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技術(shù)文章

【技術(shù)報(bào)告】基于基因重組技術(shù)開發(fā)的內(nèi)毒素檢測(cè)試劑

閱讀:106          發(fā)布時(shí)間:2025-4-1

【技術(shù)報(bào)告】基于基因重組技術(shù)開發(fā)的內(nèi)毒素檢測(cè)試劑


富士膠片和光純藥株式會(huì)社 生物技術(shù)中心 福地大樹


◆前言


內(nèi)毒素,是存在革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁外膜的一種脂多糖(Lipopolysaccharide),僅需微量進(jìn)入血液便可引發(fā)發(fā)熱癥狀,大量存在時(shí)則表現(xiàn)出強(qiáng)烈的毒性,甚至導(dǎo)致內(nèi)毒素休克和死亡1。鑒于革蘭氏陰性菌在環(huán)境中的廣泛分布及其可能混入生產(chǎn)過(guò)程,加之內(nèi)毒素的耐熱性和不易滅活特性,對(duì)注射劑和醫(yī)療器械實(shí)施內(nèi)毒素污染管理顯得尤為重要。近年來(lái),隨著再生醫(yī)療、疫苗、抗體及核酸藥物等相關(guān)產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展,內(nèi)毒素管理在這些產(chǎn)品中的重要性也日益凸顯。

目前,內(nèi)毒素的檢測(cè)主要依賴于利用鱟血細(xì)胞提取物凝固系統(tǒng)的鱟試劑(LAL/TAL)。然而,為了保護(hù)鱟資源、確保鱟試劑穩(wěn)定供應(yīng)、減少產(chǎn)品批間差異及提高檢測(cè)穩(wěn)定性,各鱟試劑廠家正積極使用人工原料生產(chǎn)的基因重組蛋白來(lái)開發(fā)重組鱟試劑(rLAL)。



內(nèi)毒素測(cè)試法的檢測(cè)原理


內(nèi)毒素測(cè)試法是使用由鱟血細(xì)胞成分制備的鱟試劑進(jìn)行內(nèi)毒素檢測(cè)或定量的方法。鱟的血細(xì)胞提取物成分中存在使內(nèi)毒素凝固的反應(yīng)體系,這種凝固反應(yīng)基于多個(gè)絲氨酸蛋白酶前體依次活化的級(jí)聯(lián)反應(yīng)(圖1)。內(nèi)毒素激活鱟血細(xì)胞提取物中含有的C因子,隨后活化C因子激活B因子。然后,活化B因子再激活凝固酶前體,活化的凝固酶通過(guò)水解底物凝固蛋白原,將其轉(zhuǎn)化為凝固素,形成不溶性凝膠并凝固。在鱟血細(xì)胞提取成分中還存以G因子為起點(diǎn),與β-葡聚糖發(fā)生反應(yīng)的級(jí)聯(lián)反應(yīng),該反應(yīng)也會(huì)引起凝固反應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)內(nèi)毒素的特異性檢測(cè),需去除G因子或抑制以G因子為起點(diǎn)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。


【技術(shù)報(bào)告】基于基因重組技術(shù)開發(fā)的內(nèi)毒素檢測(cè)試劑


圖1 由內(nèi)毒素、β-葡聚糖引起的凝固級(jí)聯(lián)反應(yīng)



使用基因重組蛋白的重組鱟試劑(rLAL)試劑


目前已商業(yè)化的rLAL試劑有兩種,一種是重組C因子試劑(rFC),僅使用參與內(nèi)毒素級(jí)聯(lián)反應(yīng)三因子中的C因子;另一種是重組級(jí)聯(lián)試劑(rCR),使用與LAL試劑相同的3因子(C因子、B因子、凝固酶前體)。與rCR相比,rFC的單次檢測(cè)成本低,但是靈敏度較差,需要使用熒光底物的熒光檢測(cè)和檢測(cè)儀。而rCR的靈敏度更高,可發(fā)生顯色發(fā)應(yīng),因此和天然鱟試劑一樣可使用酶標(biāo)儀進(jìn)行檢測(cè)。近年來(lái),有報(bào)告稱B因子對(duì)于內(nèi)毒素的特異性有著重要作用2)3),因此使用含有C因子、B因子和凝固酶前體的rCR來(lái)檢測(cè)內(nèi)毒素具有重要意義。FUJIFILM Wako于2022年推出了rCR試劑PYROSTAR™ Neo。



PYROSTAR™ Neo的特點(diǎn)與改進(jìn)


PYROSTAR™ Neo是一款高靈敏度重組級(jí)聯(lián)試劑(rCR),可定量檢測(cè)低至 0.001 EU/mL的內(nèi)毒素,且操作簡(jiǎn)單,只需將凍干粉末溶解于試驗(yàn)用水即可,溶解后也具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。另一方面,由各研究機(jī)構(gòu)和鱟試劑廠家組成的重組鱟試劑共同研究小組在該產(chǎn)品上市后實(shí)施的評(píng)估結(jié)果表明,PYROSTAR™ Neo在部分水樣中對(duì)天然內(nèi)毒素的反應(yīng)性低于天然鱟試劑4)。由于生產(chǎn)用水占內(nèi)毒素檢測(cè)的比例較高,因此從安全角度來(lái)看,對(duì)天然內(nèi)毒素的反應(yīng)性低有待改進(jìn)。針對(duì)這一問(wèn)題,F(xiàn)UJIFILM Wako于2024 年 6月推出了PYROSTAR™ Neo+ 的改良版——PYROSTAR™ Neo



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PYROSTAR™ Neo+


重組級(jí)聯(lián)試劑(rCR)PYROSTAR™ Neo+,不僅繼承了前代PYROSTAR™ Neo的高靈敏度、操作簡(jiǎn)便、溶解后穩(wěn)定性優(yōu)異的特點(diǎn),還提高了對(duì)天然內(nèi)毒素的反應(yīng)性(PYROSTAR™ Neo存在的問(wèn)題)。通過(guò)對(duì)從日本全國(guó)各地采集的自來(lái)水樣品中的天然內(nèi)毒素進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試,結(jié)果顯示,與PYROSTAR™ Neo相比,PYROSTAR™ Neo+的反應(yīng)性更高,且與天然鱟試劑(ES-F)具有相同的反應(yīng)性(圖2)。由于生產(chǎn)用水占內(nèi)毒素檢測(cè)的比例較高,從安全角度考慮,PYROSTAR™ Neo+對(duì)水中內(nèi)毒素的良好反應(yīng)性具有重要意義。此外,PYROSTAR™ Neo+另一大特點(diǎn)是在藥物檢測(cè)中,標(biāo)準(zhǔn)曲線可靠,并可檢測(cè)多種藥物。


【技術(shù)報(bào)告】基于基因重組技術(shù)開發(fā)的內(nèi)毒素檢測(cè)試劑


圖2 對(duì)水中天然內(nèi)毒素反應(yīng)性的對(duì)比結(jié)果



◆結(jié)語(yǔ)


目前,天然鱟試劑仍是內(nèi)毒素檢測(cè)的主流試劑,而利用人工原料合成基因重組蛋白的重組鱟試劑的歷史較短,有待進(jìn)一步普及。國(guó)際上主流藥典對(duì)使用重組鱟試劑進(jìn)行內(nèi)毒素檢測(cè)的監(jiān)管情況如下:

· 2021年,歐洲藥典正式收錄了利用熒光法的基因重組C因子試劑(rFC)。

· 第十八版(最新版)日本藥典的參考信息中記載了“使用基因重組蛋白作為內(nèi)毒素測(cè)試法和檢測(cè)試劑的替代法"。

此外,美國(guó)藥典將于2025年5月新增允許使用重組鱟試劑(rCR、rFC)進(jìn)行內(nèi)毒素檢測(cè)的章節(jié),因此重組鱟試劑備受關(guān)注。這些發(fā)展可能會(huì)加速歐洲藥典追加收錄rCR,以及日本藥典對(duì)重組鱟試劑(rCR、rFC)的正式收錄。目前有關(guān)鱟試劑和重組鱟試劑的比較正在不斷推進(jìn)4)5),今后可能會(huì)持續(xù)推進(jìn)重組鱟試劑的使用,但需滿足制藥企業(yè)等用戶的具體需求以推動(dòng)重組鱟試劑的實(shí)際應(yīng)用,從而實(shí)現(xiàn)用戶利益與環(huán)境保護(hù)(包括鱟類生物保護(hù))的平衡。?


考文獻(xiàn)


1)棚元憲一: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, 54 (4), 341 (2023).

5)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 (4), 252 (2017).



◆產(chǎn)品列表


產(chǎn)品編號(hào)

產(chǎn)品名稱

產(chǎn)品規(guī)格

產(chǎn)品等級(jí)

293-36941

PYROSTAR™ Neo+

50 tests

(2.7ml用×1瓶)

內(nèi)毒素檢測(cè)用







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