Endotoksin adalah kontaminan umum produk medis yang berasal dari bakteri. Kehadiran endotoksin dapat berasal dari komponen intrinsik dari proses pembuatan atau dari kontaminasi produk yang tidak disengaja. Endotoksin dapat menyebabkan syok endotoksik — atau septik —, cedera jaringan, dan bahkan kematian. Oleh karena itu, penghapusan endotoksin sebelum menyetujui obat untuk dilepaskan diperlukan untuk menghindari menyebabkan penyakit pada penerima obat.
Kontaminasi endotoksin terjadi ketika sekelompok bakteri tertentu, yang disebut bakteri Gram negatif, ada, atau telah ada, dalam proses pembuatannya. Dengan bakteri umumnya dibagi menjadi dua kelompok, Gram negatif dan Gram positif, bakteri Gram negatif sangat umum. Penunjukan Gram negatif berasal dari penampilan bakteri setelah proses pewarnaan tertentu, yang disebut pewarnaan Gram, telah dilakukan. Endotoksin hadir di semua bakteri Gram negatif, terlepas dari apakah mereka menyebabkan penyakit.
Bagian luar dari bakteri Gram negatif mengandung lipopolisakarida (LPS) yang digunakan untuk stabilitas struktural. Endotoksin mengacu pada bagian LPS dari bakteri ini. Misalnya, sel E. coli mengandung sekitar 2 juta molekul LPS. LPS tidak hanya hadir di sel bakteri hidup atau mati, tetapi juga terus menerus dilepaskan ke lingkungan. Pelepasan terjadi selama pertumbuhan dan pembelahan bakteri dan ketika sel mati.
Molekul LPS memiliki efek merusak secara tidak langsung pada tubuh. Endotoksin berinteraksi dengan sistem kekebalan melalui pengikatan dengan sel-sel dalam darah yang disebut makrofag dan monosit. Pengikatan ini menyebabkan respon inflamasi dengan melepaskan faktor-faktor seperti interleukin-6, interleukin-1 dan faktor nekrosis tumor. Respon inflamasi ini menyebabkan demam dan, terkadang, syok endotoksik dan kematian.
Efek berbahaya ini terjadi baik dengan dosis tunggal endotoksin yang tinggi atau dengan tingkat paparan yang lebih rendah secara berulang. Dosis 1 nanogram LPS per mililiter produk dapat memicu reaksi endotoksik pada mamalia ketika produk disuntikkan secara intravena. Orang dengan penyakit seperti AIDS, leukemia atau diabetes sangat berisiko mengalami syok endotoksik.
Bakteri Gram negatif yang direkayasa secara genetik secara teratur digunakan dalam produksi protein dan peptida yang aktif secara biologis. Kehadiran molekul LPS di kedua sel penghasil dan kultur sekitarnya berarti produk memerlukan pemurnian dan penghapusan endotoksin. Lipopolisakarida adalah molekul yang sangat stabil dibandingkan dengan protein, tahan terhadap pH dan suhu yang ekstrim, sehingga penghilangan endotoksin memerlukan teknik penghilangan yang kompleks. Oleh karena itu, produsen menggunakan metode seperti kromatografi pertukaran ion, ultrafiltrasi, dan kromatografi berbasis membran untuk menghilangkan atau mereduksi endotoksin ke tingkat yang dapat diterima.