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利用重組鱟試劑進(jìn)行內(nèi)毒素檢測(cè)
閱讀:628 發(fā)布時(shí)間:2022-6-2富士膠片株式會(huì)社 生命科學(xué)&工程研究所
福地 大樹
◆前言
內(nèi)毒素是存在于革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁外膜的脂多糖(Lipopolysaccharide),進(jìn)入血液后,只需極少量即可引發(fā)出發(fā)熱癥狀,大量存在則表現(xiàn)出強(qiáng)毒性,可導(dǎo)致內(nèi)毒素休克甚至死亡1)。由于革蘭氏陰性菌廣泛分布于環(huán)境中,存在混入生產(chǎn)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn),而混入的內(nèi)毒素具有耐熱性,不易滅活,因此要求注射劑和醫(yī)療器械接受嚴(yán)密的內(nèi)毒素污染管理。近年備受關(guān)注的再生醫(yī)療、疫苗、抗體和核酸醫(yī)藥相關(guān)的產(chǎn)品,內(nèi)毒素管理對(duì)這類產(chǎn)品而言非常重要。
目前檢測(cè)主流是使用一種利用了馬蹄蟹血細(xì)胞提取物成分凝血系統(tǒng)的試劑——鱟試劑,來(lái)檢測(cè)內(nèi)毒素,但為了保護(hù)鱟科、穩(wěn)定供應(yīng)鱟試劑、減少產(chǎn)品批間差異、提高檢測(cè)穩(wěn)定性,各鱟試劑廠家開始促進(jìn)使用人工原料生產(chǎn)的重組蛋白來(lái)研發(fā)內(nèi)毒素檢測(cè)試劑。
◆內(nèi)毒素檢查法的檢測(cè)原理
內(nèi)毒素檢查法是使用從馬蹄蟹血細(xì)胞成分制備得到的裂解試劑進(jìn)行內(nèi)毒素檢測(cè)或定量的方法。馬蹄蟹的血細(xì)胞提取物成分具有使內(nèi)毒素凝固的反應(yīng)體系,這種凝固反應(yīng)以多個(gè)絲氨酸蛋白酶前體依次活化的級(jí)聯(lián)反應(yīng)為基礎(chǔ)(圖1)。
內(nèi)毒素激活馬蹄蟹血細(xì)胞提取物中含有的C因子,隨后活化C因子激活B因子?;罨疊因子再激活凝血酶原,激活的凝血酶將凝血蛋白原底物水解,并將其轉(zhuǎn)化為凝固蛋白,生成不溶性凝膠。
另外,在馬蹄蟹血細(xì)胞提取物中,級(jí)聯(lián)反應(yīng)還會(huì)以G因子為起點(diǎn),與β-葡聚糖發(fā)生反應(yīng),由β-葡聚糖引起凝血反應(yīng)(圖1)。若想要特異性檢測(cè)內(nèi)毒素,需要通過(guò)去除G因子或抑制以G因子為起點(diǎn)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)來(lái)檢測(cè)。
圖1. 由內(nèi)毒素、β-葡聚糖引起的凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)
◆內(nèi)毒素的檢測(cè)方法
內(nèi)毒素檢測(cè)大致可分為以下3種:凝膠法(以裂解物試劑的凝膠形成作為指標(biāo))、濁度法(檢測(cè)伴隨凝膠化變化的吸光度或透射率來(lái)測(cè)定濁度變化)、顯色法(以合成底物水解產(chǎn)生的顯色作為指標(biāo))。顯色法比凝膠法、濁度法的靈敏度要高。利用重組蛋白的內(nèi)毒素檢測(cè)試劑中,除了使用顯色合成底物的顯色法之外,還有熒光合成底物的檢測(cè)方法。
◆利用重組蛋白的內(nèi)毒素檢測(cè)試劑
目前各公司銷售的重組蛋白內(nèi)毒素檢測(cè)試劑可分為兩種,使用C因子重組蛋白的單因子鱟試劑和使用C因子、B因子、凝血酶原重組蛋白的三因子鱟試劑(圖2)。
單因子試劑由于級(jí)聯(lián)反應(yīng)沒(méi)有放大,產(chǎn)生的蛋白酶活性小,需要使用熒光底物進(jìn)行熒光檢測(cè)。三因子體系試劑與單因子體系試劑相比,酶活性較大,可產(chǎn)生顯色反應(yīng),因此可以用普通的酶標(biāo)儀來(lái)檢測(cè)。
另外,近年有報(bào)告稱,B因子對(duì)內(nèi)毒素的特異性具有重要作用2,3),相比只含有C因子的單因子鱟試劑,含C因子、B因子和凝血酶原三因子鱟試劑更接近于天然鱟試劑。富士膠片和光一直致力于研發(fā)三因子重組鱟試劑,目前最新推出的使用重組蛋白的重組鱟試劑(PYROSTAR™ Neo),有著良好的檢測(cè)性能。
圖2. 利用重組蛋白的內(nèi)毒素檢測(cè)試劑種類
◆PYROSTAR™ Neo
本次富士膠片和光發(fā)售的重組鱟試劑PYROSTAR™ Neo,具有以下的特點(diǎn):對(duì)空白值進(jìn)行了控制,空白值更低,因此可檢測(cè)到更低的內(nèi)毒素濃度(表1)。另外,使用顯色法進(jìn)行檢測(cè)是裂解試劑的常規(guī)分析方法之一,重組鱟試劑PYROSTAR™ Neo檢測(cè)和分析時(shí)可使用能夠進(jìn)行動(dòng)力學(xué)測(cè)定的恒溫酶標(biāo)儀和軟件進(jìn)行讀數(shù)。PYROSTAR™ Neo可以定量0.001 EU/mL~50 EU/mL范圍內(nèi)的內(nèi)毒素濃度,并能夠獲得線性良好的標(biāo)準(zhǔn)曲線(相關(guān)系數(shù)在0.980以上)。
表1. PYROSTAR™ Neo與其他公司產(chǎn)品的比較
PYROSTAR™ Neo | 其他公司產(chǎn)品1 | 其他公司產(chǎn)品2 | 其他公司產(chǎn)品3 | |
因子 | 三因子系統(tǒng) | 單因子系統(tǒng) | ||
定量范圍 (EU/mL) | 0.001~50 (顯色時(shí)間分析法) | 0.005~50 (顯色時(shí)間分析法) 0.002~0.1 (反應(yīng)速度法) | 0.005~5 | 0.005~50 |
檢測(cè)方法 | 顯色法 | 顯色法 | 熒光法 | 熒光法 |
◆結(jié)語(yǔ)
目前內(nèi)毒素檢測(cè)試劑多為以鱟血為原料的裂解液鱟試劑,而使用人工重組蛋白的內(nèi)毒素檢測(cè)試劑,其歷史較短,并未得到廣泛應(yīng)用。
在此背景下,為推進(jìn)重組鱟試劑的應(yīng)用,2021年歐洲藥典收錄了采用熒光法的重組C因子鱟試劑并作為常規(guī)檢測(cè)方法。在日本藥典第十八次修訂的最新版本中,收錄了《內(nèi)毒素檢測(cè)方法與使用重組鱟試劑的替代法》(「エンドトキシン試験法と測(cè)定試薬に遺伝子組換えタンパク質(zhì)を用いる代替法」)作為補(bǔ)充參考信息,但重組鱟試劑并不屬于內(nèi)毒素檢查法中規(guī)定的“馬蹄蟹血細(xì)胞提取物成分制備的裂解試劑"。同樣,美國(guó)藥典也將重組鱟試劑視為替代法。據(jù)報(bào)告,使用替代法時(shí),相比使用裂解試劑的內(nèi)毒素檢查法,需要對(duì)這兩種方法進(jìn)行對(duì)比研究,確保重組鱟試劑有相同或更高水平的真實(shí)性、準(zhǔn)確度、靈敏度、特異性等 4)。
今后富士膠片和光將會(huì)繼續(xù)推進(jìn)重組鱟試劑應(yīng)用于內(nèi)毒素檢測(cè)中的研究,但需滿足真實(shí)性、準(zhǔn)確度、靈敏度、特異性這幾點(diǎn)才能滿足考慮替代法的制藥公司等用戶的需求。我們將繼續(xù)推進(jìn)鱟試劑的研究,努力實(shí)現(xiàn)用戶需求、環(huán)境和馬蹄蟹保護(hù)之間的平衡。
◆參考文獻(xiàn)
1)棚元憲一:エンドトキシンと醫(yī)薬品の品質(zhì)管理,國(guó)立醫(yī)薬品食品衛(wèi)生研究所報(bào)告,126,19(2008).
2)Kobayashi, Y. et al. : J. Biol. Chem., 290, 19379 (2015).
3)Tsuchiya, M. : Int. J. Dev. Res., 10, 36751 (2020).
4)菊池裕 他:醫(yī)薬品醫(yī)療機(jī)器レギュラトリーサイエンス,48,252(2017).
◆相關(guān)產(chǎn)品
內(nèi)毒素檢測(cè)重組鱟試劑 PYROSTAR™ Neo:http://labchem.fujifilm-wako.com.cn/product/show/908.html