用膜过滤去除内毒素的方法

内毒素是一种具有热稳定性的有毒物质,通常能耐受常用的灭菌温度,例如干热或高压灭菌,短时间可以承受高达 250°C 的温度而不会明显退化,所以仅靠传统的加热方法不足以消除内毒素,它与某些类型的革兰氏阴性细菌的外膜有关,属于细菌细胞壁的一部分,在细菌裂解或分裂时可以释放出来,从化学角度来看,内毒素是脂多糖 (LPS) 的一种,由脂质和多糖通过共价键连接而成。

内毒素 (LPS) 的分子结构由三个主要部分组成:

O-由菌体特异性多糖:这是一种向外延伸的多糖链, LPS 的最外层部分,由寡糖的重复单元组成,它在不同类型的细菌中可能有所不同,O 抗原在细菌菌株之间差异很大,在细菌识别和免疫反应中发挥作用。

非特异性核心多糖:该区域连接脂质 A 和 O 抗原,细菌的种类不同结构有所不同,它的存在有助于 LPS 的免疫原性

脂质 A:这是 LPS 分子的内毒素部分,它嵌入细菌外膜内。

内毒素中特别是脂质 A,可以在人类和动物中引发强烈的免疫反应,当细菌感染或细胞裂解过程中释放到血液,会与免疫细胞上的 Toll 样受体 4 (TLR4) 结合,引发一系列炎症反应,会导致促炎细胞因子的释放、免疫细胞的激活以及发烧、低血压和器官功能障碍等全身效应。

有几种常用的方法来去除或降低内毒素水平,如过滤法,吸附法,化学处理,高温处理等,这里主要介绍一下微孔膜过滤的方法。

内毒素中的脂质A是细菌物种中LPS最保守的结构,它主要负责内毒素的毒性活性,由高度酰化和磷酸化的二糖主链组成,由于磷酸根羧基的存在,内毒素带有净负电荷,它会影响了分子的溶解度、与其他分子的相互作用以及免疫细胞的识别,从膜过滤的角度来考虑消除内毒素,就可以选择带有正电荷的过滤膜。

一些常规的过滤膜可以去除细菌,但不能去除它们释放的内毒素,只有截留分子量 (MWCO) 小于内毒素大小的超滤膜可用于去除溶液中的内毒素,另外由于纳滤膜和反渗透膜的孔径较小,因此也可以使用,如果采用带有正电荷的微孔过滤膜,则是比较合适的选择,一方面可以通过孔径进行截留,还可以利用吸附的功能去除内毒素。

从溶液中去除内毒素,特别是用于医疗或制药用途的溶液,是一项复杂的任务,都是在受控条件下进行,为了确保完全去除这些潜在的有害物质,多选用最精密的过滤方法,或是各种措施的组合,以求达到最理想的效果。