Dangereuses pour l'organisme, les endotoxines présentes dans les réseaux d'eau à usage pharmaceutique doivent être éliminées. D'où proviennent-elles ? Pourquoi sont-elles difficiles à filtrer ou détruire ? Quelles sont les solutions techniques de rétention des endotoxines les plus performantes ?
D'où proviennent les endotoxines ?
Les endotoxines sont des molécules présentes dans la membrane externe de certaines bactéries à Gram négatif, comme les Escherichia Coli ou les salmonelles. Spécifiques de l’espèce bactérienne considérée, elles sont libérées lors de la lyse de ces cellules, autrement dit lorsque ces dernières sont détruites. Du point de vue chimique, ces résidus de membrane bactérienne sont constitués principalement de lipopolysaccharides amphiphiles, associant un lipide et un sucre complexe. Leur poids moléculaire est typiquement de quelques centaines de milliers de Dalton. Solubles dans l’eau, les endotoxines sont très résistantes à la chaleur : un contact de 30 minutes avec de l'eau bouillante ne permet pas de les détruire. Seules certaines substances chimiques oxydantes, comme les peroxydes ou l'hypochlorite, peuvent les dégrader.
Quels sont les dangers d’une exposition aux endotoxines ?
Les endotoxines sont reconnues et combattues par le système immunitaire de notre organisme. Une exposition à ces substances peut donc avoir des conséquences dramatiques, voire létales. Les endotoxines peuvent ainsi perturber l'hémostase et être responsables d'atteintes vasculaires provoquant une chute générale de la pression artérielle dans l'organisme pouvant entraîner la mort. Elles peuvent aussi occasionner de fortes fièvres. Dans le domaine pharmaceutique, 99,9 % des substances pyrogènes rencontrées sont d'ailleurs des endotoxines. Il est donc essentiel de disposer de méthodes efficaces de rétention ou de destruction de ces toxines dans les circuits d'eau à usage pharmaceutique.
La filtration classique insuffisante pour la rétention des endotoxines
Les capacités de rétention des filtres classiques sont largement insuffisantes pour arrêter les endotoxines. Les seuils classiques de filtration à 0,2 ou 0,1 μm sont trop élevés pour filtrer ces molécules. Pour pallier cette difficulté, on peut utiliser des membranes filtrantes présentant une charge de surface positive qui permet de retenir, par attraction électrostatique, les endotoxines, chargées négativement. Mais cette technique présente un inconvénient notable : toutes les bactéries, micro-organismes, résidus de biofilms et particules minérales présentant une charge négative vont également se coller à la membrane, et ce, quelle que soit leur taille. La membrane va de ce fait se retrouver rapidement saturée et donc inopérante.
Ultrafiltration et distillation : des méthodes coûteuses pour éliminer les endotoxines
La distillation et l'ultrafiltration peuvent être mises en œuvre pour bloquer ou éliminer les endotoxines. Mais elles requièrent des investissements lourds et engendrent des coûts énergétiques importants. L'ultrafiltration des endotoxines, qui repose sur l'utilisation de membranes avec des seuils de coupure très bas (inférieurs à 10 000 Dalton) nécessite par exemple d'utiliser des pompes de gavage de forte capacité. Elle impose également une surveillance très régulière des membranes et occasionne des pertes en eau non négligeables, puisque tout le rétentat est rejeté.
Une solution innovante pour la rétention d’endotoxines : les cartouches à fibres creuses
Une alternative intéressante à la filtration sur membrane chargée consiste à retenir les endotoxines non pas par attraction électrostatique mais en exploitant l’affinité chimique des polysaccharides pour certains matériaux. C'est la solution retenue dans les dispositifs de filtration frontale FiberFlo® à fibres creuses en Polyphen. Cette méthode de filtration est intéressante économiquement : elle restitue la totalité du flux entrant comme les autres techniques de filtration frontale et fonctionne avec des pompes de gavage de faible capacité. A taille d'élément filtrant donné, elle offre une surface de filtration largement supérieure -jusqu'à 3 fois- à celle des membranes filtrantes plissées. Enfin, elle permet surtout une rétention sélective et inégalée des endotoxines (validation jusqu’à 1 ou 5 EU/ml selon la configuration et contrôle via le test LAL soit détection à 0.06 EU/ml). Les cartouches à fibres creuses sont par exemple utilisées lors du dernier rinçage des flacons destinés aux solutions administrées par voie parentérale.
Pour en savoir plus sur la filtration et la rétention des endotoxines, consultez notre livre blanc sur les eaux à usage pharmaceutique.
