von einer versehentlichen Kontamination des Produkts herrühren. Endotoxin kann endotoxischen – oder septischen – Schock, Gewebeverletzungen und sogar den Tod verursachen. Die Entfernung von Endotoxinen vor der Freigabe des Arzneimittels zur Freisetzung ist daher erforderlich, um eine Krankheit beim Empfänger eines Arzneimittels zu vermeiden.
Eine Endotoxinkontamination tritt auf, wenn eine bestimmte Gruppe von Bakterien, die als gramnegative Bakterien bezeichnet werden, im Herstellungsprozess vorhanden ist oder vorhanden war. Da Bakterien im Allgemeinen in zwei Gruppen unterteilt sind, gramnegative und grampositive, sind gramnegative Bakterien sehr verbreitet. Die Gram-negative Bezeichnung leitet sich vom Auftreten der Bakterien ab, nachdem ein spezifischer Färbeprozess, 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 strukturelle Stabilität verwendet werden. Endotoxin bezieht sich auf diesen LPS-Teil des Bakteriums. Zum Beispiel 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 an die Umwelt abgegeben. Die Freisetzung erfolgt während des Wachstums und der Teilung des Bakteriums und wenn die Zelle abstirbt.
Das LPS-Molekül hat eine indirekt schädliche Wirkung auf den Körper. Das Endotoxin interagiert mit dem Immunsystem durch Bindung an Zellen im Blut, die Makrophagen und Monozyten genannt werden. Diese Bindung verursacht eine Entzündungsreaktion durch Freisetzung von Faktoren wie Interleukin-6, Interleukin-1 und Tumornekrosefaktor. Diese Entzündungsreaktion führt zu Fieber und manchmal zu einem endotoxischen Schock und zum Tod.
Diese gefährlichen Wirkungen treten entweder bei einer einmaligen hohen Endotoxindosis 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 bei der Produktion biologisch aktiver Proteine und Peptide verwendet. Die Anwesenheit der LPS-Moleküle sowohl in den produzierenden Zellen als auch in der umgebenden Kultur bedeutet, dass das Produkt eine Reinigung und Endotoxinentfernung erfordert. Lipopolysaccharid ist im Vergleich zu Proteinen ein sehr stabiles Molekül, das extremen pH-Werten und Temperaturen widersteht, sodass die Entfernung von Endotoxinen komplexe Entfernungstechniken erfordert. Hersteller verwenden daher Methoden wie Ionenaustauschchromatographie, Ultrafiltration und membranbasierte Chromatographie zur Entfernung oder Reduzierung von Endotoxinen auf ein akzeptables Niveau.