Bioengenharia e Biotecnologia Aplicadas à Biomedicina: Imunização e Vacinas

Prof Alexandre Dias UNIDADE II Bioengenharia e Biotecnologia Aplicadas à Biomedicina O que é biotecnologia Utilização dos seres vivos para o desenvolvimento de processos e produtos de interesse econômico eou social Contextualização João Lúcio de Azevedo et al 2002 Imunização Soros e vacinas PASSIVA ATIVA Imunização passiva NATURAL Anticorpos transplacentários IgG Anticorpos no colostro IgA ARTIFICIAL Transferência de anticorpos Soros terapêuticos Imunização passiva X ativa PASSIVA Proteção imediata Curto período de proteção Doença do soro Risco de Aids e hepatite ATIVA Gerada pelo próprio sistema imune do indivíduo A imunidade e a memória são semelhantes à infecção mas sem a doença Proteção duradoura Imunização ativa Artificial Organismos atenuados Organismos mortos Fragmentos subcelulares Toxinas DNA Natural Exposição a infecções subclínicas O que é Imunização ativa que consiste em anteceder a ativação do sistema imunológico do organismo frente às futuras infecções Expõem o organismo a substâncias relacionadas ao agente infeccioso Vacinas Prática da imunização em que se estimula o sistema imunológico a formar anticorpos específicos sem que os sintomas da doença sejam induzidos As células produtoras de anticorpos os linfócitos não precisam interagir com o organismo vivo e virulento para serem estimuladas O simples contato com os antígenos do organismo invasor é suficiente para formar anticorpos Vacinas Características de uma vacina ideal Vacinas contêm antígenos que são alvos do sistema imunológico A vacinação deveria gerar uma imunidade efetiva anticorpos e células T Vacinas devem produzir imunidade protetora Bom nível de proteção sem a necessidade de uma dose de reforço Seguras uma vacina não pode causar doença ou morte Considerações práticas baixo custo por dose Fácil de administrar Estável biologicamente Poucos ou nenhum efeito colateral Vacinas antes da tecnologia do DNA recombinante Vacinas inativadas O agente infeccioso é morto antes de ser injetado no corpo Vacinas atenuadas A virulência do organismo infeccioso é enfraquecida pela seleção de mutantes com a patogenicidade reduzida Vacina de DNA Imunização pelo DNA Terceira geração de vacinas O DNA que contém genes que codificam para as proteínas antigênicas é clonado em um plasmídeo sob o controle de um forte promotor Os plasmídeos são introduzidos no organismo a ser imunizado por meio de injeção diretamente no músculo O antígeno produzido quando liberado na circulação induz a formação de anticorpos e a resposta celular Vacina de DNA Dispensa o cultivo de agentes patogênicos perigosos Produção barata dispensa a purificação da proteína antigênica Não requer refrigeração uma vez que a molécula de DNA é estável Um plasmídeo pode codificar genes para vários antígenos Vacina de DNA Relacione a segunda coluna com a primeira 1 Vacina antitetânica 2 Soro antitetânico Contém anticorpos Contém antígenos Produz imunidade passiva Produz imunidade ativa A resposta correta é a 1 1 2 1 b 1 2 1 1 c 1 2 2 2 d 2 1 2 2 e 2 1 2 1 Interatividade Relacione a segunda coluna com a primeira 1 Vacina antitetânica 2 Soro antitetânico Contém anticorpos Contém antígenos Produz imunidade passiva Produz imunidade ativa A resposta correta é a 1 1 2 1 b 1 2 1 1 c 1 2 2 2 d 2 1 2 2 e 2 1 2 1 Resposta Sequenciamento automatizado de ácidos nucleicos História Fonte livrotexto 1855 1905 1909 1944 1953 1965 1977 1986 1990 1995 2001 2008 2012 Família de sequenciadores capilarnova geração Fontes Thermo e Illumina Co livrotexto Primer extension with ddNTPs Eletrophones and read ORDERED SEQUENCE AMPLIFICATION PRODUCTS TACGATGTCAACGGTT Primer Target sequence 5 5 3 3 ATGCTACAG ATGCTACAGT ATGCTACAGTT ATGCTACAGTTG ATGCTACAGTTGC ATGCTACAGTTGCC ATGCTACAGTTGCCA ATGCTACAGTTGCCAA ATGCTACA Aplicações do sequenciamento genético Microbioma Farmacogenômica Nutrigenômica e nutrigenética Fingerprint Oncologia Definições Dietas personalizadas Painel NGS qualidade de vida Nutrigenética e nutrigenômica Fonte livrotexto Nutrigenetic nutrigenomic and nutripigenetic knowledge for actions SNPs and other structural variants DNA methylation histone modifications and miRNA expression Gene expression profiles Age gender ethnicity physiopathological status Microbiome Nutrition dietary intake absorption transport metabolism excretion Physical activity Disease risk prediction Genotype and phenotype based personalized treatment Therapy responsiveness Precision nutrition Obesity Dyslipidemia NAFLD CVD T2DM Cancer Others Indicações Sequenciamento genético da microbiota intestinal Painel NGS tratamento personalizado Microbioma Fonte livrotexto Firmicutes 9114 Bacteroidetes 558 Other 328 Definições Painéis personalizados Terapia gênicoespecífica Oncologia Fonte Illumina CO b a Definições DMD perspectivas Terapia gênicoespecífica Farmacogenômica Fonte httpswwwhumgennllabaartsmarusframesetphpframeapplicabilityhtml Deletion exon 45 Reading frame disrupted PremRNA mRNA Premature stopcodon Non functional dystrophin Reading frame restoration for deletions Exon 46 hidden from splicing machinery Reading frame restored Partially functional dystrophin 43 44 43 44 43 44 46 47 47 46 47 47 44 43 Marcadores microssatélites Fonte livrotexto Identificação de pessoas A nutrigenômica e a nutrigenética são ciências distintas que se relacionam no estudo de obesidade prevenção de doenças com a utilização de compostos bioativos e demais substâncias correlatas Nesse cenário assinale a alternativa incorreta sobre esse assunto a Nutrigenética estuda de que maneira a variabilidade genética interfere na resposta individual à dieta b Nutrigenômica estuda a influência de nutrientes na expressão de genes c Visa a elucidar as funções dos genes e da interação com o meio ambiente d Tem a finalidade de promover a saúde e a redução do risco para o desenvolvimento de doenças crônicas cardiovasculares câncer diabetes etc e Não tem finalidade de melhorar a qualidade de vida dos pacientes Interatividade A nutrigenômica e a nutrigenética são ciências distintas que se relacionam no estudo de obesidade prevenção de doenças com a utilização de compostos bioativos e demais substâncias correlatas Nesse cenário assinale a alternativa incorreta sobre esse assunto a Nutrigenética estuda de que maneira a variabilidade genética interfere na resposta individual à dieta b Nutrigenômica estuda a influência de nutrientes na expressão de genes c Visa a elucidar as funções dos genes e da interação com o meio ambiente d Tem a finalidade de promover a saúde e a redução do risco para o desenvolvimento de doenças crônicas cardiovasculares câncer diabetes etc e Não tem finalidade de melhorar a qualidade de vida dos pacientes Resposta A bioinformática e o estudo das variantes genômicas Fonte DNA banking and analysis points to consider Am J Hum Genet 42781783 1988 adaptado This publication is the only final officially approved DNA Banking and Analysis statement of the American Society of Human Genetics ASHG Previous versions were drafts and were not intended for circulation attribution or citation These Points to Consider are designed to provide accurate and authoritative information in regard to the subject matter covered as of October 9 1987 They are published with the understanding that the ASHG is not rendering medical or other professional services The contents are intended as suggestions only Users should rely on their own professional judgment or on consultation with other authorities and should ascertain whether more recent information has been disseminated by the ASHG or other authorities 1 Gerenciar o volume de dados gerados 2 Organizar os dados 3 Analisar as informações obtidas Desafios para a bioinformática Bancos de dados Bancos de Dados Proteinas UNIPROT Ontologia Gene Ontology Expressão gênica ArrayExpress Vias Metabólicas BioCyc Dados Primários GENBANK NCBI Dados Genômicos USCS ENSEMBL MetaData ENTREZ Fonte livrotexto Bancos mais utilizados em genômica Fonte livrotexto National Center for Biotecnology Information Centro Nacional para Informação Biotecnológica dos EUA Banco de dados central sobre informações genômicas O GenBank é o principal banco de dados do NCBI e armazena todas sequências disponíveis publicamente de DNA de sequências pequenas a genomas inteiros RNA e proteínas NCBI Fonte acervo pessoal Medicina personalizada Prática na genética médica O diagnóstico é a base para a relação genótipofenótipo Medicamentos inteligentes baseados nas alterações genômicas O uso dos bancos de dados Imagine o seguinte cenário uma mulher de 25 anos preocupada com sua saúde e com histórico familiar de obesidade procura orientação Uma equipe multidisciplinar solicita o sequenciamento de seu genoma e analisa os dados com auxílio de um software específico A análise dos dados revela uma alta probabilidade da paciente desenvolver diabetes quando chegar aos 45 anos A equipe orienta algumas modificações no estilo de vida inclusive de hábitos alimentares Dra Aline de Conti farmacêutica industrial pela Universidade de São Paulo 2010 Após a leitura indique a alternativa que possui a ciência relacionada ao texto a Farmacogenômica b Tecnologia do DNA recombinante c Bioinformática d Clonagem terapêutica e Nanotecnologia Interatividade Imagine o seguinte cenário uma mulher de 25 anos preocupada com sua saúde e com histórico familiar de obesidade procura orientação Uma equipe multidisciplinar solicita o sequenciamento de seu genoma e analisa os dados com auxílio de um software específico A análise dos dados revela uma alta probabilidade da paciente desenvolver diabetes quando chegar aos 45 anos A equipe orienta algumas modificações no estilo de vida inclusive de hábitos alimentares Dra Aline de Conti farmacêutica industrial pela Universidade de São Paulo 2010 Após a leitura indique a alternativa que possui a ciência relacionada ao texto a Farmacogenômica b Tecnologia do DNA recombinante c Bioinformática d Clonagem terapêutica e Nanotecnologia Resposta História próteses dentárias pelas civilizações maia e grega Entretanto a fabricação de biomateriais se tornou mais consistente após a Segunda Guerra Mundial com a migração da utilização de materiais bélicos para a assistência à saúde humana Assim de maneira assertiva a engenharia biomédica atua no constante desenvolvimento de próteses e protótipos para o tratamento de doenças humanas e para o aperfeiçoamento do diagnóstico laboratorial biomédico O aperfeiçoamento dos biomateriais nos últimos 50 anos colaborou para a recuperação da saúde e qualidade de vida de muitos pacientes Aplicável a inúmeras doenças os biomateriais contribuem muito para a construção de estruturas biológicas na substituição ou regeneração de um determinado órgão ou tecido prejudicado A biotecnologia no processamento de biomateriais e equipamentos biomédicos Biocompatibilidade Resposta que a utilização de um produto gera no organismo Assim quanto menor a resposta alérgica inflamatória e tóxica de um produto melhor sua biocompatibilidade Os biomateriais podem ser classificados em 4 grandes tipos metálicos cerâmicos compósitos e poliméricos Os biomateriais metálicos são muito utilizados na ortopedia como as próteses de fêmur e úmero e as placas de sustentação óssea em traumas e fraturas titânio e aço inoxidável Os biomateriais cerâmicos são aplicáveis a locais de baixa mobilidade e tensão mecânica As peças cerâmicas são produzidas com alumina zircônia hidroxiapatita e bioglass Esse tipo de material também é aplicável à prótese na odontologia e na fabricação de cimento para cirurgias ortopédicas Biomateriais Os biomateriais poliméricos têm propriedade flexível podendo adquirir várias formas e é de fácil fabricação Como matériaprima são utilizados o polietileno o polipropileno a quitosana e o poli 2 hidroxietilmetacrilato Esses biomateriais são muito utilizados na oftalmologia na construção de próteses e de pele O hidrogel é composto por uma rede polimérica tridimensional reticulada Esse produto é utilizado na atenção médica e farmacêutica já que atua na liberação de fármacos em lentes de contato no processo cicatricial em curativos e dá sustentação celular para processos regenerativos Interessantemente as estratégias atuais de medicina de precisão incluem a coleta de materiais biológicos para estudo genético e seleção do melhor biomaterial a ser utilizado no seu tratamento Com a definição do perfil genético dos pacientes o risco de rejeição e efeitos adversos é consideravelmente menor Biomateriais Os nanomateriais fabricados hoje podem melhorar significativamente as características de materiais em escala maior em termos de resistência condutividade durabilidade e leveza e podem fornecer propriedades úteis por exemplo autolimpante anticongelante e antibacteriana e podem funcionar como materiais de reforço para construção ou componentes de detecção para segurança Os nanomateriais e seu uso na área da saúde Fonte adaptado de livrotexto Atualmente a maioria dos nanossistemas disponíveis está relacionada ao tratamento de câncer mas outras aplicações incluem anemia artrite reumatoide asma esclerose múltipla e diabetes Nanopartículas Metálicas Lipossoma 1943 1978 1993 1994 1857 1965 1990 1993 1996 1999 2002 Micclas NLS CLN Microemulsão Dendrímero Nanoemulsão Nanoesfera Polimerossoma Nanocápsulas A rotina do profissional biomédico que atua em análises clínicas é baseada na realização de exames de hematologia bioquímica gasometria sorologia imunologia hormônios microbiologia e outras especialidades e particularidades de cada serviço de laboratório clínico As metodologias colorimétricas nefelométricas e turbidimétricas geralmente são empregadas na bioquímica com seus grandes equipamentos que realizam diferentes testes em curtíssimo espaço de tempo Já na hematologia a impedanciometria a citometria de fluxo e a citoquímica ganham destaque na contagem de células sanguíneas e sua análise diferencial Na imunologia os testes de ELISA imunofluorescência e quimioluminescência norteiam as rotinas diagnósticas E assim por diante todos esses setores equipamentos e metodologias diagnósticas são a base para o funcionamento de um laboratório baseado na automação Todo esse parque tecnológico e metodológico está contido na fase analítica dos exames laboratoriais Equipamentos biomédicos a interface laboratorial e a gestão da informação laboratorial Ainda toda essa tecnologia vem acompanhada dos sistemas de interfaceamento laboratorial Com a tecnologia da informação atualmente os resultados laboratoriais que um equipamento automatizado libera por sistemas de comunicação e gerenciamento são automaticamente transferidos para um software que promove a preparação do laudo em um sistema de gestão da informação Assim o biomédico acessa o sistema de liberação de laudos localiza o teste do paciente e assinalibera o exame Esse processo está contido na fase pósanalítica do laboratório clínico Com o desenvolvimento tecnológico os equipamentos de análises clínicas têm se aperfeiçoado a cada dia seja pela rapidez e praticidade na realização do teste ou seja com a inovação tecnológica A seguir apresentamos duas linhas de equipamentos que atualmente estão modificando a maneira do laboratório clínico se comportar a linha Point of Care PoC e a Química Seca na bioquímica clínica Equipamentos e tecnologias Linha Point of Care PoC A linha de equipamentos Point of Care ganhou destaque na atuação biomédica devido à rapidez na liberação dos resultados dos testes laboratoriais Na sua linha dispomos de equipamentos de gasometria bioquímica uroanálise e hematologia Esses testes também são conhecidos como testes laboratoriais remotos TLR pois esses equipamentos ficam à beira do leito dos pacientes Como grande vantagem os testes PoC são realizados em equipamentos portáteis o que muitas vezes facilita a logística de atendimento Além disso a quantidade de amostra biológica necessária para a realização desses testes é muito pequena e dispensa seu transporte até um laboratório Como desvantagem destacase a falta de controle de qualidade laboratorial com perda de exatidão e precisão para determinados testes Sob esse aspecto Xavier e colaboradores 2016 realizaram uma análise comparativa entre a metodologia PoC e o diagnóstico laboratorial tradicional na dosagem do perfil lipídico de pacientes atendidos em consultórios médicos encontrando confiabilidade entre os resultados Equipamentos e tecnologias Com relação às metodologias utilizadas para a realização dos exames no PoC elas variam conforme o teste laboratorial Atualmente dispomos de equipamentos com metodologia de reflectometria e ensaios cinéticos para testes bioquímicos Química seca A tecnologia de testes bioquímicos a seco revolucionou a maneira de se realizar exames laboratoriais e principalmente a gestão dos resíduos líquidos tão conhecidos do laboratório clínico Nessa tecnologia quando o material biológico é adicionado ao cartucho chip do reagente ocorre uma reação espectral que o equipamento detecta e mensura Como falado anteriormente esse processo não gera resíduos líquidos pois não utiliza água para a realização do teste Os consumíveis na parte interna do equipamento e conforme as amostras são injetadas as reações químicas são processadas Com alta taxa de precisão confiabilidade e rapidez a análise das amostras acontece por reflectância O avanço da biotecnologia nesses últimos 50 anos viabilizou um grande boom no desenvolvimento clínico e terapêutico das doenças humanas com a utilização de soros vacinas de DNA fármacos inteligentes nanopartículas e biomateriais Nesta unidade aprendemos sobre a tecnologia da produção de soros e vacinas e como eles funcionam no nosso organismo Vimos que existem tipos diferentes de vacinas e que o seu processo de fabricação tem evoluído bastante Também foram abordados conceitos essenciais em nanotecnologia como quais são as características dos nanomateriais Vimos ainda em destaque os lipossomos e as nanopartículas e seu potencial para uso como carreadores de fármacos Em resumo A metade final da unidade foi dedicada às novas ferramentas genômicas que têm levado a uma medicina cada vez mais personalizada Foi abordado sobre como o sequenciamento de nova geração juntamente com as ferramentas de bioinformática têm permitido a caracterização inequívoca de variantes genômicas contribuindo para o tratamento de doenças comuns como obesidade diabetes e hipertensão de maneira individualizada O chamado diagnóstico molecular tem ganhado cada vez mais espaço e pode contribuir para o processo de prevenção e tratamento de doenças com maior eficácia e efetividade Em resumo Por definição biomaterial é qualquer substância ou combinação de substâncias naturais ou não que não sejam drogas ou fármacos utilizadas em aplicações biomédicas e que interagem com sistemas biológicos que tratam aumentam ou substituem quaisquer tecidos órgãos ou funções do corpo As propriedades individuais conferem ao biomaterial uma interação benéfica com o organismo onde é implantado exceto a O material não desencadeia resposta inflamatória sustentada ou tóxica na sua implantação in vivo b O tempo de degradação do material permite a ocorrência do processo de regeneração ou cura do sítio comprometido c O material apresenta propriedades mecânicas adequadas à aplicação para que foi indicado e que qualquer variação das propriedades mecânicas decorrente da sua degradação in vivo seja compatível com o processo de regeneração ou restabelecimento do sítio de implantação d Eles não devem ser biocompatíveis biodegradáveis e osteocondutivos e Sua degradação não gera produtos tóxicos e que sejam facilmente metabolizados e liberados do corpo Interatividade Por definição biomaterial é qualquer substância ou combinação de substâncias naturais ou não que não sejam drogas ou fármacos utilizadas em aplicações biomédicas e que interagem com sistemas biológicos que tratam aumentam ou substituem quaisquer tecidos órgãos ou funções do corpo As propriedades individuais conferem ao biomaterial uma interação benéfica com o organismo onde é implantado exceto a O material não desencadeia resposta inflamatória sustentada ou tóxica na sua implantação in vivo b O tempo de degradação do material permite a ocorrência do processo de regeneração ou cura do sítio comprometido c O material apresenta propriedades mecânicas adequadas à aplicação para que foi indicado e que qualquer variação das propriedades mecânicas decorrente da sua degradação in vivo seja compatível com o processo de regeneração ou restabelecimento do sítio de implantação d Eles não devem ser biocompatíveis biodegradáveis e osteocondutivos e Sua degradação não gera produtos tóxicos e que sejam facilmente metabolizados e liberados do corpo Resposta ATÉ A PRÓXIMA