L’endotossina è un contaminante comune dei prodotti medici che deriva dai batteri. La presenza di endotossine può derivare da componenti intrinseche del processo produttivo o da contaminazioni accidentali del prodotto. L’endotossina può causare shock endotossico o settico, lesioni tissutali e persino la morte. La rimozione dell’endotossina prima dell’approvazione del farmaco per il rilascio è quindi necessaria per evitare di causare malattie nel ricevente del farmaco.
La contaminazione da endotossine si verifica quando un determinato gruppo di batteri, chiamati batteri Gram negativi, è presente o è stato presente nel processo di produzione. Con i batteri generalmente divisi in due gruppi, Gram negativi e Gram positivi, i batteri Gram negativi sono estremamente comuni. La designazione Gram-negativa deriva dalla comparsa dei batteri dopo che è stato eseguito uno specifico processo di colorazione, chiamato colorazione di Gram. L’endotossina è presente in tutti i batteri Gram negativi, indipendentemente dal fatto che causino malattie.
La parte esterna di un batterio Gram negativo contiene lipopolisaccaridi (LPS) che vengono utilizzati per la stabilità strutturale. L’endotossina si riferisce a questa parte LPS del batterio. Ad esempio, una cellula di E. coli contiene circa 2 milioni di molecole di LPS. LPS non è solo presente nelle cellule di batteri vivi o morti, ma viene anche continuamente rilasciato nell’ambiente. Il rilascio avviene durante la crescita e la divisione del batterio e quando la cellula muore.
La molecola LPS ha un effetto indirettamente deleterio sul corpo. L’endotossina interagisce con il sistema immunitario attraverso il legame con le cellule del sangue chiamate macrofagi e monociti. Questo legame provoca una risposta infiammatoria rilasciando fattori come l’interleuchina-6, l’interleuchina-1 e il fattore di necrosi tumorale. Questa risposta infiammatoria porta a febbre e, a volte, shock endotossico e morte.
Questi effetti pericolosi si verificano con una singola dose elevata di endotossina o con livelli di esposizione inferiori ripetuti. Una dose di 1 nanogrammo di LPS per millilitro di prodotto può provocare una reazione endotossica nei mammiferi quando il prodotto viene iniettato per via endovenosa. Le persone con malattie come l’AIDS, la leucemia o il diabete sono particolarmente a rischio di shock endotossico.
I batteri Gram-negativi geneticamente modificati vengono regolarmente utilizzati nella produzione di proteine e peptidi biologicamente attivi. La presenza delle molecole di LPS sia nelle cellule produttrici che nella coltura circostante significa che il prodotto richiede la purificazione e la rimozione delle endotossine. Il lipopolisaccaride è una molecola molto stabile rispetto alle proteine, resistendo a pH e temperature estreme, quindi la rimozione delle endotossine richiede tecniche di rimozione complesse. I produttori, quindi, utilizzano metodi come la cromatografia a scambio ionico, l’ultrafiltrazione e la cromatografia su membrana per la rimozione o la riduzione delle endotossine a un livello accettabile.