Endotoxine und Pyrogene. Michael Rieth

2010 MAT wird in die Ph. Eur. unter der Kapitelnummer 2.6.30 aufgenommen. 2011 Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für die Entdecker der Toll-like Rezeptoren Jules Hoffmann und Bruce Beutler.Jules Hoffmann entdeckt, dass Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) mit Mutationen im Toll-Gen wehrlos gegenüber Bakterien- und Pilzinfektionen sind. Das Toll-Gen ist für die Synthese von Rezeptoren zuständig. Diese Rezeptoren binden u. a. LPS und lösen so Abwehrreaktionen des Organismus gegenüber den mikrobiellen Eindringlingen aus. Beutler findet diese Rezeptoren auch in Säugetieren; bei Mäusen beschreibt er den Toll-like receptor 4, TLR 4, an den LPS bindet. Dadurch wird eine molekulare Aktivierungskaskade ausgelöst, die den nukleären Faktor Kappa-B (NF-kB) aktiviert. Dieser Faktor wiederum schaltet Gene für Immunaktivatoren wie den Cytokinen an, sodass schlussendlich B- und T-Zellen aktiviert werden und Entzündungsreaktionen und Fieber vorliegen [20]. 2011 Fa. Hyglos bringt neuartigen ELISA-Test zum Nachweis von Endotoxinen unter Verwendung eines LPS-selektiven Phagenproteins heraus. 2012 Verstärkt anhaltende Forschungen zum LER-Effekt (low endotoxin recovery) und zur Maskierung. 2014 Hyglos bringt den Endotoxin Recovery Kit (Endo-RS) auf den Markt sowie zusammen mit Microcoat Biotechnologie GmbH einen zellbasierten MAT zur Pyrogendetektion. 2014 Haemochrom bringt den Haemotox™ rFC Kit auf den Markt. 2016 Ph. Eur. publiziert das überarbeitete Kapitel 5.1.10 im Supplement 8.8; in diesem Kapitel wird der rFC als Alternative zum herkömmlichen LAL-Test vorgestellt. 2017 Kikuchi et al. publizieren Vergleichsstudien zwischen drei LAL-Tests und drei rFC Tests und können weitgehend Äquivalenz aufzeigen [21]. 2018 Hyglos/bioMerieux bringen als weiteren rFC Test den ENDOZYME II GO auf den Markt 2018 Die FDA genehmigt als erstes Arzneimittel den monoklonalen Antikörper Emgalty™ von Eli Lilly, welcher für die Chargenfreigabe mittels rFC auf Endotoxine geprüft wird.

Tab. 1.1 Fieber und Hypothermie beim Menschen.

Hypothermie	Hypothalamus	Fieber
	↓
Istwert < 35 °C	Sollwert: um 37 °C	Erhöhung des Sollwerts auf 38 °C
WärmeabgabeSchwitzen, starke Durchblutung der Haut	——	WärmeproduktionZittern, “Gänsehaut“, Verengung der peripheren Gefäße

1.2 Fieber

Die normale und auch ideale Körpertemperatur des Menschen, die Basaltemperatur, liegt zwischen 36,0 und 37,2 °C. Der menschliche Körper reagiert auf Infektionen mit Fieber, d. h. mit einer Erhöhung der Körperkerntemperatur. Sie entsteht durch die Sollwertänderung der Temperatur im Wärmeregulationszentrum der Regio praeoptica des Hypothalamus. Der Hypothalamus ist Teil des Zwischenhirns. Zu den Symptomen des Fiebers gehören – neben der Erhöhung der Körpertemperatur – weitere physiologische Reaktionen wie Komplementaktivierung, hypotoner Schock, Verbrauchskoagulopathie und Induktion von Entzündungsfaktoren. Diese Symptome treten bei Endotoxindosen im Nanogrammbereich auf; auf Dosierungen im Mikrogrammbereich folgt der septische Schock. Die Bundesärztekammer definiert Fieber ab einer Temperatur von 38,5 °C. Bei einer Körpertemperatur < 35 °C liegt Hypothermie (Unterkühlung) vor. Der Betroffene beginnt zu zittern, hat eine kalte Haut sowie Schmerzen (siehe Tab. 1.1).

1.3 Pyrogene

In der Tab. 1.2 sind die bekannten fiebererzeugenden Agenzien (endogene und exogene Pyrogene) zusammengefasst.

1.4 Endotoxine, Exotoxine und Enterotoxine

Endotoxine oder LPS sind Bestandteile der äußeren Membran der gramnegativen Bakterienzellen. Ihre Eigenschaften werden in Tab. 1.3 denen der Exotoxine gegenübergestellt.

      Enterotoxine sind Exotoxine, die ihre schädigende Wirkung im Verdauungssystem entfalten. Enterotoxine werden z. B. von Staphylococcus aureus, E. coli, Shigellaarten, Pseudomonas aeruginosa, Clostridiumarten, Bacillus cereus, Yersinia enterocolitica, und Vibrio cholerae gebildet. Hier finden sich sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien.

Tab. 1.2 Herkunft und Natur der Pyrogene.

Endogene Pyrogene	Hormone	Steroide Prostaglandine
	Cytokine	InterferoneInterleukineTNF alphaColony Stimulating Factor (CSF)Wachstumsfaktoren
Exogene Pyrogene	Herkunft Mikrobiell	Organismen	Gram(−)-BakterienGram(+)-BakterienPilzeVirenPlasmodien
		Moleküle	Endotoxin (LPS)Lipid ALTAPeptidoglykaneNucleinsäurenTuberkulinFlagellineExotoxine von Streptokokken und StaphylokokkenPorinePhosphoinositoleGlucaneMannoproteine
	Herkunft Nichtmikrobiell	Antigene	Serumalbumin, humanγ-Globulin, bovin Polynucleotide Steroide Gallensalze Lithocholinsäure Colchicin Bleomycin
		Abiotisch	(Nano-)Partikel, z. B. Kunststoff, Gummi, Staub

Exotoxine sind toxische Proteine, die von Bakterien synthetisiert und in die Umgebung ausgeschieden werden. Auch in Abwesenheit der Bakterien können diese Proteine schädigend auf Mensch und Tier einwirken. Die Proteine werden durch Futter oder Lebensmittel aufgenommen, beispielsweise Botulinustoxin von Clostridium botulinum. Ein anderer Weg ist die Aufnahme von Bakterien, die dann im Körper (Magen, Darm) ihre Exotoxine freisetzen. Dies ist z. B. bei Cholera der Fall: Vibrio cholerae lebt im Wasser und kann über Trinkwasser oder rohe Fische und Meeresfrüchte aufgenommen werden. Die Choleratoxine ctxA und ctxB und der toxinkoregulierte Pilus werden im Dünndarm freigesetzt und aktivieren das Enzym Adenylatcyclase an den Membranen der Dünndarmschleimhaut. Dadurch steigt die Konzentration von cAMP an, wodurch eine erhöhte Sekretion von Chloridionen bei gleichzeitiger Inhibition der NaCl-Resorption und verstärkter Wasserabgabe erfolgt. Folgen sind starke wässrige Durchfälle („Reiswasserstuhl“). Damit sind die Exotoxine dieses Bakteriums auch Enterotoxine