La endotoxina es un contaminante común de los productos médicos que se deriva de las bacterias. La presencia de endotoxinas puede provenir de componentes intrínsecos del proceso de fabricación o de la contaminación accidental del producto. La endotoxina puede causar un choque endotóxico o séptico, lesiones tisulares e incluso la muerte. Por lo tanto, la eliminación de endotoxinas antes de aprobar la liberación del fármaco es necesaria para evitar causar enfermedades en el receptor de un fármaco.
La contaminación por endotoxinas ocurre cuando un cierto grupo de bacterias, llamadas bacterias Gram negativas, están presentes o han estado presentes en el proceso de fabricación. Dado que las bacterias generalmente se dividen en dos grupos, Gram negativas y Gram positivas, las bacterias Gram negativas son extremadamente comunes. La designación Gram negativa se deriva de la aparición de las bacterias después de que se haya realizado un proceso de tinción específico, llamado tinción de Gram. La endotoxina está presente en todas las bacterias Gram negativas, independientemente de si causan enfermedad.
La parte exterior de una bacteria Gram negativa contiene lipopolisacáridos (LPS) que se utilizan para la estabilidad estructural. La endotoxina se refiere a esta parte LPS de la bacteria. Por ejemplo, una célula de E. coli contiene aproximadamente 2 millones de moléculas de LPS. El LPS no solo está presente en las células de bacterias vivas o muertas, sino que también se libera continuamente al medio ambiente. La liberación ocurre durante el crecimiento y la división de la bacteria y cuando la célula muere.
La molécula de LPS tiene un efecto indirecto deletéreo en el cuerpo. La endotoxina interactúa con el sistema inmunológico a través de la unión con células en la sangre llamadas macrófagos y monocitos. Esta unión provoca una respuesta inflamatoria al liberar factores como la interleucina-6, la interleucina-1 y el factor de necrosis tumoral. Esta respuesta inflamatoria conduce a fiebre y, a veces, choque endotóxico y muerte.
Estos efectos peligrosos ocurren con una sola dosis alta de endotoxina o con niveles más bajos repetidos de exposición. Una dosis de 1 nanogramo de LPS por mililitro de producto puede provocar una reacción endotóxica en mamíferos cuando el producto se inyecta por vía intravenosa. Las personas con enfermedades como el SIDA, la leucemia o la diabetes tienen un riesgo especial de sufrir un shock endotóxico.
Las bacterias Gram negativas genéticamente modificadas se utilizan regularmente en la producción de proteínas y péptidos biológicamente activos. La presencia de las moléculas de LPS tanto en las células productoras como en el cultivo circundante significa que el producto requiere purificación y eliminación de endotoxinas. El lipopolisacárido es una molécula muy estable en comparación con las proteínas, que resiste pH y temperaturas extremas, por lo que la eliminación de endotoxinas requiere técnicas de eliminación complejas. Por lo tanto, los fabricantes utilizan métodos como la cromatografía de intercambio iónico, la ultrafiltración y la cromatografía basada en membranas para eliminar o reducir las endotoxinas a un nivel aceptable.