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Profa. Dra. Karina Gimenes
UNIDADE I
Farmácia Integrada
 A biotecnologia é um conjunto de tecnologias que utilizam células, organelas celulares e 
moléculas biológicas, visando solucionar problemas, bem como desenvolver e/ou
melhorar produtos.
Biotecnologia – Princípios e aplicações
BIOTECNOLOGIA
Produção 
de fármacos
Produção 
de vacinas
Análise 
de DNA
Cultura de
tecidos e células
Clonagem
Transformação
genética
Principais diferenças entre medicamentos sintéticos e biológicos
Medicamentos 
sintéticos
Medicamentos 
biológicos
Moléculas pequenas
(poucos átomos)
Moléculas grandes
(milhares de átomos)
Estruturas simples e estáveis
Estruturas complexas
e instáveis
Produzidos a partir
de reações químicas
Produzidos por biossínteses 
em células vivas
É possível fazer
cópias idênticas
Impossível fazer
cópias idênticas
Não são imunogênicas Frequentemente imunogênicas
Administração via oral Via parenteral
 Proteínas que são semelhantes às produzidas pelo nosso organismo (Hormônio
de crescimento).
 Proteínas de fusão – são criadas pela união de sequências de genes que codificam 
completamente ou parte de 2 ou mais proteínas.
 Anticorpos monoclonais – anticorpos semelhantes aos 
produzidos no corpo.
Principais grupos de medicamentos biológicos
Porção extracelular do 
receptor de TNF humano
Porção FC IgG humana
Etanercepte
Fonte: Wallis, 2008
Exemplos de insumos obtidos por processos biotecnológicos 
Fonte: Adaptado de: SAGRILLO, et al. 
Processos produtivos em biotecnologia, 2015
Produto Sistema de produção Indicação terapêutica
Fatores de
coagulação
Fator VIII Cultura de células de mamíferos Hemofilia A
Fator IX Cultura de células de mamíferos Hemofilia B
Fator VIIa Cultura de células de mamíferos Certas formas de hemofilia
Antigoagulantes
Fator ativador
de plasminogênio
Cultura de células
de mamíferos ou Escherichia coli
Infarto do miocárdio
Hirudina Levedura
Trombocitopenia e
prevenção da trombose
Hormônios
Insulina Levedura/Escherichia coli Diabetes mellitus
Hormônio do crescimento Escherichia coli
Deficiência do hormônio
em crianças, acromegalia,
síndrome de Turner
Gonadotrofina coriônica Cultura de células de mamíferos Reprodução assistida
Paratormônio Escherichia coli Osteoporose
Fatores
hematopoiéticos
Eritropoietina Cultura de células de mamíferos Anemia
Fator estimulante
de colônia
Escherichia coli
Neutropenia, transplante
autólogo de medula
Interferonas
Alfa-interferona Escherichia coli Hepatite B e C
Beta-interferona Cultura de células de mamíferos Esclerose múltipla
Interleucinas Interleucina 2 Escherichia coli Carcinoma de célula renal
Anticorpos
monoclonais
Bevacizumabe Cultura de células de mamíferos
Carcinoma metastático
do cólon ou do reto
Etapas gerais de um bioprocesso
Fonte: adaptado de: Biotecnologia 
Industrial: Engenharia Bioquímica.
Microrganismo
selecionado –
cultura pura
Preparo do inóculo –
laboratório
Preparo do inóculo –
etapa industrial
(germinadores)
Fermentador
(reator, dorna)
Matérias-primas
Meio de cultura
selecionado
Esterilização
Células
Separação
das
células
Caldo
fermentado
Recuperação
do produto
Produto
Controle
Tratamento
de efluentes
Esterilização
do arCompressor
Ar
Etapas gerais de um bioprocesso
Processo Upstream Fermentação Processo Downstream
Construção 
do vetor
Seleção do clone
Lise da célula
Purificação
Fonte: AZZONI, 2019.
 Fermentação é um processo em que microrganismos catalisam as transformações de um 
dado substrato em um produto desejado, ou, de um modo mais amplo, todo processo no 
qual as células e/ou preparados enzimáticos provocam a transformação de substâncias.
Fermentação como processo unitário
Pontos fundamentais do processo fermentativo: 
 microrganismo; 
 meio de cultivo; 
 esterilização e desinfecção; 
 aparelhagem; 
 processo fermentativo; 
 separação de produto e subproduto.
Espera-se que os microrganismos apresentem as seguintes características gerais:
 apresentar elevada eficiência na conversão do substrato em produto;
 permitir o acúmulo do produto no meio, de forma a se ter elevada concentração do produto;
 não produzir substância incompatíveis com o produto;
 apresentar constância quanto ao comportamento fisiológico; 
 não ser patogênico:
 não exigir condições de processo muito complexas;
 não exigir meios de cultura dispendiosos.
Microrganismos 
Microrganismos utilizados em bioprocessos – área da saúde
Fonte: microbialcellfactories.biomedcentral.com/articles/
E. coli
Leveduras
Linhagem de células de 
insetos
Linhagem de células de 
mamíferos
Plantas e animais 
transgênicos
3%
24%
56%
4%
13%
Em relação ao meio de cultivo espera-se:
 ser o mais barato possível;
 atender as necessidades nutricionais do microrganismo;
 auxiliar no controle do processo;
 os componentes devem permitir algum tempo de armazenagem, a fim de estarem 
disponíveis todo o tempo;
 ter composição razoavelmente fixa;
 não causar dificuldades no tratamento final do efluente.
Meio de cultura 
 Biorreatores, ou reatores para processos biológicos, podem ser definidos como sistemas 
desenvolvidos para realizar um bioprocesso, que apresentam um ambiente propício ao 
crescimento celular e à síntese do bioproduto de interesse.
 A principal função de um biorreator é fornecer um ambiente controlado para o crescimento 
de um microrganismo para obter um produto desejado.
Aparelhagem
Fonte: Wikimedia CommonsFonte: adaptado de: SCHIMIDELL,W. Biotecnologia Industrial. 
Bancada
Piloto
Industrial
200 – 400 mL 1 – 10 L 50 – 200 – 500 L 5 – 50 – 200 m3
Variáveis medidas e controladas em um biorreator convencional.
Fonte: adaptado de: SCHIMIDELL,W. Biotecnologia Industrial.
Composição dos
gases de exaustão
Velocidade
de agitação
Temperatura
Vazão de ar
Vazão de meio
suplementar
Biorreator
OD
Pressão
pH
Massa/Volume
CO2
O2
Variável medida
Variável medida e empregada em malha
de controle (aberta ou fechada)
Vários tipos de processos de cultivo de microrganismos:
 Processo descontínuo (batelada). 
 Descontínuo alimentado.
 Contínuo.
 Semicontínuo.
Processos fermentativos
Processo Descontínuo (batelada):
 consiste na adição do meio de cultura e do microrganismo na dorna de fermentação no início 
do processo, sem haver adição de substrato e/ou retirada do produto até o final do
processo fermentativo.
Tipos de Processos Fermentativos
Meio de cultura
Microrganismo
Produto
Fermentação
Fonte: autoria própria.
Descontínuo alimentado:
 consiste na adição de substrato durante o processo fermentativo e os produtos formados 
permanecem dentro do reator até o final do processo.
Tipos de Processos Fermentativos
Fonte: autoria própria.
Meio de cultura
Substrato
Fermentação
Produto
Microrganismo
Contínuo:
 adição do meio de cultura e a retirada do caldo fermentado continuamente, volume 
constante, o sistema atinge a condição de estado estacionário na qual não há variação da 
concentração celular, de nutrientes e de produto no meio em fermentação.
Tipos de Processos Fermentativos
Fonte: autoria própria.
Meio de cultura
Caldo fermentado
Fermentação
Produto
Microrganismo
Substrato
Semicontínuo:
 um processo em que, após o término da fermentação, parte do caldo fermentado é retirado 
para fins de separação do produto, sendo adicionado no biorreator o mesmo volume do meio 
de cultura, de modo a adicionar o substrato e, simultaneamente, restabelecer o volume
de trabalho.
Tipos de Processos Fermentativos
Meio de cultura
Caldo fermentado
Fermentação
Microrganismo
Substrato
Fonte: autoria própria.
Curva típica do crescimento bacteriano:
Preparo do inóculo
Tempo
Fase de
aceleração
Fase de
latência
Fase
exponencial
Fase de
desaceleração
Fase
estacionária
Fase
endógena ou
de declínio
L
o
g
 (
n
ú
m
e
ro
 d
e
 c
é
lu
la
s
)
Fonte: adaptado de: 
MONTE et al., 2018
Cultura
puraVolume de
Meio = V1
Volume de
Meio = V2 > V1
Volume de
Meio = V3 > V2
Incubação Fase de
Laboratório
Incubação Incubação
Fase
Industrial
Dorna
Volume de
Meio = V4 > V3
Volume de
Meio = V5 > V4
Fonte: adaptado de: Biotecnologia Farmacêutica – Michele Vitolo.
 A cinética de um bioprocesso consiste na análise da evolução dos valores de concentração 
de um ou mais componentes do sistema de cultivo em função do tempo de fermentação.
X - Concentração celular.
S - Concentração de substrato.
P - Concentração de produto.
Cinética de processos fermentativos
Fonte: adaptado de: SCHIMIDELL, W. Biotecnologia Industrial.
Tempo (h) Tempo (h) Tempo (h)
12
9
6
3
0
X
, 
S
, 
P
12
9
6
3
0
X
, 
S
, 
P
15
12
9
6
3
0
X
, 
S
, 
P
S
S
X
P
S
X
P
X
P
0 2 4 6 0 2 4 6 8 10 12 14 0 10 20 30 40 50
Controles de bioprocessos e otimização
Diminuir o tempo
Aumentar a produção
Aumentar a produtividade
Mercado competitivo
Técnicas de controle e otimização de processos
Processo
Produtivo
Medir
Analisar
dados
Controlar
 Temperatura.
 PH.
 Volume.
 Espuma.
 Pressão.
 Agitação.
 Viscosidade.
 Gases.
Controles importantes nos bioprocessos
Os bioprocessos podem ser classificados em processo descontínuo, processo descontínuo 
alimentado, processo contínuo e processo semicontínuo. A escolha por uma destas formas de 
operação deve considerar diferentes critérios entre eles a fisiologia da célula. Em relação aos 
processo citados acima assinale a alternativa correta.
a) A produtividade é a mesma nos diferentes processos descritos.
b) No processo semicontínuo ocorre recuperação do produto durante todo o período
de fermentação.
c) O processo contínuo apresenta maior rendimento, porém o risco de contaminação é maior 
com parado aos processos descontínuos.
d) A cinética do processo descontínuo alimentado é igual a 
cinética apresenta do processo descontínuo.
e) A retirada de produto durante a fermentação do processo 
descontínuo alimentado possibilita maior recuperação
do produto.
Interatividade
Os bioprocessos podem ser classificados em processo descontínuo, processo descontínuo 
alimentado, processo contínuo e processo semicontínuo. A escolha por uma destas formas de 
operação deve considerar diferentes critérios entre eles a fisiologia da célula. Em relação aos 
processo citados acima assinale a alternativa correta.
a) A produtividade é a mesma nos diferentes processos descritos.
b) No processo semicontínuo ocorre recuperação do produto durante todo o período
de fermentação.
c) O processo contínuo apresenta maior rendimento, porém o risco de contaminação é maior 
com parado aos processos descontínuos.
d) A cinética do processo descontínuo alimentado é igual a 
cinética apresenta do processo descontínuo.
e) A retirada de produto durante a fermentação do processo 
descontínuo alimentado possibilita maior recuperação
do produto.
Resposta
Etapas gerais de um bioprocesso
Processo Upstream Fermentação Processo Downstream
Construção 
do vetor
Seleção do clone
Lise da célula
Purificação
Fonte: AZZONI (2019). 
 Processo downstream - as operações de recuperação e purificação (são a chave para a 
obtenção de produtos de elevada qualidade).
As etapas do processo de purificação dependem de algumas características do produto como:
 localização do produto produzido pela célula, 
 características físico-químicas do produto, ou seja, tamanho molecular, densidade, 
concentração, solubilidade, carga elétrica, hidrofobicida,
 características físico-químicas do meio, como viscosidade, 
densidade, impurezas e partículas indesejáveis; e da aplicação 
final do produto.
Separação do produto e subproduto
O processo de purificação pode ser dividido
em quatro etapas:
1. separação de células e seus
fragmentos (clarificação).
2. concentração e/ou purificação de baixa resolução.
3. purificação de alta resolução.
4. operações para acondicionamento final do produto.
Principais etapas da recuperação e purificação de biomoléculas
Células
Biorreator
Separação
células-líquido
Liberação do produto
(rompimento celular)
Separação
sólido-líquido
Purificação
de baixa resolução
Purificação
de alta resolução
Acondicionamento
do produto
Meio extracelular contendo
a biomolécula secretada
Biomolécula purificada
Fonte: adaptado de: SCHIMIDELL, W. Biotecnologia Industrial.
1. Clarificação - separação entre células e meio líquido, da qual resulta um líquido clarificado.
Principais etapas da recuperação e purificação de biomoléculas
Fonte: adaptado de: 
SCHIMIDELL, W. 
Biotecnologia Industrial.
Etapa do processo Operações unitárias Princípio
Clarificação
Filtração convencional Tamanho das células
Centrifugação Tamanho e densidade das células
Filtração tangencial
(membranas)
Tamanho das partículas
Fioculação Hidrofobicidade de partículas
Filtração tangencial
Saída do Filtrado
Corrente de
concentrado
Corrente de
alimentação
Pa Pr
Pf
Corrente de
permeado
Membrana
Canal de escoamento
da suspensão
Fonte: adaptado de: Biotecnologia aplicada à saúde.
Métodos de rompimento celular:
 Mecânicos (homogeneizador de alta pressão, moinho de bolas, prensa francesa
e ultrassom);
 Não mecânicos ou físicos (choque osmótico, congelamento e descongelamento, 
aquecimento e secagem); 
 Químicos (álcalis, solventes, detergentes e ácidos);
 Enzimáticos (lise enzimática ou inibição da síntese da parede celular).
Principais etapas da recuperação e purificação de biomoléculas
2. concentração e/ou purificação de baixa resolução
3. purificação de alta resolução
Principais etapas da recuperação e purificação de biomoléculas
Fonte: adaptado de: SCHMIDELL, W. Biotecnologia Industrial.
Etapa do processo Operações unitárias Princípio
Purificação de
Baixa resolução
Precipitação Solubilidade
Ultrafiltração
(membranas)
Massa molar, raio hidrodinâmico
e forma das moléculas
Etapa do processo Operações unitárias Princípio
Purificação de
alta resolução
Cromatografia
de troca iônica
Tipo e densidade de carga na
superfície da biomolécula
Cromatografia
de afinidade biológica 
ou química
Absorção em sítios específicos
da superfície de um proteína
Cromatografia de 
interação hidrofóbica
Hidrofobicidade
Cromatografia de 
exclusão molecular
Massa molar
4. operações para acondicionamento final do produto
Principais etapas da recuperação e purificação de biomoléculas
Fonte: adaptado de: SCHMIDELL, W. Biotecnologia Industrial.
Etapa do processo Operações unitárias Princípio
Tratamentos finais
Cristalização
Solubilidade e propriedades do
equilíbrio líquido-sólido
Liofilização
Propriedades do equilíbrio
líquido-sólido
Secagem
Propriedades do equilíbrio
líquido-sólido
 Utilizar apenas uma cadeia enzimática existente na célula, responsável por uma 
biotransformação-alvo.
 O uso de catalisadores de alto custo, como as enzimas, requer a recuperação e a 
reutilização destas para tornar o processo economicamente viável. Isso é alcançado com a 
aplicação de enzimas na forma imobilizada.
 Técnicas de imobilização pode alterar as propriedades da própria enzima, produzindo 
biocatalisadores com elevada atividade, especificidade e estabilidade.
Biorreatores enzimáticos
Métodos de imobilização enzimática
Fontes: adaptado de: Guia para aulas práticas de biotecnologia de enzimas e fermentações. ROCHA 
FILHO & VITOLLO SOUZA, et al. Imobilização enzimática: princípios fundamentais e tipos de suporte.
Técnicas de imobilização de enzimas
Aprisionamento Formação de ligações
Em matriz
(enredamento)
Em membranas
(encapsulamento)
Absorção Ligação covalente
Enzima/
suporte
Enzima/
enzima
Absorção
Reticulação
EncapsulaçãoConfinamento
Ligação covalente
 Reator de batelada - terminada a reação, a enzima imobilizada pode ser separada da misturafinal com relativa facilidade (filtração ou decantação, por exemplo).
 Reator de leito fixo - Neste tipo de reator a enzima imobilizada é empacotada, permanecendo 
estacionária, enquanto a solução de substrato é bombeada através dela.
 Reator de leito fluidizado - A enzima imobilizada neste caso encontra-se em suspensão no 
interior do reator, sendo a solução de substrato bombeada através dela. A velocidade de 
fluxo da solução de substrato é alta o suficiente para impedir a deposição das partículas no 
fundo do reator, e baixa o suficiente para evitar que estas sejam arrastadas no efluente.
 Reator agitado continuamente - Neste caso há entrada e saída 
contínua de fluido. Eventualmente certa quantidade de enzima 
pode ser arrastada no efluente, devendo-se, por isso, acoplar 
na saída um sistema que permita recuperá-la (filtração,
por exemplo).
Tipos de reatores enzimáticos
Biossegurança é o conjunto de ações voltadas para a prevenção, minimização ou eliminação 
de riscos inerentes às atividades de: 
 Pesquisa;
 Produção;
 Ensino;
 Desenvolvimento Tecnológico;
 Prestação de serviços (laboratório clínico) capazes de comprometer a saúde do homem,
dos animais, das plantas, do ambiente ou a qualidade dos trabalhos desenvolvidos.
(CTBio-FIOCRUZ, 2003)
Biossegurança
Sob o ponto de vista da biossegurança, os microrganismo são classificados em dois grupos: 
 Grupo I – microrganismos não patogênicos; 
 Grupo II – microrganismos patogênicos para o homem, os animais e as plantas;
 São classificados de acordo com a sua capacidade de causar, infecção, patogenia, 
transmissão, morbidade, mortalidade, epidemia, e por possuir ou não tratamento
Biossegurança
Classificação de risco
dos agentes biológicos:
 Classe de risco 1
 Classe de risco 2
 Classe de risco 3
 Classe de risco 4
Níveis de
Biossegurança (NB):
 NB-1
 NB-2
 NB-3
 NB-4
 Art. 1º Esta Resolução possui o objetivo de estabelecer os 
requisitos mínimos para o registro de produtos biológicos 
novos e produtos biológicos no país, visando garantir a 
qualidade, segurança e eficácia destes medicamentos.
Aprovação de Medicamentos biológicos
Ministério da Saúde
Agência Nacional de Vigilância Sanitária 
RESOLUÇÃO – RDC Nº 55, DE 16 DE DEZEMBRO DE 2010
Dispõe sobre o registro de produtos biológicos novos e
produtos biológicos e dá outras providências.
I. Vacinas;
II. Soros hiperimunes (RDC 187/17);
III. Hemoderivados;
IV. Biomedicamentos classificados em:
a) medicamentos obtidos a partir de fluidos biológicos ou de tecidos de origem animal;
b) medicamentos obtidos por procedimentos biotecnológicos.
V. Anticorpos monoclonais;
VI. Medicamentos contendo microrganismos vivos, 
atenuados ou mortos;
RDC N˚55 de 16 de dezembro de 2010
 Art. 18. Todas as indicações terapêuticas solicitadas no registro, para o produto biológico 
novo ou produto biológico, devem estar documentalmente demonstradas nos relatórios dos 
estudos clínicos.
 Os estudos clínicos devem ser conduzidos com o produto biológico novo ou produto 
biológico apresentado para o registro.
 Art. 28. Independentemente da via de desenvolvimento 
utilizada, no ato do protocolo do pedido de registro de um 
produto biológico novo ou produto biológico, a empresa deverá 
apresentar relatório do estudo de imunogenicidade.
RDC N˚55 de 16 de dezembro de 2010
RDC N˚55 de 16 de dezembro de 2010
Fonte: Adaptado de: Ferreira Neto et al., 2019
Vias para registro de produtos biológicos no Brasil, segundo a RDC nº 55/2010
Produtos biológicos novos Produtos biológicos
Dossiê completo
Via de desenvolvimento
individual
Via de desenvolvimento
por comparabilidade
Inclui estudos não clínicos
e clínicos de fases I, II e III
Estudos não clínicos reduzidos e
clínicos de fase III comparativos
Exercício da comparabilidade (estudos
não clínicos e clínicos comparativos)
 O processamento downstream biofarmacêutico refere-se à recuperação e purificação de uma 
substância medicamentosa. O processamento downstream biofarmacêutico é aplicável em 
processos de mAb ou proteínas, bem como na fabricação de oligonucleotídeos, 
polissacarídeos e diversas vacinas. Assinale a alternativa incorreta.
a) O objetivo do processamento downstream é isolar, purificar e concentrar a substância 
medicamentosa previamente sintetizada.
b) O processo é constituído de 4 etapas e se inicia com a clarificação, processo que separa as 
células do meio de cultura.
c) Para a produção de medicamentos biológicos são 
necessários processos de purificação de alta resolução.
d) Todos processos downstream se iniciam com a lise celular.
e) A liofilização e secagem são os processos finais para 
acondicionamento do produto.
Interatividade
 O processamento downstream biofarmacêutico refere-se à recuperação e purificação de uma 
substância medicamentosa. O processamento downstream biofarmacêutico é aplicável em 
processos de mAb ou proteínas, bem como na fabricação de oligonucleotídeos, 
polissacarídeos e diversas vacinas. Assinale a alternativa incorreta.
a) O objetivo do processamento downstream é isolar, purificar e concentrar a substância 
medicamentosa previamente sintetizada.
b) O processo é constituído de 4 etapas e se inicia com a clarificação, processo que separa as 
células do meio de cultura.
c) Para a produção de medicamentos biológicos são 
necessários processos de purificação de alta resolução.
d) Todos processos downstream se iniciam com a lise celular.
e) A liofilização e secagem são os processos finais para 
acondicionamento do produto.
Resposta
 BRUNO, A. N. Biotecnologia. Vol. I. Porto Alegre: ArtMed, 2014.
 OLIVEIRA, V.G. Processos Biotecnológicos Industriais. São Paulo: Érica, 2015.
 LIMA, U.A.L. Biotecnologia Industrial. Vol. 3. Processos Fermentativos e Enzimáticos,2002. 
1ª edição. 
 SANGRILLO, F.S.; DIAS, F.R.F.; TOLENTINO, N.M.C.; OLIVEIRA, V.G. Processos 
Produtivos em Biotecnologia, 2015.
 SCHIMIDELL, W. Biotecnologia Industrial. Vol.2. Engenharia Bioquímica.
 VITOLO, M. Biotecnologia Farmacêutica. Aspectos sobre Aplicação Industrial. 2015 — 1ª 
edição.
 https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page
Referências
ATÉ A PRÓXIMA!