细菌内毒素测试(第一部分)

所有注射用药品和与血液或脊髓液接触的植入式医疗设备都需要进行内毒素测试(Bacterial Endotoxin Testing, BET),以确保患者安全。

什么是内毒素? 内毒素是脂多糖(lipopolysaccharides),是革兰氏阴性细菌(Gram-negative bacteria)的致病因子,这些细菌会导致革兰氏阴性休克(Gram-negative shock)。

内毒素存在于革兰氏阴性细菌的细胞壁中,可以在高等生物体内引发炎症和发热的免疫反应。对内毒素的反应可能导致过敏性休克和患者死亡。内毒素是细菌的结构成分,当这种细胞被裂解时会释放出来,会引起发热反应(pyrogenic response,体温升高)。因此,对于注射或植入的药物和医疗设备,必须测试其内毒素含量。就医疗设备而言,与心血管系统(cardiovascular system)、淋巴系统(lymphatic system)或脑脊液(cerebrospinal fluid)有直接或间接接触的设备应进行BET。

热原和内毒素有什么区别? 热原(Pyrogens)是引起发热的因子;它们是在哺乳动物体内引起体温升高的因素,可能是注射用产品的污染物。许多生物制品(biologics)、疫苗(vaccines)和细胞及基因治疗(cell and gene therapies)可能会本质上在患者中引起热原反应。

在制造注射用药物和医疗设备中,最主要且最强的热原性污染物是细菌内毒素,它们是革兰氏阴性细菌(GNB)细胞壁的成分。

并非所有的热原都是内毒素,但所有的内毒素都是热原。

内毒素与GNB的外细胞膜是一体的。即使细胞死亡,内毒素可能仍在细胞壁碎片中保持活性,因此材料可能是无菌的,但仍然可能含有内毒素。内毒素可以通过药品成分(包括水)、原材料(尤其是天然来源的)、活性药物成分(Active Pharmaceutical Ingredients, API)、药品配方的赋形剂、包装组件、制造设备引入到过程流中。

如何在药品/医疗设备中检测内毒素? 有几种方法可用于进行内毒素测试,包括体内兔热原试验(in vivo rabbit pyrogen test)和鲎(Limulus)溶血细胞溶解液(Limulus Amebocyte Lysate, LAL)体外试验。

兔热原试验(Rabbit Pyrogen Test, RPT)最初被制药和食品工业以及研究实验采用。然而,RPT相对复杂,需要在注射后的3小时内大约每30分钟测量一次动物的体温。如果只是需要检测样品中是否存在内毒素,LAL方法更为适用。LAL的基本原理是内毒素可导致鲎(Limulus polyphemus)血细胞(amoebocytes)溶解,在所释放的一系列酶的作用下,最终导致凝血。

LAL试验是否得到监管机构的批准? 美国药典(United States Pharmacopoeia, <85>和<1085>)和欧洲药典(European Pharmacopoeia, 2.6.32)批准LAL试验作为内毒素检测的药典分析法,用于注射用药物的质量检测。LAL方法还用于评估医疗设备,如一次性设备和植入物(Implant)。这是通过用无热原水(Pyrogen-Free Water, PFW)提取测试产品并检测提取液中的内毒素来完成的。

LAL的常见方法有以下三种:

  1. 凝胶凝块(gel clot)
  2. 动态比色(kinetic chromogenic)
  3. 动态浊度法(kinetic turbidimetric)。

凝胶凝块是一种用于筛选内毒素存在的定性或半定量测试,凝胶形成则表明内毒素存在,如果没有凝胶形成,代表样品检测不到内毒素。凝胶凝块LAL测试方法不需要检测设备或软件,只需人眼来确定药物孵化后是否发生了凝胶凝结。这种纯定性的LAL测试方法简单、经济,但灵敏度较低(Limit of Detection, LoD为0.015至0.5内毒素单位/毫升);它适合在产品开发初期进行快速非正式测试。

动态比色和动态浊度法可以用于内毒素的定量,用于更准确的试验,如产品质量检测。

尽管RPT的灵敏度远低于LAL,但RPT确实可以测试内毒素和非内毒素热原(Non-Endotoxin Pyrogens, NEPs)。1977年,FDA允许LAL替代RPT来检测药品和医疗设备中的内毒素,对新药只需要进行一次NEPs测试。所有国际药典都推荐LAL作为检测内毒素的方法。


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