Deteção da endotoxina em Nano-formulações usando Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) ensaios

Uma endotoxina é um bloco de construção da parede de pilha bacteriana gram-^1,2. Ele pode ativar as células do sistema imunológico em muito baixas concentrações de (picograma)^1,2. Os mediadores proinflammatory (citocinas, leucotrienos, eicosanoides, etc) produzidos pelas células em resposta a uma endotoxina são responsáveis pela febre, hipotensão, hipertensão e mais graves problemas de saúde, incluindo a falência múltipla de órgãos ^{1 , 2 , 3}. a severidade dos imune-mediada-efeitos colaterais provocados a endotoxina depende de sua potência determinada pela estrutura e composição de endotoxinas e medido em unidades de endotoxina internacional (IUs ou EUs)³. O número dessas unidades por quilograma de peso corporal é usado para definir uma dose pirogénica limiar da endotoxina. Esta dose é que 5 EU/kg para medicamentos administrados através de todas as rotas, mas a via intratecal. Drogas dosadas por metro quadrado de superfície corporal, fluidos intra-ocular, radiofármacos e produtos administrado via intratecal rota têm uma dose pirogénica limiar diferente, que é 100 EU/m², 0.2 EU/mL, EU 175/V (onde V é o volume do produto destinado a administração) e EU 0.2/kg, respectivamente⁴. Mais detalhes sobre a dose pirogénica limiar para vários medicamentos e dispositivos são fornecidos e discutiram em outra parte^4,5,6.

Animais variam muito em sua sensibilidade para reações mediadas por endotoxinas. Os seres humanos, os primatas não-humanos e coelhos estão entre as espécies mais extremamente sensíveis a endotoxinas³. Para evitar mediada por endotoxina de efeitos colaterais em pacientes e evitar conclusões imprecisas de toxicidade pré-clínica e estudos de eficácia, é essencial para detectar com precisão e quantificar endotoxinas em ambas as formulações de grau e pré-clínicos. Vários métodos atualmente disponíveis podem realizar esta tarefa. Um deles é o ensaio de Limulus Amoebocyte Lysate (LAL), que é comumente usado em todo o mundo para a tela de produtos biomédicos para a potencial contaminação de Endotoxinas, bem como para detectar infecções bacterianas^7,8,9. O lisado é preparado a partir amoebocytes, as células presentes no sangue de caranguejos-ferradura Limulus polyphemus residentes na costa leste do continente da América do Norte⁷. Curiosamente, há poucas espécies diferentes de caranguejos-ferradura (Tachypleus gigas e Tachypleus tridentatus) em Ásia¹⁰. O Tachypleus Amoebocyte Lysate (TAL) é usado em vários países asiáticos para a detecção de endotoxina semelhante como o leite é usado em outros cuntries¹⁰. Os lysates (LAL e TAL) contêm um grupo de proteínas que, após a ativação, conferir atividade de protease. Uma destas proteínas, o chamado Factor C é ativada em caso de contacto com endotoxina. Ativado fator C cliva o fator B, que por sua vez também se torna uma protease e fende uma pro-coagulação enzimática para produzir uma enzima de coagulação. O resultado dessa cadeia de reações é a formação de um gel, um aumento na turbidez da amostra e, na presença de um substrato cromogénico, a aparência de um produto colorido, que servem como base para gel-coágulo, turbidez e ensaios cromogênico, respectivamente. Enquanto não há nenhum formato obrigatório da LAL, a Food and Drug Administration (FDA) explica na orientação para documento da indústria, que, em caso de discrepância nos resultados do teste entre diferentes formatos LAL, a decisão é feita com base no ensaio de gel-coágulo⁵ .

Muitos comumente utilizados produtos químicos de laboratório (ex., EDTA) e ensaios de drogas conhecida produtos (por exemplo, penicilina) interferem com LAL¹¹. A interferência é geralmente identificada por avaliar a recuperação do padrão de endotoxina cravado em uma concentração conhecida em uma solução contendo o material de ensaio. Se a recuperação de pico é menor do que 50% ou mais de 200%, então o resultado da LAL do ensaio para o material determinado teste é inválido devido à inibição ou realce, respectivamente⁴. Formulações à base de nanotecnologia são muitas vezes complexas e interferem com o leite através de uma variedade de mecanismos^12,13,14. Muitas abordagens têm sido descritas para superar a interferência: reconstituição de amostra em buffers específicos e surfactantes, inativação de proteínas por aquecimento, destruição de materiais ocos baseados em lipídios por aquecimento e completando a amostra com excesso cátions divalentes^{5,12,13,14,15}. Métodos alternativos para situações em que a interferência de leite não pode ser superada também têm sido descritos: ELISA, uma célula de repórter HEK-TLR4 linha de ensaio e espectrometria de massa^{16,17,18, 19}.

Neste documento, os procedimentos experimentais para a realização de ensaios LAL cromogênico, turbidez e gel-coágulo são descritos. Estes ensaios também estão disponíveis no site laboratório de caracterização de nanotecnologia (NCL)²⁰ em protocolos STE1.2 (turbidez LAL), STE1.3 (gel-coágulo LAL) e STE1.4 (LAL cromogênico). Recomenda-se realizar pelo menos dois formatos diferentes para caracterizar a mesma formulação-nano. Quando resultados de turbidez e LAL cromogênica discordam, os resultados do gel-coágulo são considerados⁵. Quando os resultados dos dois formatos LAL discordam, adicionais de conclusões de estudos usando o teste de ativação de monócitos (esteira) ou teste de pirogênio coelho (RPT) para verificar LAL são realizados²¹. É importante notar que cada método utilizado para detecção de endotoxinas e avaliação pirogénicos tem vantagens e limitações^21,22,23,24. Reconhecer as limitações do procedimento usado para caracterizar uma formulação de determinada nanotecnologia é essencial para obter justificação científica para a utilização do procedimento ideal para essa formulação-nano.

Neste estudo, doxorrubicina lipossomal peguilado foi usada como uma formulação de nanopartículas de modelo. Esta formulação foi aprovada pela FDA em 1995 e usada no tratamento de pacientes de câncer em todo o mundo²⁵.

1. preparação das amostras de nanopartículas

1. Prepare a amostra de estudo em LAL grau água.
2. Se o pH da amostra está fora do intervalo de 6-8, ajuste o pH usando apirógena hidróxido de sódio ou ácido clorídrico.
3. Usando leite água grau preparar várias diluições da amostra do estudo. Certifique-se que a maior diluição que não ultrapasse a máxima diluição válida (MVD). Consulte a seção de discussão para obter detalhes sobre a estimativa de MVD.

2. preparação dos reagentes comuns entre formatos LAL

1. Diluir o estoque de hidróxido de sódio concentrado usando água reagente LAL livre de pirogênio para preparar uma solução de trabalho em uma concentração de 0,1 N.
2. Diluir o estoque de ácido clorídrico concentrado usando água de reagente LAL livre de pirogênio e preparar uma solução de trabalho em uma concentração final de 0,1 N.
3. Preparação da endotoxina padrão de controle (CSE)
   1. Reconstitua o CSE de acordo com o certificado de análise fornecida pelo fabricante.
      Nota: Consulte a seção de discussão para observações importantes sobre as informações fornecidas no certificado. Consulte a Tabela de materiais para os detalhes a respeito do número de catálogo e aplicação de uma determinada formulação de CSE em diferentes formatos LAL.
4. Preparação do reagente LAL
   1. Reconstitua o reagente LAL de acordo com o certificado de análise fornecida pelo fabricante.
      Nota: Consulte a seção de discussão para obter detalhes importantes sobre a preparação do reagente LAL. Consulte a Tabela de materiais para os detalhes a respeito do número de catálogo e aplicação de uma determinada formulação de reagente LAL em formato diferente do leite.

3. turbidez LAL ensaio

1. Preparação dos padrões de calibração
   1. 900 µ l de água de grau LAL e 100 µ l do CSE, prepare diluições intermediárias como muitos conforme necessário para permitir a preparação de uma calibração padrão com um intervalo de concentração de 0.001 a 1 EU/mL.
   2. Primeiro rótulo tubos e adicionar 900 μL de água LAL grau em cada tubo. Em seguida, adicione 100 μL de 10 solutionn EU/mL para preparar padrão de calibração com concentração de 1EU/mL.
   3. Repita a série 10 vezes diluição conforme descrito acima para preparar três padrões de calibração inferiores. Verificar que quatro padrões de calibração que variam de 0,001 a 1 EU/mL foram preparadas.
2. Preparação dos controles de qualidade
   1. Prepare um controle de qualidade EU/mL 0,05 combinando-se 50 µ l da 1 solução CSE EU/mL com 950 ml de água LAL-grau.
      Nota: Consulte a seção de discussão para obter detalhes sobre a preparação de controle.
3. Preparação de controles de inibição/Enhancement (IEC)
   1. Prepare o IEC com concentração de 0,05 EU/mL através da combinação de 25 µ l da 1 solução CSE EU/mL e 475 µ l do nanomaterial de teste em uma determinada diluição.
      Nota: Consulte a seção de discussão para obter detalhes adicionais.
4. Procedimento experimental
   1. Permitir que o instrumento aquecer por ligá-lo aproximadamente 30 min de antecedência. Set-up o comprimento de onda de deteção de 660 nm como isto é apropriado para o turbidity da LAL.
   2. Entrar digitando o nome de usuário e senha.
   3. Abra o software (Tabela de materiais), clicando no ícone correspondente na tela do computador.
   4. Selecione a coletar dados na tela inicial do software. Digite as informações de grupo de identificação e dados de teste no espaço correspondente na aba geral na tela inicial.
   5. Clique na guia Hardware escolha o tipo de instrumento de um menu dropdown.
   6. Set-up o comprimento de onda de deteção de 660 nm como isto é apropriado para a turbidez LAL, selecionando o método de turbidez LAL.
   7. Verifique se um número de série, ID de sistema e informações de porta serial aparecem na tela. Clique Okey. Clique Okey mais uma vez para confirmar.
   8. Insira o ID de amostra na mesma ordem que a amostra é testada. Use botões padrão para inserir o controlo negativo, amostras de curva e teste padrão.
   9. Preparar tubos duplicados para cada amostra e adicionar 200 µ l (teste de proporção 4:1) ou 100 µ l (teste de proporção 1:1) de controlo negativo (água), padrões de calibração, controle de qualidade, nanopartículas IEC e teste em tubos de vidro previamente rotulado.
   10. Adicione 50 µ l (teste de proporção 4:1) ou 100 µ l (teste de proporção 1:1) de reagente LAL ao primeiro teste frasco, vórtice que brevemente e insira no teste slot no carrossel do instrumento. Se a proporção de 1:1 é usada, o volume de reagente LAL é 100 µ l.
   11. Repita o procedimento descrito acima para as outras amostras. Processo de amostras de um de cada vez.
       Nota: Consulte a seção de discussão para mais detalhes.

4. cromogênico LAL

1. Preparação de padrões de calibração
   1. 900 µ l de água de grau LAL e 100 µ l do CSE, prepare diluições intermediárias como muitos conforme necessário para permitir a preparação de um padrão de calibração com uma concentração de 1 EU/mL.
   2. Água de LAL-série 900 µ l e 100 µ l da 1 padrão de calibração EU/mL, prepare um segundo padrão de calibração em uma concentração de 0.1 EU/mL.
   3. Repita a série 10 vezes diluição conforme descrito acima para preparar dois mais baixos padrões de calibração. Verificar que quatro padrões de calibração que variam de 0,001 a 1 EU/mL foram preparadas.
2. Elaboração de controles de qualidade.
   1. Prepare um controle de qualidade EU/mL 0,05 combinando-se 50 µ l da 1 solução CSE EU/mL com 950 ml de água LAL-grau.
      Nota: Consulte a seção de discussão para obter detalhes sobre a preparação de controle.
3. Preparação de controles de inibição/Enhancement (IEC)
   1. Prepare-se 0,05 EU/mL combinando 25 μL da 1 solução CSE EU/mL com 475 μL de teste nanomaterial.
      Nota: Consulte a seção de discussão para obter detalhes adicionais.
4. Procedimento experimental
   1. Permitir que o instrumento aquecer por ligá-lo aproximadamente 30 min de antecedência. Set-up o comprimento de onda de deteção de 405 nm como isto é apropriado para o turbidity da LAL.
   2. Abra o software clicando no ícone correspondente na tela do computador. Entrar digitando o nome de usuário e senha.
   3. Selecione a coletar dados na tela inicial do software. Insira informações de grupo de identificação e dados de teste no espaço correspondente na aba geral na tela inicial.
   4. Clique na guia Hardware escolha o tipo de instrumento de um menu dropdown. Escolha o instrumento.
   5. Verifique se um número de série, ID de sistema e informações de porta serial aparecem na tela. Clique Okey. Clique Okey mais uma vez para confirmar.
   6. Insira o ID de amostra na mesma ordem que a amostra é testada. Use botões padrão para inserir o controlo negativo, amostras de curva e teste padrão.
   7. Preparar tubos duplicados para cada amostra e adicionar 200 µ l (teste de proporção 4:1) ou 100 µ l (teste de proporção 1:1) de controlo negativo (água), padrões de calibração, controle de qualidade, nanopartículas IEC e teste em tubos de vidro previamente rotulado.
   8. Adicione 50 µ l (teste de proporção 4:1) ou 100 µ l (teste de proporção 1:1) de reagente LAL ao primeiro teste frasco, vórtice que brevemente e insira no teste slot no carrossel do instrumento. Se a proporção de 1:1 é usada, o volume de reagente LAL é 100 µ l.
   9. Repita o procedimento descrito acima para as outras amostras. Processo de amostras de um de cada vez.

5. gel-coágulo LAL

Nota: Este teste identifica a presença de endotoxinas na amostra baseado na observação visual e deteção de um coágulo no tubo de reação. As etapas experimentais são descritas abaixo. Use uma folha de bancada para gravar os resultados. Esta folha de banco não é obrigatória, e outras formas de gravar os resultados do ensaio são igualmente aceitáveis. Um exemplo de tal uma folha do banco é fornecido em materiais complementares para a conveniência de um leitor. Lambda (l) é a sensibilidade do ensaio do gel-coágulo e 0,03 EU/mL.

1. Rotule como muitos tubos de reação conforme necessário para acomodar o número de amostras analisadas. Consulte a folha de banco para obter detalhes sobre o número de repetições usado na etapa 1, etapa 2 e etapa 3 do ensaio.
2. Alíquotas de 100 μL de amostra de água, controles ou teste por tubo.
3. Prepare o CSE tal que a concentração final é igual a 4λ.
4. Combine a 100 μL do padrão mencionado acima com 100 μL de amostra de água ou teste para obter a concentração final do CSE de 2λ. Repita mais três vezes para conseguir lambda e metade-lambda e lambda de um quarto.
5. Certifique-se de que a temperatura em banho-maria a 37 ° C.
6. Adicionar 100 μL de lisado por tubo de ensaio, vórtice brevemente e coloque o Carré com todos os tubos em banho-maria por 1h.
7. Inverta o tubo com um movimento suave.
8. Resultados registros manualmente usando "+" (coágulo firme) ou "-" (sem coágulo ou coágulo solta) na folha de banco.
9. Prosseguir com a análise de acordo com a USP aposta 85⁴; use a folha de banco como material de apoio

O exemplo de dados gerados após o teste esta formulação em ensaios LAL é mostrado na tabela 1. Doxorrubicina lipossomal peguilado interferiu com LAL cromogênico a diluição 5. No entanto, esta interferência foi superada pelo maiores diluições. Recuperação de Spike foi entre 50 e 200% quando esta formulação foi testada em diluições 50 e 500 turbidez e LAL cromogênico, bem como a diluição 5 na turbidez LAL. Quando ajustado pelo factor de diluição, os resultados foram consistentes entre as diluições em ambos os ensaios. Além disso, os resultados foram consistentes entre os três ensaio formatos.

Tabela 1: deteção da endotoxina em peguilado ensaios de doxorrubicina lipossomal usando LAL. Peguilado doxorrubicina lipossomal foi testada usando turbidez, cromogênico e gel-coágulo LAL ensaios. Interferência de amostra foi estimada usando IECs. Recuperação de pico é mostrada entre parênteses. Valores entre 50 e 200% são considerados aceitáveis de acordo com a USP aposta 85 padrão para endotoxina deteção4. * e * * os resultados de teste desta amostra foram obtidos em diluições 100 e 200, respectivamente. As diluições de ensaio do gel-coágulo são diferentes daqueles usados em cromogênico e turbidez LAL porque a sensibilidade e a máxima diluição válida deste teste é menor.

Os autores não têm nada para divulgar.