A endotoxina é um contaminante comum de produtos médicos que deriva de bactérias. A presença de endotoxinas pode ser proveniente de componentes intrínsecos do processo de fabricação ou de contaminação acidental do produto. A endotoxina pode causar choque endotóxico – ou séptico, lesão tecidual e até morte. A remoção da endotoxina antes da aprovação do medicamento para liberação é, portanto, necessária para evitar causar doenças no receptor do medicamento.
A contaminação por endotoxinas ocorre quando um determinado grupo de bactérias, chamadas bactérias Gram negativas, estão presentes, ou estiveram presentes, no processo de fabricação. Com as bactérias geralmente divididas em dois grupos, Gram negativas e Gram positivas, as bactérias Gram negativas são extremamente comuns. A designação Gram negativa deriva do aparecimento da bactéria após um processo de coloração específico, denominado coloração de Gram, ter sido realizado. A endotoxina está presente em todas as bactérias Gram negativas, independentemente de causarem doenças.
A parte externa de uma bactéria Gram negativa contém lipopolissacarídeos (LPS) que são usados para estabilidade estrutural. Endotoxina refere-se a esta parte LPS da bactéria. Por exemplo, uma célula de E. coli contém cerca de 2 milhões de moléculas LPS. O LPS não está apenas presente nas células de bactérias vivas ou mortas, mas também é continuamente liberado no meio ambiente. A liberação acontece durante o crescimento e divisão da bactéria e quando a célula morre.
A molécula de LPS tem um efeito indireto deletério no corpo. A endotoxina interage com o sistema imunológico através da ligação com células no sangue chamadas macrófagos e monócitos. Essa ligação causa uma resposta inflamatória ao liberar fatores como a interleucina-6, a interleucina-1 e o fator de necrose tumoral. Essa resposta inflamatória leva à febre e, às vezes, ao choque endotóxico e à morte.
Esses efeitos perigosos ocorrem com uma única dose alta de endotoxina ou com níveis baixos de exposição repetidos. Uma dose de 1 nanograma de LPS por mililitro de produto pode provocar uma reação endotóxica em mamíferos quando o produto é injetado por via intravenosa. Pessoas com doenças como AIDS, leucemia ou diabetes estão especialmente sob risco de choque endotóxico.
Bactérias Gram negativas geneticamente modificadas são regularmente utilizadas na produção de proteínas e peptídeos biologicamente ativos. A presença das moléculas de LPS nas células produtoras e na cultura circundante significa que o produto requer purificação e remoção de endotoxinas. O lipopolissacarídeo é uma molécula muito estável em comparação com as proteínas, resistindo a pH e temperaturas extremas, portanto, a remoção da endotoxina requer técnicas de remoção complexas. Os fabricantes, portanto, usam métodos como cromatografia de troca iônica, ultrafiltração e cromatografia baseada em membrana para remoção ou redução de endotoxinas a um nível aceitável.