L’endotoxine est un contaminant courant des produits médicaux qui dérive de bactéries. La présence d’endotoxine peut provenir de composants intrinsèques du processus de fabrication ou d’une contamination accidentelle du produit. L’endotoxine peut provoquer un choc endotoxique – ou septique -, des lésions tissulaires et même la mort. L’élimination des endotoxines avant d’approuver la libération du médicament est donc nécessaire pour éviter de provoquer une maladie chez le receveur d’un médicament.
La contamination par les endotoxines se produit lorsqu’un certain groupe de bactéries, appelées bactéries à Gram négatif, est présente ou a été présente dans le processus de fabrication. Les bactéries étant généralement divisées en deux groupes, Gram négatif et Gram positif, les bactéries Gram négatives sont extrêmement courantes. La désignation Gram négatif découle de l’apparition de la bactérie après qu’un processus de coloration spécifique, appelé coloration de Gram, a été effectué. L’endotoxine est présente dans toutes les bactéries à Gram négatif, qu’elles provoquent ou non une maladie.
La partie externe d’une bactérie à Gram négatif contient des lipopolysaccharides (LPS) qui sont utilisés pour la stabilité structurelle. L’endotoxine fait référence à cette partie LPS de la bactérie. Par exemple, une cellule E. coli contient environ 2 millions de molécules de LPS. Le LPS n’est pas seulement présent dans les cellules des bactéries vivantes ou mortes, mais est également continuellement libéré dans l’environnement. La libération se produit pendant la croissance et la division de la bactérie et lorsque la cellule meurt.
La molécule LPS a un effet indirectement délétère sur l’organisme. L’endotoxine interagit avec le système immunitaire en se liant à des cellules du sang appelées macrophages et monocytes. Cette liaison provoque une réponse inflammatoire en libérant des facteurs tels que l’interleukine-6, l’interleukine-1 et le facteur de nécrose tumorale. Cette réponse inflammatoire entraîne de la fièvre et, parfois, un choc endotoxique et la mort.
Ces effets dangereux se produisent soit avec une seule dose élevée d’endotoxine, soit avec des niveaux d’exposition répétés plus faibles. Une dose de 1 nanogramme de LPS par millilitre de produit peut provoquer une réaction endotoxique chez les mammifères lorsque le produit est injecté par voie intraveineuse. Les personnes atteintes de maladies telles que le SIDA, la leucémie ou le diabète sont particulièrement à risque de choc endotoxique.
Les bactéries Gram négatives génétiquement modifiées sont régulièrement utilisées dans la production de protéines et de peptides biologiquement actifs. La présence des molécules LPS à la fois dans les cellules productrices et dans la culture environnante signifie que le produit nécessite une purification et une élimination des endotoxines. Le lipopolysaccharide est une molécule très stable par rapport aux protéines, résistant à un pH et à des températures extrêmes, de sorte que l’élimination des endotoxines nécessite des techniques d’élimination complexes. Les fabricants utilisent donc des méthodes telles que la chromatographie par échange d’ions, l’ultrafiltration et la chromatographie sur membrane pour l’élimination ou la réduction des endotoxines à un niveau acceptable.