Endotoxina este un contaminant comun al produselor medicale care derivă din bacterii. Prezența endotoxinei poate proveni din componente intrinseci ale procesului de fabricație sau din contaminarea accidentală a produsului. Endotoxina poate provoca șoc endotoxic – sau septic -, leziuni tisulare și chiar moarte. Îndepărtarea endotoxinei înainte de aprobarea medicamentului pentru eliberare este, prin urmare, necesară pentru a evita provocarea bolii la primitorul unui medicament.
Contaminarea cu endotoxine apare atunci când un anumit grup de bacterii, numite bacterii Gram negative, sunt prezente sau au fost prezente în procesul de fabricație. Cu bacteriile în general împărțite în două grupuri, Gram negative și Gram pozitive, bacteriile Gram negative sunt extrem de comune. Denumirea Gram negativ derivă din apariția bacteriilor după ce a fost efectuat un proces specific de colorare, numit colorație Gram. Endotoxina este prezentă în toate bacteriile Gram negative, indiferent dacă cauzează boli.
Partea exterioară a unei bacterii Gram negative conține lipopolizaharide (LPS) care sunt utilizate pentru stabilitatea structurală. Endotoxina se referă la această parte LPS a bacteriei. De exemplu, o celulă de E. coli conține aproximativ 2 milioane de molecule LPS. LPS nu este prezent doar în celulele bacteriilor vii sau moarte, ci este și eliberat continuu în mediu. Eliberarea are loc în timpul creșterii și diviziunii bacteriei și când celula moare.
Molecula LPS are un efect indirect dăunător asupra organismului. Endotoxina interacționează cu sistemul imunitar prin legarea cu celulele din sânge numite macrofage și monocite. Această legare provoacă un răspuns inflamator prin eliberarea de factori precum interleukina-6, interleukina-1 și factorul de necroză tumorală. Acest răspuns inflamator duce la febră și, uneori, la șoc endotoxic și la moarte.
Aceste efecte periculoase apar fie cu o singură doză mare de endotoxină, fie cu niveluri mai mici de expunere repetate. O doză de 1 nanogram de LPS per mililitru de produs poate invoca o reacție endotoxică la mamifere atunci când produsul este injectat intravenos. Persoanele cu boli precum SIDA, leucemia sau diabetul sunt expuse mai ales la risc de șoc endotoxic.
Bacteriile Gram negative modificate genetic sunt utilizate în mod regulat în producerea de proteine și peptide biologic active. Prezența moleculelor LPS atât în celulele producătoare, cât și în cultura înconjurătoare înseamnă că produsul necesită purificare și îndepărtarea endotoxinelor. Lipopolizaharida este o moleculă foarte stabilă în comparație cu proteinele, rezistând la pH și temperaturi extreme, astfel încât îndepărtarea endotoxinelor necesită tehnici complexe de îndepărtare. Prin urmare, producătorii folosesc metode precum cromatografia cu schimb de ioni, ultrafiltrarea și cromatografia pe membrană pentru îndepărtarea sau reducerea endotoxinelor la un nivel acceptabil.