Endotoxinas: O que são e suas consequências no setor industrial

Endotoxina bacteriana ou lipopolissacarídeo (LPS) é uma molécula que se encontra abundantemente na membrana externa das bactérias gram-negativas. No entanto, a endotoxina é um contaminante comum de produtos médicos derivados de bactérias. Sua presença pode provir de componentes intrínsecos do processo de fabricação ou de contaminação acidental do produto.

A endotoxina pode causar choque endotóxico ou séptico, lesão tecidual e até morte. No entanto, os processos inflamatórios que podem levar a febre, vômitos, diarreia, alterações na contagem de leucócitos e hipertensão arterial são consequências mais comuns quando consumida junto com algum produto contaminado. Assim, a remoção dessas endotoxinas antes da liberação de produtos é, portanto, necessária para evitar doenças no receptor de um medicamento, por exemplo.

O que são as endotoxinas?

Trata-se de um lipopolissacarídeo (LPS), ou seja, uma forma de um açúcar. É uma substância tóxica ligada à parede celular das bactérias gram-negativas. Antigamente, acreditava-se que as endotoxinas se libertavam quando a bactéria morria. No entanto, atualmente tem-se a certeza de que a bactéria liberta pequenas quantidades de endotoxinas como parte do seu metabolismo normal, ainda que a maior parte se mantenha retida dentro da célula.

Os LPS têm a estrutura dividida em três principais componentes: o antígeno O, um núcleo composto por um oligossacárido e o lipídio A. O primeiro componente é chamado de antígeno porque é um receptor de reconhecimento para o hospedeiro ou para a resposta imunitária humana. O antígeno O consiste numa sequência repetitiva de glicanos. Esta sequência é variável e produz diferentes tipos de antígenos O. A saber, existem aproximadamente 160 tipos conhecidos unicamente da bactéria E. coli.

O domínio do núcleo dos LPS contém várias cadeias de açúcares além de componentes não glicídicos, enquanto a molécula do lipídio A é o componente menos variável dos LPS. Esta molécula adere os LPS à parede celular. Quando a parede celular se degrada, o lipídio A liberta-se da parede bacteriana e torna-se o componente responsável pelos efeitos tóxicos e inflamatórios dos LPS sobre o corpo humano.

Endotoxina nos processos produtivos

Uma das maiores preocupações na indústria alimentícia, cosmética e biofarmacêuticas de um modo geral é o problema da contaminação por endotoxinas (LPS). Conhecidas também como pirogênio exógeno, é capaz de gerar quadros inflamatórios a saúde humana se seus níveis não estiverem dentro dos padrões estabelecidos .

O controle de endotoxinas deve ocorrer desde a água de formulação até o produto acabado. Por esta razão, a utilização de materiais apirogênicos deve ser prioridade nos processos de produção.

São contaminantes frequentes em soluções aquosas/fisiológicas e produtos obtidos pela tecnologia de ADN recombinante em modelo bacteriano. Devido a seus efeitos biológicos in vivo e in vitro, sua detecção e remoção são essenciais para a administração parenteral segura dos produtos injetáveis, principalmente.

Processos de Inativação e Remoção da Endotoxina

A endotoxina é notoriamente resistente à destruição pelo calor, dessecação, pH extremos e vários tratamentos químico. Por isso, a validação do processo para sua destruição ou remoção na produção é um fator primordial para o fabricante.

Os métodos tradicionais aplicados nas indústrias, como esterilização em autoclaves ou a ultrafiltração, têm pouco efeito na eliminação da endotoxina. A melhor alternativa atual é a despirogenização em forno, à temperatura de 250ºC por 30 minutos ou 180ºC por 3 horas.

A inativação pode ser obtida pela detoxificação da molécula de LPS usando tratamentos químicos que quebrem pontes lábeis ou bloqueiem sítios necessários à atividade pirogênica: hidrólise ácida, oxidação com peróxido de hidrogênio, hipoclorito de sódio, periodato de sódio, permanganato de potássio diluído, alquilação com anidrido acético e succínico, ou mesmo óxido de etileno. Outros processos que levam à inativação de endotoxinas são: tratamento por calor seco, radiação ionizante e tratamento com o antibiótico polimixina B.

Hidrólise Ácido-base

A hidrólise ácida ocorre na ligação do lipídeo A com o núcleo de polissacarídeos separando o lipídeo A do restante da molécula. Quando isolado é insolúvel em meio aquoso tem sua atividade pirogênica reduzida ou eliminada.

Oxidação

O peróxido de hidrogênio é efetivo na eliminação do pirogênio da Água Estéril para Injeção USP, solução salina normal e salina dextrose, com vantagem adicional da ausência de peróxidos em seu final. O processo é dependente do tempo, pH e concentração. Existem outros agentes oxidantes a serem citados, como ácido hipoclorito, ácido periódico, permanganato de potássio diluído, neutro, ácido nítrico, dicromato e dióxido de selênio.

Alquilação

O tratamento de endotoxinas com agentes alquilantes, como anidrido acético e succínico, promove redução de atividade pela acetilação e succinilação, respectivamente. O óxido de etileno é um forte agente alquilante com ação eficaz na destruição de endotoxinas. Este tipo de esterilização é usada para materiais que são sensíveis ao calor e à umidade, além de outras preparações termolábeis, como antibióticos e outros medicamentos.

Tratamento por Calor Seco

Usado para materiais resistentes à temperatura, a inativação ocorre pelo tratamento de calor seco obtido em estufas ou túneis de convecção, condução ou irradiação (Infravermelho). O método padrão é de exposição a não menos de 250 °C, por não menos que 30 minutos, sendo o mecanismo de inativação a incineração. O tratamento por calor seco é realizado em estufas específicas para este fim, que funcionam com gás ou eletricidade, controladas por termostato. Entretanto, este tratamento é considerado menos eficaz para matar microrganismos do que o calor úmido.

Polimixina B

A polimixina B é um antibiótico catiônico que pode anular a atividade biológica da endotoxina, embora mais estudos sejam necessários para esclarecer a sua ação.

Radiação Ionizante

Esse método consiste em reduzir a toxicidade das endotoxinas (alterações físicas e biológicas) contudo aumenta a chance de alterações químicas de fármacos e soluções parenterais. Alguns riscos de toxicidade superam o que é benéfico com relação às propriedades do método. A radiação aplicada em produtos farmacêuticos altera as substâncias presentes nos microrganismos ou as que os protegem. A destruição celular, que é irreversível e completa, ocorre através de uma combinação de efeitos da radiação.

Produtos estéreis sejam injetáveis ou não, bem como suas matérias-primas ou materiais envolvidos na fabricação ou embalagem têm por obrigatoriedade a realização do ensaio de endotoxinas bacterianas, uma vez que, os níveis de pirogênio tornaram-se cruciais na liberação de produtos, principalmente, farmacêuticos.

Existem diferentes metodologias in vitro e in vivo relacionadas ao controle de endotoxinas na indústria. Mas é necessário que os processos de inativação, remoção e testes para detecção desse tipo de contaminante sejam cada vez mais eficazes. E principalmente, entender que esses processos trazem um grande benefício à etapa de distribuição de produtos preparados para comércio que acabam por interagir com o corpo humano.

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Referências:

• Controle de Endotoxina na indústria Farmacêutica – Análise dos Métodos In Vivo e In Vitro – DAYANE SANTOS GUIMARÃES – Rio de Janeiro – 2017 – Fundação Oswaldo Cruz – Instituto de Tecnologia em Fármacos – FARMANGUINHOS – Pós-graduação em Tecnologias Industriais Farmacêuticas
• https://www.wakopyrostar.com
• https://www.portalsaofrancisco.com.br/
• http://www.forp.usp.br