細菌內毒素是革蘭氏陰性菌細胞壁上的一種脂多糖(LPS)和微量蛋白的復合物,它不是細菌或細菌的代謝產物,而是細菌死亡解體后才釋放出來的一種具有內毒素生物活性的物質。其化學成分主要是由O-特異性鏈、核心多糖、類脂A三部分組成,分子量因來源不同從幾千到幾萬,締合物可達400,000-1,000,000。
內毒素對機體可產生致病作用。它作為外源性致熱原作用于細胞,使之釋放內源性致熱原,引起發熱。并可激活血管活性物質的釋放,使末梢血管擴張,通透性增高,靜脈回流減少,心排血量減低,導致低血壓并發休克,或因組織供血不足缺氧,導致代謝性酸中毒。另一方面,它可發揮諸多對機體有益的生物學活性。適量的內毒素可增強機體非特異性免疫的作用,能夠抗感染、抗輻射,并能增強網狀內皮細胞的活力,并具有使腫瘤壞死消退的活性。
現有細菌內毒素的檢測方法包括家兔熱原試驗法、鱟試劑法、微量凝膠法、重組C因子法、酶聯免疫法等。《中華人民共和國藥典》(2020版)規定細菌內毒素的檢測可采用鱟試劑檢測法,為適應特殊品種細菌內毒素檢查的需要,或減少鱟試劑的使用量,可采用重組C因子法或微量凝膠法等。
細菌內毒素檢測受多種因素影響,包括但不限于PH、溫度、螯合劑等。只有很少的樣品沒有干擾可直接進行檢測,但是大約90%以上的干擾因素,可通過簡單的處理,如不同程度的樣品稀釋消除干擾。
內毒素檢測的反應是一個復雜的酶促反應,因此其反應的介質要求有合適的pH,最佳pH范圍為6-8。為保證反應時合適的pH,檢測試劑必須具有一定的pH 緩沖能力。但有些檢品本身要求在酸性或堿性的介質中保存,且自身也具有一定的pH緩沖能力,對這類檢品進行細菌內毒素檢查時,檢測試劑的pH 緩沖能力就不足以使反應介質的pH緩沖到最佳范圍,會使反應受到干擾,通常表現為抑制作用。
內毒素是一個具有親水、疏水兩個區域的兩性分子,這種結構使內毒素分子間或內毒素分子與檢品中成分結合形成微室,內毒素的分散性是由脂質A形成高分子聚合物的功能和多糖與陽離子靜電引力決定的,當內毒素分子的聚集增加,內毒素的反應性和熱原性都顯著下降,通常檢品中離子強度的較大提高會引起內毒素的聚集和回收率降低。
內毒素稀釋液貯存一段時間后會被破壞而失活,即使經充分的旋渦混合也不能恢復,其中可能有多種干擾因素,但容器效應是其中一個因素。容器效應與接內毒素稀釋液的容器材質有關,主要表現管壁對內毒素的吸附,聚丙烯材質還會對脂多糖復合物產生深度抑制。另外稀釋管洗滌后殘留的洗滌劑,也會形成微室,影響內毒素的分散。
二價離子對內毒素分散起著重要作用,Ca2+、Mg2+離子濃度的不適宜會引起抑制或增強反應。許多原因都會引起二價離子的不充足,從而抑制內毒素檢測試劑與內毒素反應的能力。
內毒素檢測是基于一系列絲氨酸蛋白酶的酶促放大作用產生的,絲氨酸蛋白酶可以被氧化劑、抗氧化劑、蛋白水解劑或專一失活劑所滅活,這些都會引起抑制,乙醇和苯酚對蛋白質有變性作用,因而要限制其在樣品中的含量。
鱟試劑與內毒素和葡聚糖可以共同反應,且存在內毒素與葡聚糖共同作用時,鱟試劑的凝膠反應比對單一物質作用更迅速、更劇烈。因此可采用重組C因子法進行檢測,規避葡聚糖引起的干擾。
1、加熱滅活
對由于蛋白質或酶的修飾而表現的抑制作用或導致內毒素檢測試劑變化的藥物本身是蛋白酶類,可通過加熱滅活處理來消除干擾,或使用超濾薄膜法去除。
可以通過稀釋樣品后避免樣品對于內毒素檢測反應的干擾,應注意,有些樣品若堿性較強,單純的稀釋是不能排除干擾的,必須經過調節樣品的pH后再稀釋,才能排除干擾。
內毒素稀釋管應該是高質量硼硅酸鹽玻璃材質,以避免內毒素吸附于試管壁。不可使用塑料用具,因其伴隨很多未知的干擾因素。同時避免使用聚丙烯試管,因為由聚丙烯材料制成的試管對內毒素的吸附也被公認為是干擾內毒素檢查方法的因素之一。
通常采用三種方法調節內毒素待檢樣品的pH。①使用高靈敏度的檢測試劑,使得檢品的最大稀釋倍數(MVD)增大,從而減弱或消除檢品的pH因素對檢查的干擾。②用緩沖液制備樣品稀釋液,使檢品的pH達到適合反應的范圍。③用酸、堿或緩沖液來調節pH。
最好的消除因絡合作用而導致離子不足的方法是計算二價離子需要量,然后補充等摩爾無熱原的二價離子鹽。但常用的方法是通過稀釋來消除絡合作用。
重組C因子法是傳統細菌內毒素檢查法的一種改良方法, 具有細菌內毒素檢查法的全部優點。與細菌內毒素檢查法比較, 還克服了使用動物來源材料這一缺點, 實驗材料為重組產生, 不受鱟資源限制;并且具有更強的抗干擾能力和專屬性。重組C因子是由東方鱟或者美洲鱟的基因克隆而成,具有與C因子一樣的生理活性。其原理是使用單一的蛋白質C因子作為活性成分參與反應,被內毒素活化的C因子將人工合成的三肽鏈熒光底物裂解,產生熒光復合物在380nm~460nm檢測,通過定量檢測熒光復合物來量化細菌內毒素。其優點是因為沒有B因子的存在,從而有效地避免了因G因子的旁路干擾而產生的假陽性。
FDA在2012年發布的“內毒素與熱源檢測應用指導原則-問與答”的“5.1有關替代方法”中明確重組C因子法按USP30-NF25<1225>驗證后,參照USP30-NF25<85>“細菌內毒素檢查法”進行實驗,可用于產品申報,在產品放行中可以使用該方法來控制內毒素污染。并于2018年9月批準重組C因子法用于Eli Lilly的偏頭痛藥品Galcanezumab的最終產品的細菌內毒素檢測及產品放行。
多家國際知名藥企針對基于重組C因子的檢查方法與基于鱟試劑的檢查方法的比較,其結果表明兩種方法都足以用于測試和發布多種產品,特別是對于含有葡聚糖的產品重組C因子的檢查方法更為合適,在按照藥典要求得到充分驗證后,可以考慮將其作為合適的替代方法,用于檢測藥品生產過程中的內毒素。
目前重組C因子法已陸續被歐洲藥典和中國藥典收錄,作為不依賴動物鱟來源的可替代的內毒素檢測方法將是大勢所趨。
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