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通過內(nèi)毒素選擇性親和吸附劑來清除內(nèi)毒素應(yīng)該是可能的,,并能保證蛋白質(zhì)幾乎100%回收,。為了清除不同細(xì)菌和菌株來源的內(nèi)毒素,,所采用的吸附劑必須與內(nèi)毒素的化學(xué)結(jié)構(gòu)能較好地匹配,,所以應(yīng)選用針對內(nèi)毒素共有基團(tuán)的選擇性親和配體,以識別內(nèi)毒素的保守結(jié)構(gòu)成分,,這對于那些未知種類的內(nèi)毒素大多也是可以成功的,。
1.多黏菌素B
多黏菌素B的抗菌活性針對革蘭陰性細(xì)菌,通過插入細(xì)菌的細(xì)胞壁,,降解破壞細(xì)菌胞壁,,其表面的活性環(huán)行肽能打破內(nèi)毒素聚合物。由于多黏菌素B和脂質(zhì)A之間能相互作用,,所以它是一個能識別不同來源內(nèi)毒素的基團(tuán)選擇性配體,。在各種被污染的革蘭陰性細(xì)菌培養(yǎng)濾液中(1~10mg/L),用多黏菌素B作為吸附配體,,清除因素超過105。Talmadge和Siebert對此進(jìn)行了分批試驗,,結(jié)果顯示在有10g/L的BSA或人IgG存在情況下輸入6000~6700EU/ml(≈0.6~0.7mg/L)濃度的內(nèi)毒素,,使接觸時間為16h,其清除因素大約為103左右,,且只能在此水平上下輕微改變,。而對不同的單克隆抗體溶液,內(nèi)毒素的清除因素明顯不同,。如抗馬過氧化物酶抗體和抗人絨毛膜促性腺激素抗體(濃度分別為2.1g/L對20EU/ml內(nèi)毒素和0.5g/L對61EU/ml內(nèi)毒素),,在20mmol/L磷酸緩沖液(pH6.5)中,內(nèi)毒素分別被清除到0.3EU/ml和6EU/ml,,清除因素分別約為100和10,。
有研究者報道,從小牛過氧化氫酶中清除內(nèi)毒素的清除因素超過1000,。內(nèi)毒素血癥患者的血漿也可以用此方法,,洗脫下來的物質(zhì)主要是具有神經(jīng)毒性和腎毒性的多黏菌素B以及單核細(xì)胞刺激釋放的IL-1,。此外,在流經(jīng)多黏菌素B層析柱時蛋白質(zhì)也會丟失,,比如過氧化氫酶丟失24%,,BSA丟失20%。這是由于這些配體具有陽離子特性而與帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)發(fā)生電荷間相互作用的結(jié)果,,這也是為什么即使從DNA質(zhì)粒預(yù)備物中可去除200~10000倍的內(nèi)毒素而DNA的回收率卻僅約50%的原因,。
2.組胺和組胺酸
早在1968年Kanoh等就曾將組胺和組胺酸用作了配體,他們發(fā)現(xiàn),,核苷酸和內(nèi)毒素間有相互作用,。后來,在1982年,,Minobe等也發(fā)現(xiàn)除腺嘌呤,、胞喀啶等核苷酸堿基外,組胺和組胺酸也能同樣成功地使內(nèi)毒素從各種微生物培養(yǎng)過濾液中去除,。雖然,,組胺是一種良好的吸附劑,但它們隨后轉(zhuǎn)變成組胺酸時才真正具備生物活性,。組胺和組胺酸用作內(nèi)毒素的吸附劑與多黏菌素B同樣能有效對各種蛋白質(zhì)溶液進(jìn)行去污染,,包括血清白蛋白、胰島素,、溶菌酶,、肌紅蛋白和另外一些清除因素在5~200(主要因蛋白質(zhì)含量和環(huán)境條件而異)之間的物質(zhì)。
1990年,,Matsumae等報道了有關(guān)分別檢測產(chǎn)物回收情況和內(nèi)毒素去除情況的數(shù)據(jù),,發(fā)現(xiàn)在與多黏菌素B同時存在時,不能很好地獨(dú)立檢測到蛋白質(zhì)的恢復(fù)和內(nèi)毒素的去除情況,。其他實驗室的數(shù)據(jù)顯示,,蛋白質(zhì)的存在對于內(nèi)毒素的去除有很大的影響,比如在有BSA存在的時候,,內(nèi)毒素的清除因素減少超過10倍以上,;在有鼠IgG1(PI=5.5)存在的情況下,如果是在中性環(huán)境里,,清除內(nèi)毒素根本就無效,。同樣,緩沖鹽溶液對清除效果也是有一定影響的,。
Minobe等采用了各種配體進(jìn)行內(nèi)毒素的清除,,雖然它們的去除效果相似,但化學(xué)結(jié)構(gòu)卻十分不同。他們認(rèn)為,,內(nèi)毒素結(jié)合的機(jī)制可歸因于疏水作用和電荷作用的協(xié)同,,主要是具有腔隙(space)的二氨乙烷(DAH)和咪唑的作用。組胺和組胺酸在這種吸附功能下并不必要,。DAH腔隙自身也是有效的吸附物質(zhì),,在一種以聚乙烯醇(PVA)為基礎(chǔ)的膜系統(tǒng)支持下,對含有1130EU/ml內(nèi)毒素的10%細(xì)胞色素c溶液和含85EU/ml內(nèi)毒素的20%HAS溶液去污染,,內(nèi)毒素分別被去除5000倍和100倍,。另外,有人也證實DAH和其他一些二氨鏈烷類對內(nèi)毒素的有效吸附是由于離子間作用和疏水作用協(xié)同起作用的,,但他們沒有提供有關(guān)從蛋白質(zhì)溶液中清除內(nèi)毒素的數(shù)據(jù),。Petsch等于1997年發(fā)現(xiàn),組胺酸配體的功能與其咪唑環(huán)上所帶的正電荷有關(guān),。如果在一個不帶正電荷的環(huán)氧乙烷諳腔隙混合情況下,,只有在pH值≤5的時候才有明顯的清除效果,此時咪唑環(huán)已被解離(pKI=6.0),。
3.多陽離子配體
從分子動力學(xué)方面來看,,與蛋白質(zhì)相比,有三維結(jié)構(gòu)的內(nèi)毒素是相當(dāng)穩(wěn)定的,,這在吸附過程中起到關(guān)鍵性的作用,。有資料顯示,雖然吸附在0.5mol/L的NaCl溶液中被有效抑制,,但仍有一小部分內(nèi)毒素在高鹽濃度環(huán)境下(濃度>1mol/L的NaCl溶液)被吸附,。配體和內(nèi)毒素由于長距離的電荷作用而隨后產(chǎn)生短距離的相互作用是可能發(fā)生的。次級結(jié)合是在內(nèi)毒素改變結(jié)構(gòu)以適合于吸附劑表面的超微結(jié)構(gòu)后通過另外的范德華力和氫鍵而實現(xiàn)的,。用作內(nèi)毒素吸附的吸附劑只有在某種嚴(yán)格的條件下(30%的乙醇加上1mol/LNaOH)才能成功地被清潔,。這一點(diǎn)提示,在親和配體和內(nèi)毒素之間準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)匹配并不必要,。由此可見,,內(nèi)毒素選擇性配體應(yīng)與多離子分子疏水部分的特性相符合。
事實上,,一些陽離子多聚體已成功地被用作配體(如圖35-2)。Mitzner等采用聚乙二胺(PEI)固定在纖維素小滴上,,在體外從血清中清除內(nèi)毒素,,與多黏菌素B在生物超級相容性方面有相似的作用。與組胺不固定的纖維相比,,PEI不固定在纖維素上,,故可較多地從BSA溶液中去除內(nèi)毒素,此時對離子作用力的依賴較少,。肌球蛋白,、γ球蛋白和細(xì)胞色素c溶液幾乎能完-全清除內(nèi)毒素(達(dá)95%以上),,最終內(nèi)毒素僅留下≤0.05μg/L,同時有98%的蛋白質(zhì)可被保存下來,。
與配體組胺,、組胺酸、多黏菌素B和DEAE在一個較高的蛋白質(zhì)保存水平上相比,,多聚L-賴氨酸(PLL)表現(xiàn)出略好的從BSA溶液中清除小量內(nèi)毒素的能力,。與DEAE離子交換相比,PLL吸附劑在蛋白質(zhì)結(jié)合能力耗盡之后仍是有用的,。與多聚L-組氨酸(PLH)和多黏菌素B相比,,用高相對分子質(zhì)量的PLL(相對分子質(zhì)量為150000~300000)預(yù)包裹的微板能更好地促進(jìn)與內(nèi)毒素的結(jié)合。
最近,,Hirayama等進(jìn)一步將PLL引入一種多聚基質(zhì)中從而改變常規(guī)用的多聚基質(zhì),,他們認(rèn)為可能有更好的效果。Karl等報道,,無鎬固定的PLH比表面固定有鎬的PLH更能促進(jìn)從BSA溶液中去除內(nèi)毒素,。PLH是一種相當(dāng)昂貴的配體,在堿性環(huán)境(O.1mol/LNaOH)下不穩(wěn)定,。
多陽離子與內(nèi)毒素間相互作用的原理可能與細(xì)胞和細(xì)胞碎片間的絮凝作用相類似,。在絮狀沉淀反應(yīng)開始時,多陽離子-多陰離子復(fù)合物形成,,然后進(jìn)行水分子的替代,,最后形成絮狀物,這個過程也被稱為復(fù)雜凝聚,。如果這個過程也發(fā)生于不固定的多聚陽離子和內(nèi)毒素時,,復(fù)合物也會從溶液中析出來。這就解釋了在這些吸附劑和選擇性陽離子配體蛋白質(zhì)的熱力學(xué)實驗中觀察到的其結(jié)合位點(diǎn)的高親和力現(xiàn)象,。
4.具有陽離予功能基團(tuán)的聚基質(zhì)
Hirauyama等用了三年的時間發(fā)現(xiàn),,通過球形多孔的聚γ-甲基-L-谷氨酸作為吸附劑,比以組胺酸和聚氨基葡萄糖為基礎(chǔ)的市售內(nèi)毒素吸附劑有更強(qiáng)的內(nèi)毒素結(jié)合能力,,而且較少依靠離子力(工作范圍也相應(yīng)增加至0.4mol/LNaCl),,并對BSA的選擇性更好。此外,,通過改變反應(yīng)條件而形成帶有小孔的珠狀形式可以阻止蛋白質(zhì)滲透至孔系統(tǒng),,這樣便可獲得高回收量的帶負(fù)電荷網(wǎng)的蛋白質(zhì),同時內(nèi)毒素也被強(qiáng)力吸附,。作者由此得出結(jié)論:高效的內(nèi)毒素清除能力是由于內(nèi)毒素聚合物牢固地吸附于吸附劑表面,,而BSA與吸附劑的結(jié)合能力相當(dāng)?shù)退隆?/span>
帶電荷的功能性基團(tuán)固定于側(cè)鏈上使得酯鍵的化學(xué)活性不穩(wěn)定是相當(dāng)不利的,所以原位清除(CIP)在pH值高或低的情況下都不適合。N,,N-二甲胺丙-腈/N-丙烯胺的應(yīng)用是近年來新興起的,。改變這兩種單體的比例可以調(diào)節(jié)電荷的密度,或者改變珠形物的孔徑都是對內(nèi)毒素的清除有利的,。在溶液pH值=7,,μ=0.05的條件下,通常內(nèi)毒素的去除可以達(dá)到96%~99%,,0.5g/L BSA中的殘余內(nèi)毒素的量小于1EU/ml,,肌球蛋白、γ球蛋白和細(xì)胞色素c和其他蛋白質(zhì)的恢復(fù)率達(dá)到或超過99%,。
配體固定于微濾過膜也能形成帶陽離子功能基團(tuán)的多聚體,,膜的內(nèi)側(cè)面(通常是流經(jīng)孔的壁)最初被一個親水多聚物如右旋糖苷、羥基纖維素或聚乙烯醇等覆蓋,。然后,,小配體如組胺酸、脫氧膽酸,、多黏菌素B或DEAE等,,或者是多陽離子配體如PLL或PEI在親水的多聚物網(wǎng)中失去活動性。整個網(wǎng)絡(luò)就如陽離子多聚體一樣工作,,配體相對分子質(zhì)量的高低并不十分重要,。雖然這些膜吸附劑具有陽離子特性,能夠吸附帶陰離子網(wǎng)的蛋白質(zhì),,但是在蛋白質(zhì)結(jié)合能力耗盡之后并未發(fā)現(xiàn)與配體PEI,、PLL,甚至DEAE所結(jié)合的內(nèi)毒素被取代下來,。相應(yīng)的吸附等溫線顯示出內(nèi)毒素和蛋白質(zhì)獨(dú)-特的結(jié)合位點(diǎn),。在理想的環(huán)境條件下,由于配體對蛋白質(zhì)的結(jié)合力弱,,蛋白質(zhì)的回收率幾乎接近100%,。采用配體的內(nèi)毒素去除法較少依賴溶液的pH值和離子力,例如,,血清白蛋白溶液在中性條件下能不受蛋白質(zhì)在此pH值時變?yōu)閹ж?fù)電荷的影響而仍有較好的純化效果,。
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