Endotoxin är en vanlig förorening av medicinska produkter som härrör från bakterier. Närvaron av endotoxin kan komma från inneboende komponenter i tillverkningsprocessen eller från oavsiktlig kontaminering av produkten. Endotoxin kan orsaka endotoxisk – eller septisk – chock, vävnadsskada och till och med dödsfall. Avlägsnande av endotoxin innan läkemedlet godkänns för frisättning är därför nödvändigt för att undvika att mottagaren av ett läkemedel blir sjuk.
Endotoxinkontamination uppstår när en viss grupp bakterier, så kallade gramnegativa bakterier, är närvarande eller har varit närvarande i tillverkningsprocessen. Med bakterier som vanligtvis delas upp i två grupper, gramnegativa och grampositiva, är gramnegativa bakterier extremt vanliga. Den gramnegativa beteckningen härrör från bakteriernas utseende efter att en specifik färgningsprocess, som kallas en gramfärgning, har utförts. Endotoxin finns i alla gramnegativa bakterier, oavsett om de orsakar sjukdom.
Den yttre delen av en gramnegativ bakterie innehåller lipopolysackarider (LPS) som används för strukturell stabilitet. Endotoxin hänvisar till denna LPS-del av bakterien. Till exempel innehåller en E. coli-cell cirka 2 miljoner LPS-molekyler. LPS finns inte bara i cellerna hos levande eller döda bakterier, utan släpps också kontinuerligt ut i miljön. Frisättningen sker under tillväxt och delning av bakterien och när cellen dör.
LPS-molekylen har en indirekt skadlig effekt på kroppen. Endotoxinet interagerar med immunsystemet genom att binda till celler i blodet som kallas makrofager och monocyter. Denna bindning orsakar ett inflammatoriskt svar genom att frisätta faktorer såsom interleukin-6, interleukin-1 och tumörnekrosfaktor. Detta inflammatoriska svar leder till feber och ibland endotoxisk chock och död.
Dessa farliga effekter uppstår antingen med en enda hög dos endotoxin eller med upprepade lägre exponeringsnivåer. En dos på 1 nanogram LPS per milliliter produkt kan framkalla en endotoxisk reaktion hos däggdjur när produkten injiceras intravenöst. Personer med sjukdomar som AIDS, leukemi eller diabetes löper särskilt stor risk för endotoxisk chock.
Genmanipulerade gramnegativa bakterier används regelbundet i produktionen av biologiskt aktiva proteiner och peptider. Närvaron av LPS-molekylerna i både de producerande cellerna och den omgivande kulturen innebär att produkten kräver rening och endotoxinavlägsnande. Lipopolysackarid är en mycket stabil molekyl jämfört med proteiner, som motstår extrema pH och temperaturer, så endotoxinavlägsnande kräver komplexa borttagningstekniker. Tillverkare använder därför metoder som jonbyteskromatografi, ultrafiltrering och membranbaserad kromatografi för att avlägsna eller reducera endotoxin till en acceptabel nivå.