生物制藥中的內毒素控制：一個關鍵的質量挑戰

在生物制品的生產與應用過程中，內毒素污染是一個極易被忽視卻至關重要的風險因素。內毒素超標不僅嚴重影響產品的質量和安全性，還可能對人體造成顯著危害，是生物制藥領域必須嚴格控制的關鍵質量屬性。

內毒素是蛋白質制備過程中常見的污染物之一。即使含量少，也可能觸發強烈的免疫反應、干擾實驗結果并危及患者安全，這在免疫學、細胞與基因治療、疫苗生產等敏感應用中尤為突出。因此，超低內毒素蛋白對于確保敏感生物學和制藥應用中實驗的準確性、安全性及法規合規性至關重要。

一位生物制藥研發人員的親身經歷印證了這一點：“在我們的藥效學研究中，需要將重組蛋白作為候選治療藥物注射到小鼠模型中。義翹神州的超低內毒素蛋白產品是實驗成功的關鍵。實驗小鼠未表現出任何熱原反應或全身毒性跡象，這確保了觀察到的效應完全源于蛋白的生物活性，而非雜質或內毒素引發的非特異性炎癥。”

卓越品質，源于超低內毒素

義翹神州位于美國德克薩斯州的生物工程中心（C4B）生產的ProPure?系列產品，內毒素低至0.05 EU/mg，部分產品甚至達到0.01 EU/mg，達到行業標準的10倍以上。超低內毒素蛋白為臨床前研究、精密細胞實驗及高靈敏度檢測分析提供了更可靠的選擇。

一、內毒素的致病機制

內毒素可導致嚴重的病理生理反應，其毒性可造成多種器官功能損傷。內毒素或損傷肝細胞導致肝功能異常，或引起腎臟血管收縮發生急性腎損傷，或影響心肌細胞功能造成心率失常或心力衰竭等。內毒素還可引起腸道菌群失衡，導致腹瀉、嘔吐等胃腸道癥狀。

這些病理變化的根本機制在于內毒素激活了人體先天免疫和適應性免疫反應，誘導大量炎癥細胞分子分泌，如TNF、IL-1、IL-6、IL-8、IFN等。這些細胞因子通過結合受體，介導細胞間的信號通路，廣泛參與細胞增殖、分化、凋亡等生物學過程，進而調控細胞免疫應答和炎癥反應。

LPS脂多糖激活先天性及適應性免疫級聯反應引發疾病的機制（源自文獻：DOI: 10.1111/prd.12433）

研究發現極低濃度（＜1 ng/mL）的內毒素即可刺激白細胞產生細胞因子。0.5 ng/mL的內毒素處理馬腹膜巨噬細胞6小時后，顯著促進IL-6表達。而用10-200 ng/mL的內毒素刺激小鼠B細胞，可誘導免疫球蛋白IgM的表達。體外實驗發現，1 ng/mL的內毒素會增加大鼠主動脈環中TNF和IL-1的表達，造成收縮功能受損。同樣濃度的內毒素會提高一氧化氮合酶（NOS）活性，使大鼠心肌細胞出現收縮功能障礙。

二、內毒素控制：藥物研發的必要前提

內毒素誘發的免疫反應不僅威脅候選藥物的安全性和有效性，更會造成實驗數據失真，嚴重干擾抗體藥物的發現和開發進程。尤其是重組蛋白中存在的內毒素，可能會對藥物開發工作產生深遠的影響。

對動物免疫的干擾

在動物免疫或體內實驗中，內毒素引發的炎癥反應可導致實驗動物發生內毒素血癥，導致無法進行下一步工作，使整個研究失效。內毒素與巨噬細胞和樹突狀細胞的表面受體TLR4結合，產生的促炎細胞因子，并非靶點蛋白誘導，這會掩蓋抗體藥物的真實藥效和毒性，會造成實驗結果出現誤差或誤判，影響后續臨床劑量設計及安全性評估。

對體外實驗的干擾

樣品中殘留的內毒素可能會刺激細胞產生非特異性激活，如誘導凋亡、增強炎癥信號、細胞增殖狀態異常，出現假陽性結果。這些結果可能被誤認為是抗體藥物的活性，或者掩蓋實際治療試劑/抗原產生的微妙、特異性的信號，導致數據誤讀，最終對候選藥物作用機制得出不準確的結論。

交叉污染風險

內毒素可吸附在多種實驗材料表面，如離心管、層析樹脂、玻璃容器等，導致實驗間出現交叉污染。

三、內毒素控制的策略

在抗體藥物研發或生物制品生產中，原料、原輔材料、培養基、生產環境、設備及器械等，都可能成為內毒素的來源。因此控制內毒素污染的關鍵措施是對產品生產全過程進行控制。比如對設備、管路實行在位清洗（CIP）或在位滅菌（SIP），使用無內毒素的緩沖液、注射用水及低內毒素吸附塑料器皿。嚴格按照GMP要求進行生產，嚴格無菌操作。

內毒素耐熱、耐酸堿。常規濕熱滅菌法（121℃）不能破壞內毒素，有效的方法是滅菌法。一般為180℃ 3-4h、200℃ 60min或250℃ 30-40min。或用強堿強酸滅活內毒素，0.2M NaOH或HCl浸泡4h以上。

四、超低內毒素蛋白在生物制藥中的關鍵作用

重組蛋白是生物醫學研究和藥物開發過程中不可或缺的基礎工具，廣泛應用于藥物功能研究、機制分析、抗體發現和動物免疫等關鍵環節。內毒素含量是重組蛋白的重要質量控制指標之一。即使痕量內毒素殘留，也可能觸發免疫反應，干擾實驗結果，導致實驗數據偏差。

多項研究已正式內毒素對免疫細胞具有極高的生物學敏感性。例如，Ratthakorn團隊研究發現，極低濃度LPS（0.0025 ng/mL和0.005 ng/mL）即可分別誘導單核細胞產生TNF-α和IL-6。這一結果顯示，在涉及單核細胞的研究中，即便是極低水平的內毒素污染也可能誘發細胞因子釋放。因此，用于免疫功能研究的重組蛋白必須采用高靈敏度方法檢測內毒素殘留，并確保其處于低于定量限的水平。超低內毒素重組蛋白的應用，對于降低實驗背景噪音、提高數據可信度以及加速候選藥物的科學決策，具有重要意義。

極低濃度脂多糖即可誘導單核細胞產生TNF-α與IL-6

（源自文獻： doi：10.1186/s13104-022-05941-4）

五、義翹神州ProPure?超低內毒素蛋白及定制服務

義翹神州位于德克薩斯州的生物工程中心（C4B）采用先進的技術和設備生產ProPure?超低內毒素蛋白，內毒素水平低于定量限（BQL）（< 0.05 EU/mg），顯著優于行業標準（USP <85>：0.5 EU/mg），適用于臨床前動物研究、嚴格的細胞實驗與高敏檢測分析。同時，C4B還提供超低內毒素蛋白定制服務，滿足臨床前和藥物開發中對內毒素控制的更高標準需求。

參考文獻：

1.Pirkko J. Pussinen, et al. Periodontitis and cardiometabolic disorders: The role of lipopolysaccharide and endotoxemia. Periodontology 2000. DOI: 10.1111/prd.12433

2. Ratthakorn Chaiwut and Watchara Kasinrerk. Very low concentration of lipopolysaccharide can induce the production of various cytokines and chemokines in human primary monocytes. BMC Research Notes, 2022. https://doi.org/10.1186/s13104-022-05941-4