BIOENGENHARIA E BIOTECNMOLOGIA APLICADA A BIOMEDICINA II

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Unidade II
Unidade II
5 VACINAS E NANOTECNOLOGIA
5.1 Vacinas
5.1.1 Tecnologia da produção de soros e vacinas
Além da fome, as doenças infecciosas sempre tiveram um impacto devastador sobre a humanidade. 
Uma das pandemias mais catastróficas da história foi a peste bubônica (auge entre 1347-1350 d.C.), 
também conhecida como “peste negra”, que provocou a morte de um terço de toda a população humana 
e, mais recentemente, a gripe espanhola em 1918, que causou entre 50 e 100 milhões de mortes em todo 
o mundo, reduzindo a população europeia pela metade. Apenas para efeito de comparação, durante a 
Primeira Guerra Mundial, entre 1914 e 1918, 40 milhões de pessoas foram mortas. Ou seja, em apenas 
dois anos, a gripe espanhola foi responsável por mais mortes do que a Primeira Guerra Mundial em 
seus 4 anos.
Antes da introdução de estratégias preventivas e terapêuticas eficazes, a expectativa de vida era 
estimada em menos de 50 anos e as infecções bacterianas foram imperativas na definição desse limite. 
Esse cenário mudou com a introdução de três medidas que ajudaram a reduzir drasticamente a carga de 
morte causada por doenças infecciosas. As medidas incluem: higiene, antibióticos e vacinação.
Milhares de anos atrás, percebeu-se que indivíduos que sobreviviam da infecção pela varíola eram 
imunes a infecções subsequentes. A partir destas observações, na China, no século X, originou-se a 
prática de inocular indivíduos com material infeccioso das pústulas de varíola de pessoas infectadas, 
uma prática que ficou conhecida como variolação. Esse material infeccioso era injetado na pele ou 
introduzido pela rota nasal. A infecção que se desenvolvia era geralmente mais branda, mas mesmo 
assim, a prática não era livre de riscos. Algumas vezes infecções fatais ocorriam, e como a varíola 
era contagiosa, as infecções induzidas pela variolação poderiam levar a epidemias. Mesmo assim, a 
prática da variolação para prevenção da varíola se disseminou para outras regiões, incluindo: Índia, 
África e Europa.
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Figura 109 – Ilustração da prática de variolação
Apesar da variolação ter sido praticada por séculos, o médico inglês Edward Jenner (1749-1823) é 
geralmente creditado pelo desenvolvimento do processo moderno de vacinação. Jenner observou que o 
gado leiteiro desenvolvia uma doença semelhante à varíola, mas muito mais branda. E ainda, as camponesas 
que faziam a ordenha desse gado não desenvolviam a forma severa da varíola. A partir disso, Jenner 
hipotetizou que a exposição a um patógeno menos virulento poderia proporcionar proteção imune 
contra uma forma mais virulenta, sendo, portanto, uma alternativa mais segura do que a variolação. Isto 
levou-o a testar sua hipótese obtendo amostras de uma lesão ativa de uma camponesa, que foi infectada 
pela varíola bovina, e injetar esse material em um menino de 8 anos (lembrando que nessa época ainda 
não se discutiam aspectos éticos de pesquisa). O menino desenvolveu uma infecção branda, com febre 
baixa, um desconforto na axila e perda de apetite. Quando o menino foi infectado posteriormente com 
material infeccioso da varíola humana, ele não desenvolveu a doença. Esta nova estratégia foi denominada 
vacinação, um nome derivado do uso da varíola bovina (da palavra “vacca”, em latim).
Hoje nós sabemos que a vacina de Jenner funcionou porque o vírus da varíola bovina é genético e 
antigenicamente semelhante (ou seja, possui antígenos muito parecidos) ao vírus da varíola humana. 
E que essa exposição a um vírus menos infeccioso produziu uma resposta imunológica primária e 
produção de células de memória que identificaram epitopos idênticos ou relacionados no vírus da 
linhagem mais virulenta. 
O sucesso da vacinação de Jenner contra a varíola levou outros cientistas a desenvolverem vacinas 
para outras doenças. Talvez o mais notável tenha sido Louis Pasteur, que desenvolveu vacinas contra 
raiva, cólera e antraz. Nos séculos seguintes, diversas outras vacinas foram desenvolvidas contra doenças 
causadas por vírus (caxumba, hepatite, sarampo, pólio e febre amarela) e bactérias (difteria, pneumonia 
pneumocócica e tétano).
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Além disso, é importante enfatizar que muitas vacinas podem prevenir certos cânceres. Por exemplo, 
as vacinas contra o papilomavírus humano (HPV) protegem contra carcinoma cervical e a vacina contra 
hepatite B tem um enorme impacto na redução do câncer de fígado induzido por este patógeno.
A primeira vacina contra o HPV se tornou disponível em 2006, e atualmente diversos países 
incluem-na em sua rotina de vacinações, pelo menos para as meninas. O HPV é praticamente o 
único agente etiológico do carcinoma cervical. Obviamente, reduzindo o número de infecções por 
HPV através da vacinação; também haverá impacto sobre o número de mulheres que desenvolvem 
esse câncer.
Diferentemente de remédios, vacinas são usadas com a proposta de prevenirem doenças. As 
vacinas são ótimas ferramentas, porque não previnem apenas infecções nas pessoas vacinadas, mas 
as complicações que poderiam ser resultantes da doença. Além disso, se uma pessoa não contrai uma 
doença, ela não transmitirá a outros indivíduos.
Dessa forma, as vacinas são capazes de eliminar a transmissão da doença em uma população que 
desenvolveu imunidade de rebanho. Para algumas doenças, como a varíola, a imunidade de rebanho é 
atingida quando pelo menos 90% a 95% da população é vacinada e a transmissão da doença é parada 
em toda a população. Essa porcentagem pode variar dependendo da patogenicidade e infectividade de 
um determinado agente etiológico.
 Saiba mais
Com o propósito de conhecer com mais detalhes acerca da imunidade 
de rebanho, acesse:
INSTITUTO BUTANTAN. Imunidade de rebanho. São Paulo: [s.d.]. 
Disponível em: https://coronavirus.butantan.gov.br/temp/Imunidade-de-
rebanho. Acesso em: 9 dez. 2020.
Portanto, desde que a cobertura vacinal permaneça alta, a incidência das doenças que elas previnem 
será baixa. Infelizmente, um número cada vez maior de pais fica hesitante sobre vacinas e o número 
de pessoas não vacinadas tem aumentado nos últimos anos, a exemplo do crescimento de casos de 
sarampo em diferentes países.
Agora que já sabemos a importância das vacinas, vamos falar mais especificamente sobre as 
suas bases biológicas. O seu mecanismo de funcionamento está diretamente atrelado à biologia do 
sistema imune.
O sistema imune é um sistema complexo que precisa ser muito bem regulado. É composto de 
diferentes moléculas, macromoléculas, células e órgãos.
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Ele permite aos organismos se protegerem contra diferentes ameaças, como patógenos infecciosos, 
bem como contra outras situações prejudiciais que podem causar doenças.
Os diferentes órgãos do sistema imune são categorizados como órgãos linfoides primários (como 
o timo e a medula óssea) e secundários (como o baço, os linfonodos, as placas de Peyer e os tecidos 
linfoides associados às mucosas).
Na medula óssea, as células do sistema imune são geradas e diferenciadas em subpopulações a partir 
de uma população comum de células-tronco hematopoiéticas. Este processo é independente do contato 
com o antígeno.
Figura 110 – Hematopoese. O processo de hematopoese envolve a diferenciação de células-tronco 
hematopoiéticas em células do sangue e do sistema imune
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Nos órgãos linfoides secundários, a diferenciação é dependente de antígeno. Além disso, nesses 
órgãos algumas subpopulações vão se diferenciar em células antígeno-específicas que irão combater 
os patógenos.
As células do sistema imune são chamadas de células brancas ou leucócitos. Existem muitos diferentes 
tipos de leucócitos. Nas primeiras etapas da diferenciação, progenitores mieloides e progenitores 
linfoides são gerados. Macrófagos, neutrófilos, eosinófilos e basófilos são gerados a partir dos precursores 
mieloides. Células natural killer (NK), linfócitos T e linfócitos B originam-sedos precursores linfoides. 
Linfócitos B completam sua maturação na medula óssea, enquanto os linfócitos T migram da medula 
óssea para o timo, onde completam seu processo de maturação. No timo, apenas linfócitos T capazes de 
reconhecer antígenos estranhos serão selecionados e poderão sair do timo. Por outro lado, linfócitos T 
que reagem contra antígenos próprios são destruídos. Por sua vez, as células dendríticas fazem a ponte 
entre a imunidade inata e a imunidade adaptativa.
Agora abordaremos com mais detalhes sobre essas diferenças entre os mecanismos da imunidade 
inata e da imunidade adaptativa.
Figura 111 – Resumo dos componentes do sistema imune inato e sistema imune adaptativo
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5.1.2 Mecanismos do sistema imune inato
A exposição a patógenos infecciosos não necessariamente resulta em infecção e doença. As defesas 
do sistema imune inato começam com as barreiras anatômicas, como a pele intacta e as membranas 
mucosas que previnem a entrada de muitos microrganismos e agentes tóxicos. A pele também possui 
um ambiente ácido, com pH entre 3 e 5, que retarda o crescimento de microrganismos. Além disso, os 
microrganismos que normalmente habitam a pele e as membranas mucosas competem com outros por 
nutrientes. Ainda, o muco e os cílios nas membranas mucosas atuam aprisionando microrganismos e 
impulsionando-os para fora do corpo.
Além da barreira física, o sistema imune inato inclui barreiras fisiológicas, como: temperatura 
corpórea normal, febre, acidez gástrica, lisozimas, interferon e colectinas. A temperatura corpórea 
fisiológica de 37 ºC inibe uma variedade de microrganismos, assim como a temperatura da febre. 
Lisozimas são enzimas hidrolíticas encontradas nas lágrimas e nas secreções mucosas que podem clivar 
a camada de peptidoglicanos da parede celular de bactérias, destruindo o microrganismo. Interferons 
incluem um grupo de proteínas produzidas por células infectadas por vírus e capazes de se ligarem 
a células não infectadas e induzirem um estado “antiviral”. Colectinas são proteínas surfactantes 
que estão presentes no soro, secreções pulmonares e superfícies mucosas. Elas podem matar certos 
microrganismos patogênicos por destruírem suas membranas lipídicas ou indiretamente por aglomerar 
esses microrganismos, aumentando sua susceptibilidade à fagocitose.
O sistema complemento também é parte das medidas defensivas do sistema imune inato. Existem 
3 vias do complemento. A via clássica é disparada quando anticorpos do tipo IgM ou IgG se ligam a 
marcadores/antígenos de superfície em microrganismos. A via alternativa é disparada pela deposição 
da proteína do complemento C3b na superfície microbiana e não requer anticorpos para sua ativação. 
A terceira via, a via da lectina, é desencadeada pela ligação da lectina ligadora de manose (MBL) 
plasmática a microrganismos e não requer anticorpos para ativação. Essas três vias convergem para 
uma via comum que leva à formação do complexo de ataque à membrana da célula-alvo. A via do 
complemento também exerce função importante de opsonização de antígenos para fagocitose e 
resposta inflamatória localizada.
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Figura 112 – Visão geral da via clássica do sistema complemento
A resposta inflamatória é outra parte essencial da resposta imune inata. A resposta inflamatória é a 
reação do corpo à invasão por um agente infeccioso, desafio antigênico, ou qualquer outro tipo de dano 
físico. A resposta inflamatória permite produtos do sistema imune em uma área de infecção ou dano e 
é caracterizada pelos sinais cardinais: rubor, calor, dor, edema e perda de função.
Além dos mecanismos anatômicos e fisiológicos, existem receptores de reconhecimento de padrão 
que contribuem para a resposta imune inata. Receptores de padrões de reconhecimento não reconhecem 
um patógeno específico, mas podem proporcionar uma resposta rápida a antígenos.
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Por fim, os fagócitos mononucleares e células granulocíticas são células importantes na imunidade 
inata e ajudam a fazer a ligação entre a imunidade inata e a imunidade adaptativa. Fagócitos 
mononucleares incluem monócitos que circulam no sangue e macrófagos que estão nos tecidos. 
Monócitos e macrófagos são muito importantes na apresentação de antígeno, fagocitose, produção de 
citocinas e atividades citotóxicas e antimicrobianas.
As células granulocíticas incluem: neutrófilos, eosinófilos e basófilos/mastócitos. Neutrófilos são 
células fagocíticas altamente ativas e geralmente são os primeiros a chegarem no sítio da inflamação. 
Eosinófilos também são células fagocíticas, entretanto, eles são mais importantes na resistência a 
parasitas. Basófilos no sangue e mastócitos nos tecidos liberam histamina e outras substâncias que são 
importantes no desenvolvimento das alergias.
Figura 113 – Processo de inflamação dependente dos mecanismos da imunidade inata
O sistema imune inato pode erradicar alguns agentes patogênicos sem ajuda do sistema imune 
adaptativo, ou o sistema imune inato pode estimular o sistema imune adaptativo para que ele erradique 
um agente patogênico.
A presença de ameaças microbianas é percebida pelo sistema imune inato através de padrões de 
reconhecimento que chamamos de PAMPs (padrões moleculares associados a patógenos) ou DAMPs 
(padrões moleculares associados a danos). No caso da infecção, PAMPs e DAMPs são reconhecidos por 
receptores de reconhecimento de padrões. A palavra “padrão” é usada em PAMPs e DAMPs porque 
PAMPs consistem de estruturas moleculares comuns a diferentes grupos de patógenos, enquanto 
DAMPs são tipicamente liberados por células danificadas. PAMPs são reconhecidos como estranhos 
justamente porque diferem dos componentes endógenos, mas esta não é a única explicação para o 
fato de PAMPs iniciarem uma resposta imune. Padrões/estruturas moleculares conservadas podem ser 
comuns a microrganismos patogênicos e não patogênicos, mas apenas os microrganismos patogênicos 
são capazes de ativar a resposta imune.
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Exemplos de PAMPs são estruturas moleculares encontradas na superfície de bactérias, fungos e 
parasitas. Alguns exemplos de DAMPs são: ATP extracelular ou histonas liberadas de células danificadas.
Um ponto importante a se considerar no contexto de desenvolvimento de vacinas é que os sinais do 
sistema imune inato gerados pela interação entre PAMPs e DAMPs com receptores de reconhecimento 
de padrão influenciam qualitativamente o tipo de resposta imune adaptativa induzida.
Este reconhecimento de ligantes vai iniciar uma cascata de sinalização intracelular que tem 
por função induzir diferentes eventos, como a produção de diferentes combinações de citocinas 
pró-inflamatórias e interferons, processamento e secreção das citocinas, autofagia e morte celular. 
Todos esses processos são fundamentais para o recrutamento das células do sistema imune para o 
sítio da infecção, por exemplo, o recrutamento de neutrófilos e células dendríticas. A internalização 
do patógeno pelos neutrófilos leva à sua eliminação, enquanto a internalização e o processamento do 
patógeno por células dendríticas serão importantes para apresentação dos antígenos do patógeno às 
células T naïve da resposta imune adaptativa, que serão ativadas e diferenciadas em células T específicas.
 Observação
O termo “naïve” se refere a linfócitos que não foram ativados 
anteriormente por nenhum patógeno.
As células dendríticas são chamadas de células apresentadoras de antígeno profissionais. No sítio da 
infecção, células dendríticas residentes ou células dendríticas recrutadas podem diretamente perceber a 
presença de PAMPs e DAMPs através de seus receptores de reconhecimento de padrões e ativar diferentes 
processos. Células dendríticas também irão fagocitar o patógeno e apresentar antígenos proteicos 
específicos via proteínas de superfície. Essas proteínas são chamadas de proteínas do Complexo Principal 
de Histocompatibilidade (MHC)classe I e classe II. Essas células dendríticas ativadas também vão começar 
a expressar moléculas coestimulatórias de superfície e vão liberar citocinas pró-inflamatórias. Por fim, 
essas células dendríticas ativadas migram para os órgãos linfoides periféricos e apresentam o patógeno 
processado aos linfócitos T naïve. Moléculas de MHC I e II carregadas com antígenos serão reconhecidas, 
respectivamente, por linfócitos T CD8 e CD4. Além disso, as moléculas coestimulatórias das células 
dendríticas vão interagir com receptores específicos na superfície dos linfócitos T. Essas interações vão 
resultar em ativação e diferenciação de células T em diferentes subpopulações de células T efetoras.
Esta função central das células dendríticas na diferenciação das células T permite compreender 
como imunidade inata e adaptativa estão inter-relacionadas.
5.1.3 Mecanismo da imunidade adaptativa
A partir do que vimos na última sessão, a ativação das respostas inatas através das interações de 
estruturas moleculares comuns a diferentes patógenos inicia respostas adaptativas altamente específicas.
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Isso resulta em diferenciação dos linfócitos T e B naïve em linfócitos T e B patógeno específicos. 
Estas células são agora capazes de produzir anticorpos específicos para esse patógeno, matar células 
infectadas ou ajudar as células infectadas a se livrar do invasor.
Ao contrário do sistema imune inato, as ações do sistema imune adaptativo são específicas. Essa 
resposta demora mais para ocorrer do que a do sistema imune inato. Entretanto, o sistema imune 
adaptativo possui memória, o que significa que ele vai responder mais rapidamente a um patógeno 
específico a partir da segunda exposição.
A resposta imune adaptativa é composta de imunidade humoral (produção de anticorpos solúveis 
pelos linfócitos B) e de imunidade celular (produção de citocinas estimulação das atividades citotóxicas 
dos linfócitos T). Os linfócitos B e os anticorpos formam a imunidade humoral, e os linfócitos T são 
responsáveis pela imunidade celular.
O primeiro braço do sistema imune adaptativo é a imunidade humoral e suas funções contra 
agentes patogênicos extracelulares e toxinas. Linfócitos B são produzidos na medula óssea e então 
migram para os linfonodos. Nos linfonodos, linfócitos B tornam-se maduros e são expostos a agentes 
patogênicos. Os linfócitos B se apresentam em três principais subpopulações. A primeira subpopulação 
de linfócitos B é a das células B-1. As células B-1 são uma pequena subpopulação de linfócitos B 
autorrenováveis presente em vários órgãos e capazes de se diferenciarem rapidamente em plasmócitos 
(células secretoras de anticorpos). As células B-1 possuem um repertório restrito e secretam 
principalmente anticorpos do isótipo IgM. Esses anticorpos secretados pelas células B-1 são chamados 
de “anticorpos naturais”, os quais tendem a ser polirreativos, de baixa avidez e capazes de reconhecer 
estruturas antigênicas comuns a diferentes patógenos. A segunda subpopulação de células B é 
chamada de células B da “zona marginal”. Estas residem na zona marginal do baço, adjacentes ao seio 
marginal. Diferentemente dos linfócitos T, os linfócitos B da zona marginal reconhecem antígenos em 
sua forma nativa, ou seja, eles não precisam que o antígeno seja processado para ser apresentado por 
uma célula apresentadora de antígeno e depois seja apresentado por um linfócito T. Esses antígenos 
são chamados de antígenos independentes de linfócitos T, porque a ativação dos linfócitos T não é 
requerida para ativar os linfócitos B. Exemplos desses antígenos, incluem: lipopolissacarídeos (LPS), 
dextran e flagelina polimérica bacteriana. Esses antígenos podem induzir à ativação de numerosos 
linfócitos B, entretanto, a resposta imune e a indução de memória são mais fracas do que quando a 
ativação tem a participação dos linfócitos T.
Os anticorpos naturais produzidos por células B-1 e a resposta rápida das células B da zona 
marginal proporcionam anticorpos que protegem durante um intervalo importante entre a resposta 
imune inata inicial e a resposta adaptativa tardia. A terceira subpopulação de células B é composta de 
células B convencionais recirculantes do sangue e na linfa e residentes nos folículos dos órgãos linfoides 
secundários. Essas células são responsáveis pela resposta adaptativa clássica mediada por anticorpos. 
Elas requerem a ajuda de uma célula T para se diferenciarem em plasmócitos secretores de anticorpos de 
alta avidez e células que proporcionarão uma memória imunológica duradoura.
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Esta resposta imune efetiva, de longa duração, é o tipo de reação que se objetiva com as imunizações. 
Desses linfócitos B estimulados, surgem clones de linfócitos B com a especificidade para um antígeno 
em particular. Essas células se tornam células produtoras de anticorpos ou células de memória que vão 
permanecer nos linfonodos para estimular uma nova resposta imune a um antígeno particular. Isto 
ocorre durante a resposta imune primária quando o sistema imune é exposto pela primeira vez a um 
antígeno em particular.
Este processo de seleção clonal e expansão leva vários dias para ocorrer, e envolve, primariamente, a 
produção de IgM, que é o primeiro isótipo de anticorpo produzido durante uma resposta imune primária.
À medida que a resposta imune progride, os plasmócitos começam a produzir IgG específica ao 
antígeno em particular. Apesar de o IgM ser o primeiro isótipo a ser produzido, IgG é um anticorpo de 
neutralização, ele se liga mais efetivamente ao antígeno e atua na opsonização.
Os anticorpos produzidos pelas diferentes subpopulações de linfócitos B possuem três diferentes 
ações sobre os patógenos extracelulares. Primeiramente, eles podem neutralizar o patógeno invasor e 
prevenir a sua adesão a outros tipos celulares e, consequentemente, inibir a infecção de novas células. 
Depois, eles podem opsonizar o patógeno, facilitando sua fagocitose por células especializadas. E, por 
fim, ao se ligarem ao patógeno, eles podem ativar o sistema complemento levando a sua destruição.
 Observação
Outros anticorpos (imunoglobulinas) podem ser produzidos pelos 
linfócitos B. Eles incluem IgD, IgA e IgE. IgD é encontrado como receptor 
de superfície de linfócitos B maduros. IgA é o anticorpo localizado em 
secreções, como: muco, saliva, lágrimas e leite. Por sua vez, IgE é o anticorpo 
envolvido em reações alérgicas e infecções parasitárias.
A partir da formação de células de memória na resposta imune primária, qualquer exposição 
subsequente ao mesmo antígeno resulta em uma resposta imune secundária mais rápida, potente e 
primariamente composta de IgG.
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A) 
B) 
Figura 114 – Perfil da resposta imunológica ao antígeno. Após a primeira exposição ao antígeno, segue-se uma resposta imunológica 
mais longa e de menor intensidade. A partir da segunda exposição ao mesmo antígeno, a resposta imunológica torna-se mais rápida 
e de maior intensidade
Como outro braço da resposta imune adaptativa, os linfócitos T atuam primariamente contra 
patógenos intracelulares. As células T maturam no timo e são liberadas na corrente sanguínea. Existem 
dois tipos principais de linfócitos T, células CD4 e células CD8.
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Células CD4, ou linfócitos T auxiliares possuem o correceptor CD4 e reconhecem o complexo principal 
de histocompatibilidade de classe II (MHC-II). MHC-II é encontrado em todas as células imunes e age 
como um marcador de células imunes.
Linfócitos T CD4 são essenciais para a imunidade mediada por anticorpos e para ajudar os linfócitos B 
a controlar patógenos extracelulares. Existem diferentes subpopulações de linfócitos T CD4, por 
exemplo, a Th1 e a Th2. Células Th1 ajudam a promover a imunidade mediada por células, enquanto as 
células Th2 atuam na imunidade mediada por anticorpos.
Células T CD8, ou linfócitos T citotóxicos, possuem o correceptor CD8 e apenasreconhecem 
antígenos apresentados pelo MHC-I. O MHC-I é encontrado em todas as células nucleadas do corpo e 
serve como um marcador de células do corpo. Linfócitos T CD8 são essenciais para ajudar no controle 
de patógenos intracelulares.
Uma vez que os linfócitos T foram ativados por uma célula apresentadora de antígeno, eles sofrem 
expansão clonal para combater a infecção que está ocorrendo e também formam células de memória 
para combater infecções futuras com este mesmo antígeno.
5.1.4 O que é vacina?
Vacina é uma formulação farmacêutica administrada para prevenir doenças causadas por 
patógenos infecciosos. Vacinas que tratam doenças também existem, e falaremos um pouco sobre elas 
posteriormente.
O objetivo da administração de uma vacina é mimetizar uma infecção, gerando resposta do sistema 
imune adaptativo e formação de memória, sem, entretanto, causar doença. Dessa forma, se o agente 
patogênico infectar um indivíduo que foi previamente vacinado, haverá uma resposta rápida e potente 
do seu sistema imunológico, eliminando o patógeno antes que ele cause a doença.
Para mimetizar artificialmente a resposta imunológica induzida por uma infecção natural, as vacinas 
precisam ativar tanto a imunidade inata quanto a imunidade adaptativa. As respostas inatas iniciarão 
o processo e também influenciarão a natureza da resposta imune adaptativa induzida. A indução de 
memória imunológica específica ao patógeno alvo é essencial para a eficácia da vacina.
Estudos recentes indicam que as respostas imunes inatas induzidas pela vacinação ou pela infecção 
primária possuem características semelhantes à memória que podem exercer imunidade protetiva 
contra infecções subsequentes. Isso ocorre via imunidade treinada, mecanismos que são diferentes da 
imunidade da memória da imunidade adaptativa.
Uma vacina eficaz é a uma vacina que induz uma resposta imune sem causar doença. Dessa forma, 
as vacinas agem induzindo efetores imunes. Os melhores efetores imunes conhecidos são os anticorpos 
produzidos pelos linfócitos B.
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E por que os anticorpos são tão importantes?
A maioria dos vírus e bactérias percorre a corrente sanguínea antes de atingir seus tecidos-alvos. 
Na circulação sanguínea, eles se replicam, causando viremia ou bacteremia. Neste estágio, patógenos 
extracelulares podem ser neutralizados pelos anticorpos circulantes. Outros patógenos se replicam na 
mucosa e podem ser neutralizados pela presença de anticorpos locais. Esses anticorpos de mucosas 
podem ser IgA localmente produzido, ou IgG que se difundiu a partir do soro. A resposta imunológica 
contra o vírus influenza é um exemplo desse mecanismo de proteção.
No geral, anticorpos se ligam diretamente ao patógeno. No caso dos vírus, a replicação é prevenida 
pelo bloqueio da sua entrada nas células-alvo. Anticorpos podem interferir principalmente com a ligação 
do vírion (a forma infecciosa do vírus) ao receptor na célula. No caso da bactéria, a ligação do anticorpo 
pode bloquear diretamente a colonização. Patógenos que exercem seus efeitos através da produção de 
toxinas podem ser neutralizados através de anticorpos antitoxina. Vários outros mecanismos aumentam 
o potencial dos fagócitos para ingestão e destruição de bactérias. Bactérias extracelulares podem ser 
opsonizadas ou aglutinadas, o que facilita sua eliminação. A ligação de anticorpos aos patógenos 
também pode ativar o sistema complemento, o que levará à eliminação dos patógenos pelos fagócitos. 
Os anticorpos também podem se ligar a células infectadas. As células infectadas geralmente expressam 
proteínas em sua superfície. Os anticorpos circulantes podem se ligar a essas proteínas. As células NK 
reconhecem e matam essas células recobertas por anticorpos. Um resumo sobre o papel dos anticorpos 
pode ser encontrado na sequência.
Figura 115 – Resumo do papel dos anticorpos na resposta imune. Os anticorpos atuam na neutralização de patógenos e na sua 
opsonização. A opsonização favorece a fagocitose dos patógenos pelos fagócitos e também é capaz de ativar a via clássica do 
sistema complemento
Agora que nós já entendemos como as vacinas protegem através da produção de anticorpos, vamos 
falar mais sobre as respostas celulares de proteção, como a mediada por células T.
O papel das células T como efetores imunes ainda não é completamente conhecido. Para doenças 
como tuberculose e malária, assume-se que subpopulações de células T específicas são fundamentais 
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para proteção. Para enfermidades, foi demonstrado que os anticorpos são a principal linha de defesa, 
mas que as células T funcionam como um “backup” (cópia de segurança) se os anticorpos estiverem com 
baixa concentração. A vacinação pode conferir proteção de longo prazo mesmo se houver perda dos 
anticorpos durante o tempo. Esta proteção de longo prazo depende da presença de células de memória. 
Tal resposta secundária apenas pode ser obtida se for induzida por vacinas dependentes de células T.
As células T de memória que circulam pelo organismo são particularmente importantes em 
doenças para as quais o espalhamento ocorre de início. Exemplos são o Haemophilus influenzae tipo B 
e meningococos. As células T de memória centrais circulam nos linfonodos. Elas estão prontas para 
proliferarem e gerarem células efetoras em resposta aos patógenos. Elas são principalmente importantes 
se a doença possui tempo grande de incubação, como a hepatite B.
Células B de memória são geradas durante a resposta primária e não produzem anticorpos a menos 
que reexpostas ao patógeno. Durante a segunda resposta, as células B de memória se diferenciam 
em plasmócitos produtores de anticorpos. Esta reativação é rápida e os plasmócitos secretam grandes 
quantidades de anticorpos de alta afinidade.
A duração da proteção após a vacinação depende da persistência dessas células B de memória. 
Em algumas doenças, a resposta imune adaptativa é muito lenta para gerar proteção. Este é o caso 
para doenças causadas por patógenos altamente virulentos, como as bactérias produtoras de toxinas. 
Isso também se aplica a infecções rapidamente invasivas, nas quais o espalhamento ocorre muito 
precocemente após a infecção. Para essas doenças, a prevenção é mediada por anticorpos que devem 
estar presentes no momento da infecção. Para o tétano e a difteria, por exemplo, anticorpos antitoxina 
precisam estar presentes no momento da exposição à toxina. No caso da raiva, a presença de anticorpos 
pode prevenir a adesão do vírus aos axônios.
5.1.5 Tipos de imunização
A imunização pode ser derivada de meios ativos ou passivos. Eles podem ser de fontes naturais ou 
artificiais. Fontes naturais são, por exemplo, exposição ao ambiente, humanos e animais. Por outro lado, 
fontes artificiais são decorrentes de intervenções médicas.
A imunização passiva ocorre quando há transferência de anticorpos pré-formados para um 
indivíduo não imunizado. Este indivíduo desenvolveria, então, uma imunidade temporária a 
um organismo específico ou toxina em decorrência da presença desses anticorpos pré-formados. Uma 
vez que esses anticorpos tenham sido destruídos, o indivíduo não terá mais imunidade específica contra 
esse microrganismo ou toxina.
A imunização passiva pode ocorrer tanto natural quanto artificialmente. Exemplos de imunização 
passiva natural incluem a passagem de anticorpos maternos através da placenta para o feto ou de 
anticorpos para o bebê através do leite materno.
179
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
Exemplos de imunização passiva artificial incluem a administração de soro antiofídico para 
neutralizar a toxina no veneno da cobra. A imunização passiva, portanto, não gera memória imunológica. 
Falaremos adiante sobre o processo de produção de soros.
A imunização ativa também pode ocorrer tanto natural quanto artificialmente. Um exemplo 
excelente de imunização ativa natural é a exposição ao vírus influenza. O corpo inicia um processo de 
desenvolvimentode uma imunidade de longo prazo ao vírus.
Exemplos de imunização ativa artificial incluem as vacinas.
5.1.6 Tipos de vacinas
Atualmente existe uma variedade de tipos de vacinas em uso ou em desenvolvimento para prevenção 
de doenças infecciosas. Sob condições ideais, as vacinas devem estimular o sistema imune inato e os dois 
braços do sistema imune adaptativo. Entretanto, cada tipo de vacina possui vantagens e desvantagens 
que podem afetar a estimulação do sistema imune e, dessa forma, limitar a utilização do tipo de vacina.
Primeiramente, vacinas de patógenos vivos atenuados, como as do sarampo, caxumba e catapora, 
contêm versões enfraquecidas dos agentes patogênicos originais. Portanto, elas produzem uma resposta 
celular forte e tipicamente geram imunidade de longo prazo com uma ou duas doses da vacina. Em 
geral, é menos difícil criar vacinas vivas atenuadas a partir de vírus do que de bactérias, porque vírus 
possuem menos genes e, portanto, é mais fácil controlar as características virais. Tipos mais recentes de 
vacinas vivas atenuadas são aquelas nas quais as proteínas da membrana externa foram alteradas para 
se ajustarem às cepas circulantes do patógeno. Essas vacinas são chamadas de vacinas vivas remontadas. 
Entre os exemplos, temos as vacinas orais, atualmente usadas contra o rotavírus. Entretanto, uma vez 
que essas vacinas contêm microrganismos vivos, a refrigeração é necessária para evitar reversão de 
virulência, que é uma possibilidade. Dessa forma, vacinas vivas não podem ser administradas a indivíduos 
que possuem o sistema imune enfraquecido.
As vacinas inativadas, como a vacina influenza, são produzidas pela destruição do agente 
patogênico com químicos, calor ou radiação. Esta inativação dos microrganismos faz com que a vacina 
seja mais estável. Estas vacinas não requerem refrigeração e podem ser liofilizadas para transporte. 
Entretanto, elas produzem respostas imunes mais fracas e, portanto, administração de doses de reforço 
são necessárias para manter a imunidade.
180
Unidade II
Recepção e controle 
dos ovos embrionados
Inoculação e 
incubação
Colheita do líquido 
alantótico
Clarificação e 
concentração do vírus
Purificação
Fragmentação e 
inativação viral
Filtração esterilizante
Suspensão 
monovalente
Formulação e envase
Vacina influenza 
trivalente
Figura 116 – Esquematização do processo de produção de vacinas de vírus inativados (por exemplo, a vacina contra Influenza). Os vírus 
vivos são inoculados em ovos embrionados de galinha. Os ovos são colocados em incubadora até que a carga viral atinja o desejado. 
O líquido alantoico é coletado e purificado. Após a purificação, os vírus são inativados com formaldeído e fragmentação. São obtidas 
suspensões para uma única variante do vírus e essas suspensões monovalentes são, então, misturadas para obtenção da vacina 
influenza trivalente
 Observação
São necessários 120-140 mil ovos para a produção de 1.000 mL de 
vacina, de forma que cada mL equivale a aproximadamente 400 doses. 
Todo o processo de produção leva entre 20 e 28 semanas.
181
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
Conforme sabemos, as vacinas de vírus vivos e inativados podem ser produzidas por dois processos 
principais, cultura de células e inoculação em ovos embrionados.
 Saiba mais
Vimos que a vacina contra a gripe é feita de vírus inativados. Há ainda 
aqueles que dizem que a vacina da gripe causa gripe. Como é que uma 
vacina feita de vírus inativados poderia ocasionar a doença? Na verdade, 
ela não o faz! O que acontece é que, dependendo da época em que a 
pessoa se vacina, ela pode já ter sido infectada pelo vírus da gripe antes 
de se vacinar, e a vacina acaba não tendo tempo de fazer efeito. Veja mais 
informações em:
XAVIER, J. Entenda a vacina da gripe. Rio de Janeiro: IFF/Fiocruz, 
[s.d.]. Disponível em: http://www.iff.fiocruz.br/index.php/8-noticias/332-
vacinagripe. Acesso em: 9 dez. 2020.
As vacinas de subunidades, exemplificadas pela vacina de hepatite B, incluem apenas epitopos 
(partes específicas de antígenos) que estimulam o sistema imune. Uma vez que essas vacinas usam 
poucos antígenos específicos, isto reduz a possibilidade de reações adversas. Por outro lado, esta 
especificidade aumenta a dificuldade em se determinar quais antígenos deveriam ser incluídos na 
vacina. As vacinas conjugadas, como a vacina contra Haemophilus influenzae tipo B, são um tipo 
especial de vacinas de subunidades. O polissacarídeo da parede celular da bactéria encapsulada é 
acoplado a uma proteína carreadora, que é mais facilmente reconhecida pelo sistema imune quando 
comparada ao polissacarídeo sozinho. Todas as vacinas que têm por objetivo induzir proteção contra 
bactérias encapsuladas, como pneumococos, meningococos e Haemophilus influenzae tipo B foram 
desenvolvidas como vacinas conjugadas.
As vacinas de toxoides, como exemplificado pelas vacinas de difteria e tétano, são produzidas pela 
inativação das toxinas bacterianas com formalina. Esses toxoides estimulam uma resposta imune contra 
as toxinas bacterianas.
 Saiba mais
O tétano é uma doença que pode ser fatal, mas é prevenível. Conheça 
melhor sobre as vacinas contra a doença em:
FERNANDES, G. C.; AFFONSO, K. C.; CASTIÑEIRAS, T. M. Vacinas contra o 
tétano. Centro de Vacinação de Adultos, 2006. Disponível em: http://www.
cva.ufrj.br/informacao/vacinas/dT-pr.html. Acesso em: 9 dez. 2020.
182
Unidade II
Já as vacinas de DNA nu (naked DNA) ainda estão em fases experimentais de desenvolvimento. 
Elas usam DNA de microrganismos específicos para estimular a imunidade. Este DNA seria 
administrado por injeção e as células captariam este DNA, utilizando-o para síntese de proteínas 
(antígeno). O antígeno produzido seria então exposto na superfície dessas células, estimulando o 
sistema imune. Essas vacinas produziriam uma resposta potente de anticorpos ao antígeno livre e 
uma resposta celular potente ao antígeno apresentado na superfície das células. Elas são consideradas 
relativamente fáceis e baratas de criar e produzir.
As vacinas de vetores recombinantes são experimentais que usam vírus atenuados para introduzir 
DNA microbiano nas células do organismo. Essas vacinas virais mimetizariam uma infecção natural, 
estimulando o sistema imune.
Bactérias atenuadas também poderiam atuar como vetores de DNA. Os antígenos do microrganismo 
patogênico poderiam então ser exibidos na superfície de um microrganismo não patogênico, 
mimetizando o patógeno e estimulando o sistema imune. Vacinas recombinantes que utilizam vírus ou 
bactérias para HIV, raiva e sarampo estão em estágios experimentais.
Além disso, existem estudos avaliando a possibilidade de melhorar adjuvantes de vacinas, 
atuando sobre o sistema imune inato. Esses adjuvantes se enquadram em duas classes, sistemas de 
entrega (como micropartículas catiônicas) ou potenciadores imunes (como citocinas). Os sistemas 
de entrega seriam possivelmente usados para concentrar e apresentar antígenos em padrões 
repetidos para ajudar na localização dos antígenos. Enquanto que os potenciadores imunes 
poderiam ser usados para ativar o sistema imune inato diretamente.
5.1.7 Por que usar um adjuvante para algumas vacinas?
Algumas vezes um ou mais antígenos como vacinas não são suficientes para eliciar uma resposta 
imune forte e duradoura, especialmente quando apenas proteínas são usadas como antígenos. Para 
aumentar ou modular a resposta imune à vacina, adjuvantes são adicionados. Inicialmente, o foco 
estava em aumentar a concentração dos anticorpos, mas cada vez mais adjuvantes são também usados 
para modular a resposta imune. Quais tipos de efeito os adjuvantes podem ter?
Em primeiro lugar, adjuvantes podem aumentar a resposta imune inicial em pessoas sem 
imunidade preexistente. Adjuvantes também podem prolongar a duração da resposta imune 
induzindo a produção de maiores quantidades de anticorpos. O mecanismo de funcionamento é que 
os adjuvantes podem manter o antígeno em uma região por umperíodo prolongado. Além disso, um 
adjuvante é capaz de ampliar a captação do antígeno pelas células imunes. Alguns adjuvantes podem 
induzir uma resposta mais ampla, na qual tanto a imunidade celular quanto a humoral são ativadas.
Eles podem, ainda, aumentar a resposta imune em pessoas que geram baixa resposta imune após 
imunização, como idosos e imunossuprimidos.
Para doenças infecciosas causadas por patógenos que se escondem intracelularmente, a estimulação 
específica de células T é explicitamente necessária. Uma vez que os adjuvantes potencializam a resposta 
183
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
imunológica, eles permitem que quantidades menores de antígenos sejam utilizadas. Tal fato é 
especialmente útil em situações de pandemia, em que grandes quantidades de doses de vacina precisam 
ser produzidas de uma vez.
Atualmente existem cerca 10 adjuvantes disponíveis que são usados em vacinas, entre eles estão os 
sais de alumínio, emulsões de óleo em água e agonistas de TLR4 (receptor tipo Toll 4). Os sais de alumínio 
são os adjuvantes mais antigos, seguros e comuns utilizados, mas seu mecanismo de ação foi apenas 
parcialmente elucidado. Por um lado, ele parece funcionar como um depósito de antígeno; por outro, 
ele também parece induzir reações e células específicas do sistema imune inato, aumentando a resposta 
imune Th2 e a produção de anticorpos.
As emulsões de óleo em água foram inicialmente desenvolvidas como uma alternativa às emulsões 
de água em óleo, uma vez que são mais fáceis de injetar. Uma delas, o MF59, e a maioria das emulsões de 
óleo em água usa o esqualeno. O esqualeno é um produto natural que pode ser facilmente metabolizado. 
Esta substância é encontrada em todas as células animais e de plantas, de forma que, em animais, atua 
como precursor do colesterol. Estes adjuvantes são altamente efetivos na indução de imunogenicidade, 
entretanto, o seu efeito em vacinas sazonais em adultos saudáveis não é muito expressivo. Isto sugere que 
esses adjuvantes sejam excelentes para iniciar, mas não para impulsionar respostas imunes preexistentes.
Os agonistas de receptores tipo Toll são outro tipo de adjuvantes promissores. Os mais importantes 
são os agonistas do TLR4. O LPS é o principal componente da membrana externa de bactérias 
gram-negativas. Atua como um potente estimulador do sistema imune, mas seu uso como adjuvante 
é proibido em decorrência de sua toxicidade. Entretanto, uma molécula significativamente menos 
tóxica pode ser obtida do LPS, resultando em uma molécula chamada de MPLA (monofosforil lipídeo A). 
Atualmente, MPL é usado em combinação com sal de alumínio e é conhecido como As04.
5.1.8 Desenvolvimento de vacinas
Durante o desenvolvimento das vacinas, a escolha do antígeno correto é a etapa mais crucial. A 
interação entre o antígeno da vacina e as células do sistema imune é o componente mais importante 
da resposta imune. Geralmente, esses antígenos são encontrados na superfície do patógeno, como é o 
caso da glicoproteína hemaglutinina do vírus influenza. Este antígeno de superfície do vírus da gripe 
interage com as células imunes humanas, sendo a invasão da célula hospedeira mediada por ele. Após 
a vacinação, os anticorpos recobrem o antígeno hemaglutinina do vírus, resultando em sua eliminação 
antes que ele invada as células e cause a doença.
Um exemplo interessante para entendermos a importância na escolha do antígeno apropriado é 
o vírus da caxumba. Ele possui 7 proteínas, das quais 3 estão na sua superfície externa, sendo elas: 
hemaglutinina, proteína de fusão e proteína hidrofóbica pequena. Atualmente, a proteína hidrofóbica 
pequena é usada para caracterizar as diferentes linhagens de vírus da caxumba quando há uma epidemia, 
e é importante em estudos epidemiológicos para rastrear a origem. Entretanto, o corpo humano não 
produz anticorpos contra a proteína hidrofóbica pequena, mesmo ela estando na superfície externa do 
vírus. Dessa forma, se novas vacinas contra caxumba fossem desenvolvidas, não haveria porque incluí-las 
184
Unidade II
entre os antígenos. A proteína de fusão e a hemaglutinina são importantes para a entrada no hospedeiro 
e de vital importância para produzir uma vacina que seja capaz de neutralizar o vírus da caxumba.
Atualmente, uma análise ainda mais detalhada da estrutura do antígeno tem se tornado cada vez 
mais importante. Isso se deve ao fato de um único antígeno conter diferentes epitopos. Estes possuem 
propriedades e funções distintas na reação imunológica. Dessa forma, os antígenos são investigados por 
análise molecular para identificação dos epitopos que terão função no desenvolvimento de proteção 
contra a doença.
Uma vez que a informação sobre o antígeno correto foi estabelecida, o desenvolvimento da nova 
vacina pode continuar. Durante o desenvolvimento de uma vacina, a rota de entrega também precisa 
ser estabelecida. Por quê?
A rota de administração tem impacto direto sobre a resposta imune, além de influenciar a 
aceitabilidade da vacina ou o fato de poder ser usada em grandes populações.
É claro que todos gostariam de receber as vacinas de forma oral ou intranasal. Entretanto, mesmo 
que as vacinas orais de patógenos vivos atenuados funcionem bem para doenças infecciosas que 
causam doença no trato gastrintestinal, como a pólio, febre tifoide e rotavírus, esta rota não pode ser 
generalizada para todas as vacinas. A rota mais comum de imunização para vacinas atualmente é a 
intramuscular. Em bebês, as vacinas são dadas na parte anterior da coxa. A partir de um ano de idade, 
elas são administradas no músculo deltoide, mas podem ser dadas na parte anterolateral da coxa em 
adultos. As vacinas vivas são, geralmente, administradas de forma subcutânea no braço, porém podem 
ser dadas de modo intramuscular. A injeção intradérmica não é muito utilizada, principalmente pela 
dificuldade de aplicar a vacina exatamente abaixo da epiderme. Outra desvantagem é que ela promove 
mais reações locais, como dor, vermelhidão e inchaço, o que impacta sua aceitabilidade. Além disso, as 
vacinas que usam adjuvantes não podem ser assim administradas.
As novas vacinas de DNA em desenvolvimento são geralmente administradas de forma intramuscular, 
mas elas também requerem eletroporação para promover a entrada do DNA nas células.
Mas, como saber se as vacinas realmente funcionam?
Essa robustez é avaliada por ensaios clínicos que comparam grupos vacinados e não vacinados. A 
porcentagem da redução da incidência da doença é calculada no grupo vacinado.
Durante a concepção da vacina, as etapas iniciais para pesquisa pré-clínica são definidas. Isto envolve 
muito trabalho de laboratório e também estudos em modelos animais para avaliar a imunogenicidade, 
bem como avaliação de aspectos relacionados à segurança antes que sejam realizados estudos com seres 
humanos. Os estudos em humanos são divididos em 4 fases. A fase I tem por objetivo avaliar a segurança 
e normalmente envolve apenas poucos voluntários saudáveis (entre 10 e 15). Caso os resultados obtidos 
na fase I mostrem que a vacina é segura, parte-se para a fase II. Nesta fase, são avaliados segurança 
e eficácia, e um número maior de participantes é necessário. Se os resultados continuam mostrando 
que a vacina é segura, e além disso, eficaz, dá-se início à fase III, na qual um número ainda maior de 
185
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
pacientes participa. Uma vez que os resultados da fase III mostrem que a intervenção tem eficácia e é 
segura naquela amostra, o produto é registrado e a vacina passa a ser distribuída à população, dando 
início à fase IV, sendo possível avaliar se ela de fato funciona na população.
Recentemente, vacinas contra três doenças infecciosas se tornaram disponíveis. Elas foram 
desenvolvidas contra infecções capsulares meningocócicas do grupo B, dengue e malária. O meningococo 
é uma bactéria encapsulada com cinco diferentes tipos capsulares que causa doença em humanos, 
denominadasA, B, C, W35 e Y. A doença meningocócica é um problema global, de epidemiologia 
altamente variável e influenciada pela transformação natural e política de imunização. Dessa forma, 
a doença meningocócica é temida devido à sua rápida progressão entre a ocorrência dos primeiros 
sintomas e a doença severa, que pode ocorrer em menos de 24 horas. A taxa de mortalidade gira em 
torno de 10% a 15%. Da mesma forma que outras doenças, o desenvolvimento da vacina é complicado 
se a patogênese da doença não foi completamente compreendida.
As duas vacinas meningocócicas tipo B foram desenvolvidas por vacinologia reversa. Em 2000, o 
primeiro sequenciamento completo do genoma do meningococos foi descrito e usado para identificação 
de uma grande quantidade de antígenos candidatos para uso em vacinas. Com base nessa biblioteca 
e usando a tecnologia de proteína recombinante, foram desenvolvidas as vacinas quadrivalente e 
bivalente pelas empresas Bexsero e Trumenba, respectivamente. Ambas as vacinas podem ser usadas em 
adolescentes, enquanto a quadrivalente também pode ser usada para proteger crianças.
A dengue é uma doença causada por 4 diferentes tipos de vírus que ocorrem principalmente 
em regiões tropicais e subtropicais. O vírus é transmitido pela picada do mosquito Aedes aegypti. 
Anualmente, por volta de 1 a 2 milhões de pessoas são hospitalizadas com sintomas severos e 0,1% 
a 5% morrem. O desenvolvimento de uma vacina contra a dengue tem se mostrado difícil, tanto pelo 
conhecimento incompleto sobre a patogênese da doença quanto pelo fato de a vacina precisar se 
desenvolvida contra os 4 tipos de vírus que cocirculam na mesma área. Ainda, a possível interferência 
entre as linhagens quando combinadas em uma mesma vacina complica o seu desenvolvimento. 
Atualmente existe uma vacina, a Dengvaxia, disponível, que é uma vacina viva quimérica tetravalente. 
Esta foi desenvolvida usando a tecnologia do DNA recombinante, realizando-se a substituição dos 
genes estruturais do envelope e pré-membrana do vírus da febre amarela atenuado com aqueles das 
4 linhagens da dengue. Após a introdução da vacina, mostrou-se que em vários países onde as pessoas 
sem anticorpos circulantes contra a dengue foram vacinadas, tiveram uma forma mais severa da doença 
em comparação aos indivíduos que já tinham anticorpos circulantes. A partir disso, foi necessário mudar 
a recomendação para vacinar apenas pessoas que já tinham sido expostas a pelo menos uma linhagem 
do vírus da dengue confirmado por um teste diagnóstico ou por histórico médico. Mesmo assim, isto 
ajudará no desenvolvimento de outras vacinas contra dengue.
Por sua vez, a malária é uma doença também transmitida por picadas de mosquito, o Anopheles. 
A malária humana é causada por 5 espécies de protozoário plasmodium: P. falciparum, P. vivax, 
P. ovale, P. malariae e P. knowlesi. O ciclo de vida e a interação entre parasita e hospedeiro para cada 
espécie determina a severidade e patogênese da doença. P. falciparum possui a maior taxa de letalidade, 
especialmente em crianças. E a capacidade do P. vivax de permanecer dormente nas células do fígado 
resulta em recaídas clínicas e contribui para a grande distribuição geográfica. A malária é uma doença 
186
Unidade II
muito difícil de combater, uma vez que todas as espécies dela possuem um ciclo de vida complexo, no 
qual o parasita precisa residir tanto em humanos quanto na fêmea do Anopheles, em diferentes fases 
do ciclo. De acordo com a OMS apud Opas (2017), em 2016, aproximadamente 216 milhões de casos 
clínicos ocorreram, dos quais 445 mil morreram, de forma que a maioria das mortes se deu em crianças 
da África subsaariana.
Recentemente, uma estratégia direcionada a diferentes aspectos como controle ambiental, 
inseticidas, mosquiteiros e quimioterapia tem permitido a alguns países a redução da incidência da 
malária. Dessa forma, vacinas seguras e efetivas contra a doença ainda são necessárias. Atualmente, uma 
vacina, chamada Mosquirix, está disponível contra a malária causada pelo P. falciparum. Ela é baseada 
na proteína circunsporozoíta do protozoário, a principal proteína da superfície da forma esporozoíta. 
A Mosquirix consiste em uma vacina quimérica de partículas semelhantes a vírus, construída fundida 
à superfície do vírus da hepatite B. A vacina vai entrar em um grande estudo de fase IV em Gana, 
Quênia e Malaui.
Há ainda muito trabalho a ser feito com relação ao desenvolvimento de vacinas. Principalmente 
quando consideramos os surtos de doenças infecciosas com possível alto impacto sobre a morbidade 
e mortalidade. Podemos citar a ocorrência de novos patógenos como a SARS e MERS, ambos causados 
pelo coronavírus.
5.1.9 Vacinas terapêuticas
As vacinas terapêuticas são baseadas em estimulação específica do sistema imune com objetivo 
de ajudar a tratar uma doença existente, ao invés de preveni-la, como aquelas que abordamos até 
o momento. Diversos estudos têm surgido com o objetivo de desenvolver vacinas terapêuticas para 
tratamento de câncer, HIV e HPV.
 Saiba mais
Um grupo de pesquisa da Unifesp desenvolveu uma estratégia 
utilizando vacinas de células dendríticas, como a estratégia terapêutica 
para HIV, e teve resultados muito animadores. É possível conhecer melhor 
a respeito em:
COCOLO, A. C. Muito próximo da cura. Entreteses, n. 10, p. 51-53, ago. 
2018. Disponível em: https://www.unifesp.br/reitoria/dci/images/DCI/
revistas/Entreteses/EntreTeses_10_ago2018.pdf. Acesso em: 9 dez. 2020.
Em 2020, a covid-19, causada pelo vírus SARS-CoV2, tornou-se uma pandemia, causando sérios 
problemas para a saúde e a economia de diversos países. Isso provocou uma corrida para que uma 
vacina contra esta doença estivesse disponível.
187
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
Em novembro de 2020, 146 ensaios clínicos estavam recrutando participantes para testagem de 
vacinas a fim de prevenir a covid-19. Entre estes estudos, podemos citar cinco principais estratégias 
usadas por empresas diferentes:
•	 Vacina de vírus inativo: usada na vacina CoronaVac, estratégia adotada pela Sinovac Biotech e 
uma das que foram testadas no Brasil.
•	 Vacina de mRNA: esta estratégia foi a escolhida pela empresa Moderna e fundamenta-se em 
administrar o mRNA do vírus para que o organismo do paciente que recebeu a vacina produza 
proteínas (antígenos) a partir desse mRNA.
•	 Vacina de DNA: esta estratégia foi a escolha da empresa Inovio e tem por fundamentação o uso 
dessa molécula de DNA do vírus pelo organismo do indivíduo para que seja produzido o mRNA e 
a proteína que irá atuar como antígeno.
•	 Vacina de proteínas: nesta vacina a proteína pronta, em um formato muito semelhante ao 
formato da mesma proteína no vírus, é administrada. Esta estratégia foi escolhida por institutos 
como o Incor, em São Paulo.
•	 Vacina de vetor viral: nesta estratégia, um vírus (por exemplo, o adenovírus) é modificado para 
perder sua patogenicidade e funcionar como um vetor para transferir o DNA do vírus principal 
(SARS-CoV2) ao hospedeiro, em que então serão produzidos mRNA e a proteína que vai funcionar 
como antígeno. Modelo da vacina de Oxford, também testada no Brasil.
5.1.10 Desenvolvimento de soros
Agora que já discutimos sobre vacinas, que são ferramentas de imunização ativa, vamos analisar o 
soro, que é uma ferramenta de imunização passiva. Conforme discorremos anteriormente, na imunização 
passiva, são administrados anticorpos prontos para combater uma toxina contra a qual o sistema imune 
não teria tempo de reagir (como nos casos de picadas de cobras peçonhentas). Apesar de fornecer uma 
resposta rápida, este tipo de imunização não gera memória.
Um método muito utilizado na produção de soros envolve a inoculação do antígeno de interesse 
(como a toxina do veneno), em doses crescentes, em cavalos. A concentração de antígeno deve 
começar baixa e aumentar progressivamente para não causar prejuízo à saúde do animal. Após o 
tempo para que o sistema imunológico do cavalo tenha produzidoos anticorpos de interesse, é 
feita coleta de sangue. O plasma contendo os anticorpos é, então, separado das células, as quais 
voltam para o animal para acelerar o processo de restabelecimento da homeostasia. Os anticorpos de 
interesse são purificados a partir do plasma e submetidos a testes de eficácia e segurança para que 
possam ser utilizados em humanos.
188
Unidade II
5.2 Nanotecnologia
Nanopartículas e materiais nanoestruturados representam uma área ativa de pesquisa e setor 
tecnoeconômico com expansão em muitas áreas de aplicação. O prefixo nano tem origem grega e 
significa anão. Por definição, um nanômetro é uma unidade do Sistema Internacional de Unidades 
que representa 10-9 metros. Dessa forma, nanomateriais são descritos como materiais com o tamanho 
de 1 a 100 nm de diâmetro. Por sua vez, a nanotecnologia consiste no estudo, compreensão e 
desenvolvimento de materiais em dimensões dentro desta mesma faixa.
 Observação
Algumas organizações, como a Agência Europeia de Medicina, 
consideram nanopartículas aquelas de até 1.000 nm que possuam 
propriedades diferentes das apresentadas pela matéria em escala maior.
A figura a seguir permite a caracterização das dimensões nano.
Figura 117 – A escala nanométrica
Por que o tamanho importa?
As propriedades físico-químicas dos materiais em nanoescala tendem a ser diferentes daquelas do 
mesmo material em escala maior. Isso se deve ao aparecimento de efeitos quânticos e fenômenos 
de superfície. Assim, um elemento, quando em escala nanométrica, pode apresentar propriedades 
eletrônicas, mecânicas, térmicas e ópticas distintas de igual material em escala maior.
189
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
 Observação
A teoria quântica é um ramo da física que explica, entre outras coisas, 
o comportamento dos átomos e dos elétrons na matéria. De acordo com 
ela, os elétrons podem se comportar como ondas, o que se manifesta de 
forma mais clara quando o material tem dimensões nanométricas. Para 
amostras com um número pequeno de átomos, o comportamento dos 
elétrons se assemelha ao observado para as vibrações da corda de um 
violão. Esta limitação sobre o movimento dos elétrons, conhecida como 
confinamento quântico, tem efeito direto sobre diferentes propriedades 
físicas das amostras na escala nanométrica, como, por exemplo, sua cor e 
sua condutividade elétrica.
Figura 118 – Ilustração das diferenças de área de superfície de materiais em nanoescala e materiais em escala maior
Um exemplo muito claro desses efeitos é o que ocorre com o ouro. Ele, quando em escala visível a 
olho nu, como aquele das joias, em sua maior parte apresenta coloração amarela. Entretanto, quando 
em escala nanométrica, as nanopartículas de ouro podem exibir colorações avermelhadas.
5.2.1 História e desenvolvimento de nanomateriais
O homem já explorava o reforço de matrizes de cerâmica pela inclusão de nanofibras naturais de 
amianto há mais de 4.500 anos. Os egípcios também usavam nanomateriais mais de 4.000 anos 
atrás com base em um processo químico para sintetizar nanopartículas de sulfeto de chumbo de 
aproximadamente 5 nm de diâmetro para corante de cabelo. Da mesma forma, o “azul egípcio” foi o 
primeiro pigmento sintético preparado e usado pelos egípcios usando uma mistura de vidro e quartzo 
do tamanho de nanômetros no século III a.C. Na Antiguidade, regiões geográficas do Império Romano, 
incluindo países como Egito, Mesopotâmia e Grécia, faziam uso extensivo do azul egípcio para fins 
decorativos de acordo com observações durante explorações arqueológicas.
A síntese de nanopartículas metálicas por métodos químicos data dos séculos V a.C. quando egípcios 
e mesopotâmios começaram a fazer vidro usando metais, o que pode ser citado como o início da era das 
nanopartículas metálicas.
190
Unidade II
O cálice de Lycurgus foi produzido no século IV d.C., sendo feito de um vidro dicroico que exibe cores 
diferentes: vermelho quando uma luz passa por trás e verde quando uma luz passa de frente. Estudos 
recentes descobriram que o cálice de Lycurgus contém nanopartículas de liga prata:ouro, com uma 
proporção de 7:3, além de cerca de 10% de cobre. Mais tarde, vidros coloridos de vermelho e amarelo 
encontrados nas igrejas do período medieval foram produzidos incorporando nanopartículas de ouro e 
prata coloidais, respectivamente.
Figura 119 – Cálice de Lycurgus. Possui coloração esverdeada quando iluminado 
por fora e coloração avermelhada quando iluminado por dentro
Em 1857, Michael Faraday fez a primeira descrição científica de síntese de nanopartículas de ouro 
coloidal. Ele também revelou que as características ópticas de coloides de ouro são diferentes em 
comparação ao seu respectivo de massa maior. Esse foi, provavelmente, um dos primeiros relatos de 
efeitos quânticos observados e descritos.
Em 1959, a palestra de Richard Feynman na reunião anual da Sociedade Americana de Física, 
no Instituto de Tecnologia da Califórnia, tornou-se um marco histórico e científico ao antecipar as 
potencialidades da nanotecnologia, mesmo que o termo ainda não fosse utilizado na ocasião. As 
previsões de Feynman incluíram a miniaturização de dispositivos de armazenamento de informação e o 
desenvolvimento de microscópios com poder de resolução ao nível atômico.
5.2.2 Os nanomateriais e seu uso na área da saúde
Os nanomateriais fabricados hoje em dia podem melhorar significativamente as características de 
materiais em escala maior, em termos de resistência, condutividade, durabilidade e leveza, e são capazes 
de fornecer propriedades úteis (por exemplo, autolimpante, anticongelante e antibacteriana) e funcionar 
como materiais de reforço para construção ou componentes de detecção para segurança.
O advento da nanotecnologia na área médica, dando origem ao termo nanomedicina, data da década 
de 1990. O termo nanossistema se refere a um sistema que possui um tamanho entre 1 e 1.000 nm. 
Eles são principalmente desenhados para entrega de fármacos, imagem, terapia gênica e regeneração 
tecidual. As vantagens dos nanossistemas são a capacidade de entregar uma grande quantidade de um 
agente (medicamentos ou produtos biológicos, como o DNA) ao local desejado, geralmente aumentando 
sua estabilidade e seu tempo de vida na corrente sanguínea, diminuindo, portanto, possíveis efeitos 
191
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
colaterais. Além disso, a nanotecnologia permite encapsular e entregar moléculas hidrofóbicas, que são 
geralmente mais difíceis de serem administradas na forma livre. Por fim, as possibilidades de modificação 
de superfícies de nanossistemas são enormes, permitindo o direcionamento para receptores selecionados.
Para serem usados em aplicações in vivo, nanossistemas devem ser compostos de materiais 
biocompatíveis, não tóxicos e biodegradáveis. Além do mais, eles devem ser estáveis após administração.
Atualmente, a maioria dos nanossistemas disponíveis está relacionado ao tratamento de câncer, mas 
outras aplicações incluem anemia, artrite reumatoide, asma, esclerose múltipla e diabetes.
Figura 120 – Principais tipos de nanocarreadores organizados por ordem cronológica de desenvolvimento. 
NLS = nanocarreador lipídico sólido; CLN = carreador lipídico nanoestruturado
A alta toxicidade de alguns medicamentos é uma barreira ao tratamento, uma vez que os efeitos 
colaterais limitam a dose que pode ser administrada do fármaco. Isto é melhor exemplificado pelos 
fármacos citotóxicos utilizados no tratamento de câncer. Apesar destes serem muito eficientes in 
vitro, no uso clínico humano, eles agem indiscriminadamente, tanto em células cancerosas quanto em 
tecidos saudáveis. Os efeitos colaterais podem então variar de náusea e perda de cabelo até neuropatia 
e falência renal. Nesse contexto, nanopartículas e lipossomos despontam como estratégias promissoras 
para aumentar a eficácia e reduzir os efeitos colaterais desses medicamentos.
Um sistema de entrega de fármaco ideal assegura que o complexo carreadorchegue e aja 
preferencialmente sobre o alvo selecionado. Esse processo pode ser direcionado, por exemplo, pela 
presença de um ligante específico para o receptor ou epitopo do tecido-alvo na superfície do complexo 
nanocarreador. Tal processo também pode ser passivo, através da difusão do complexo nanocarreador, 
preferencialmente em regiões de alta permeabilidade da vasculatura, como regiões de tumores ou 
inflamações, em tecidos normais, a vasculatura é muito menos permeável.
As partículas são eliminadas do sangue de acordo com o tamanho. Partículas pequenas (0-30 nm) 
são rapidamente eliminadas por filtração renal. Nanocarreadores maiores do que 30 nm são eliminados 
pelo sistema fagocítico mononuclear, que são formados pelos macrófagos localizados no fígado e baço. 
Entretanto, algumas modificações de superfície dos nanocarreadores podem dificultar a sua eliminação 
pelo sistema fagocítico mononuclear.
192
Unidade II
 Saiba mais
A fim de conhecer uma estratégia que propõe o uso de nanorobôs para 
o tratamento de câncer, visite:
MENDES FILHO, D. et al. Exterminadores do futuro: nanorobôs de DNA 
atacam o câncer. Nanocellnews, v. 5, n. 10, abr. 2018. Disponível em: https://
www.nanocell.org.br/exterminadores-do-futuro-nanorobos-de-dna-
atacam-o-cancer/. Acesso em: 9 dez. 2020.
5.2.3 Lipossomos
Desde sua descoberta na década de 1960, a pesquisa na área dos lipossomos avançou 
enormemente, de forma que hoje em dia eles são considerados os sistemas carreadores de fármacos 
mais bem-sucedidos. Lipossomos são vesículas formadas por bicamadas, compostas de um interior 
hidrofílico circundado por uma (vesículas unilamelares) ou mais (vesículas multilamelares) bicamadas 
de fosfolipídeos. O diâmetro de um lipossomo varia de 400 nm a 2,5 μm.
 Lembrete
Fosfolipídeos são moléculas anfifílicas compostas de uma cabeça 
hidrofílica e uma ou mais caudas hidrofóbicas. Estas moléculas tendem a 
se rearranjar espontaneamente em ambientes aquosos para formar uma 
estrutura similar àquela das membranas biológicas.
As bicamadas dos lipossomos podem ser formadas tanto por fosfolipídeos sintéticos quanto por 
fosfolipídeos naturais. As propriedades físicas e químicas predominantes de um lipossomo são baseadas 
nas características da rede de fosfolipídeos que os constituem, incluindo permeabilidade, densidade de 
carga e impedimento estérico. Lipossomos são nanocarreadores extremamente versáteis, uma vez que eles 
podem carregar tanto moléculas hidrofílicas quanto hidrofóbicas. Moléculas hidrofílicas são geralmente 
encapsuladas no interior aquoso, enquanto moléculas hidrofóbicas são comumente incluídas na bicamada, 
entre as caudas hidrofóbicas. Quando um medicamento está em um sistema como este, ele não está 
biodisponível. Portanto, as grandes vantagens de encapsulação de fármacos em lipossomos são:
•	 Proteção contra degradação enzimática e inativação química ou imunológica.
•	 Prevenção de metabolização antes da chegada aos tecidos-alvos.
•	 Exposição reduzida do tecido saudável ao fármaco.
•	 Aumento da meia-vida do fármaco na corrente sanguínea.
193
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
Tomados em conjunto, todos esses efeitos geralmente contribuem para atingir um efeito terapêutico 
maior com menos reações adversas.
A bicamada lipídica se fecha nela mesma através das interações entre as moléculas de água e os 
grupos hidrofóbicos dos fosfolipídeos. Este processo de formação dos lipossomos é espontâneo porque 
os fosfolipídeos são anfifílicos e se autoassociam em bicamadas. O fármaco de interesse pode ser 
adicionado ao lipossomo através de diferentes métodos:
•	 Formação do lipossomo em uma solução aquosa saturada com o medicamento solúvel.
•	 Uso de solventes orgânicos e mecanismos de troca de solvente.
•	 Utilização de fármacos lipofílicos.
•	 Métodos de gradiente de pH.
Ligante de 
direcionamento
Droga hidrofílica
DNACauda apolar
Droga hidrofóbica
Cabeça polar
PEG
Figura 121 – Representação esquemática da estrutura de lipossomos. Pode ser observada a bicamada lipídica 
ao redor do interior hidrofílico. A adição de polietilenoglicol (PEG) é uma estratégia utilizada para 
aumentar a meia-vida do lipossomo na corrente sanguínea
A composição dos fosfolipídeos pode variar consideravelmente, afetando as propriedades 
dos lipossomos. Os tipos de fosfolipídeos usados, por exemplo, podem influenciar a carga 
da superfície lipossomal. Lipossomos neutros são geralmente menos estáveis e tendem a se 
agregar. Além disso, eles não interagem muito com células, liberando seu conteúdo no ambiente 
extracelular. Lipossomos aniônicos são em geral compostos de lipídeos negativamente carregados. 
O desenvolvimento desses lipossomos negativamente carregados para administração parenteral, 
entretanto, possui algumas desvantagens basicamente associadas a sua interação com sistemas 
biológicos, com consequente liberação do fármaco, efeitos tóxicos e rápida opsonização pelo 
sistema complemento e outras proteínas circulantes, seguido pela recaptação do lipossomo pelas 
células do sistema imune. Por sua vez, os lipossomos catiônicos são hoje em dia utilizados para 
a maioria das propostas de entrega de genes, devido à ocorrência de interações eletrostáticas 
entre os ácidos nucleicos negativamente carregados e os fosfolipídeos positivamente carregados. 
A adição de colesterol na bicamada de fosfolipídeos pode diminuir a permeabilidade das membranas 
194
Unidade II
dos lipossomos e aumentar sua estabilidade in vitro e in vivo. Outra modificação geralmente 
empregada para formulação de lipossomo é a adição de polietilenoglicol (PEG). PEG é um polímero 
hidrofílico atóxico que confere ao lipossomo maior estabilidade e maior tempo de meia-vida na 
corrente sanguínea, em decorrência de sua menor captação pelas células do sistema imune.
Finalmente, fosfolipídeos ou moléculas específicas podem ser incluídos na formulação lipossomal 
para atingir a liberação sob certas condições (temperatura, pH, enzimas, luz e ultrassom).
Os lipossomos geralmente atingem seu sítio de ação por extravasamento no espaço intersticial a 
partir da corrente sanguínea. Eles podem atingir tecidos específicos tanto por estratégias ativas quanto 
passivas. Isso porque os lipossomos podem ser facilmente manipulados pela adição de moléculas à 
superfície externa da bicamada lipídica e da bicamada de fosfolipídeos.
Lipossomo com 
ligante para 
atuar em alvo 
específico
Endotélio normal
Célula-alvo
Endotélio inflamado
Lipossomo 
que atua 
passivamente
Figura 122 – Figura ilustrativa de lipossomos que atuam de forma direcionada e não direcionada. Os lipossomos podem ser 
facilmente manipulados para adição de moléculas à sua superfície, as quais podem se conectar a ligantes em tecidos específicos. 
Outra estratégia é usar lipossomos que não são específicos para um ligante, mas que podem alcançar tecidos quando uma situação 
específica está presente, por exemplo, o aumento da permeabilidade vascular que ocorre quando há inflamação
O sistema de encapsulação, chamado nanossomo, é muito similar ao lipossomo. Entretanto, 
nanossomos possuem uma única camada lipídica. O nome se refere ao seu tamanho extremamente 
pequeno. A terminologia nanossomo é principalmente usada em cosméticos.
A aplicação de nanotecnologias inovativas na medicina, a nanomedicina, tem potencial para 
beneficiar significativamente a prática clínica, oferecendo soluções para muitas das limitações atuais 
em diagnóstico e tratamento de doenças humanas. Os diversos ramos da nanomedicina incluem a 
regeneração tecidual, imagem e entrega de medicamentos.
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BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
PEG
Molécula pequena
Carboidrato
Peptídeo
Anticorpo
Proteína
PEG
Ligante de 
direcionamento
Droga 
hidrofóbica
Droga 
hidrofílica
Lipídeo positivamente 
carregado
Lipossomo convencional
Lipossomo recoberto com PEG
Lipossomo para terapia e diagnóstico
Lipossomo direcionado por ligante
Lipídeo negativamente 
carregadoSubstância para 
imagem
Figura 123 – Diferentes lipossomos e suas aplicações
5.2.4 Nanopartículas lipídicas sólidas
Apesar de lipossomos serem geralmente referidos como nanopartículas, eles diferem das 
nanopartículas clássicas, tanto em estrutura quanto em estabilidade. Nanopartículas são feitas de 
materiais sólidos e são partículas que exibem propriedades físicas e químicas únicas que podem ser 
exploradas para entrega de um fármaco por conjugação com outros fármacos.
As nanopartículas lipídicas sólidas, também chamadas de lipoesferas ou nanoesferas lipídicas, 
são lipídeos sólidos na temperatura humana fisiológica normal (37 ºC) e possuem um diâmetro de 
50 a 1.000 nm. Elas podem ser formadas por diferentes lipídeos, incluindo mono, di e triglicerídeos, 
ácidos graxos, ceras e combinações entre eles. Estas nanopartículas são produzidas pela substituição 
da fase de óleo de uma emulsão de óleo em água por um lipídeo sólido. São biodegradáveis e 
biocompatíveis e podem ser usadas em humanos devido à sua baixa toxicidade. Elas devem ser 
estabilizadas por surfactantes para formar emulsões administráveis.
Essas nanopartículas formam uma matriz na qual medicamentos podem ser adicionadas para 
subsequente liberação. Os principais fatores que afetam a adição de fármacos às nanopartículas lipídicas 
sólidas são:
•	 a solubilidade do fármaco em lipídeos;
•	 as propriedades físicas e químicas dos lipídeos ou da mistura de lipídeos;
•	 as características cristalinas dos lipídeos em temperatura biológica;
196
Unidade II
•	 o formato polimórfico dos lipídeos utilizados. O uso de misturas heterogêneas de lipídeos promove 
uma estrutura cristalina imperfeita com espaços maiores para adição do medicamento.
5.2.5 Micelas
Micelas são outro tipo de nanossistemas biocompatíveis, com tamanho entre 5 e 100 nm. Elas são 
compostas de uma monocamada de moléculas anfifílicas que, espontaneamente, tendem a assumir um 
determinado formato quando em ambientes aquosos. Estas moléculas são geralmente ácidos graxos, 
sais de ácidos graxos, fosfolipídeos ou outros componentes anfifílicos similares. Micelas apresentam 
um interior hidrofóbico, expondo as cabeças polares hidrofílicas para o meio externo, ou um interior 
hidrofílico, expondo as caudas hidrofóbicas para o meio externo (micelas invertidas).
Figura 124 – Estrutura das micelas em meio aquoso e meio lipídico
5.2.6 Nanopartículas poliméricas
Nanopartículas poliméricas são também nanocápsulas ou nanoesferas sólidas com tamanho 
de 1 a 100 nm. Elas podem ser compostas tanto de polímeros sintéticos quanto de polímeros 
naturais. Estes polímeros devem ser biocompatíveis e biodegradáveis. Tais nanopartículas têm sido 
extensivamente investigadas como nanocarreadores de fármacos. Estruturalmente, se assemelham 
muito a um esqueleto polimérico, geralmente formado a partir de um monômero biodegradável 
baseado em uma molécula orgânica simples biocompatível, e a porções funcionais para segmentação 
ativa intercalada na estrutura. A adição do medicamento é realizada:
•	 Por aprisionamento do medicamento em fase aquosa, usando o polímero para formar estruturas 
em nanoescala, tais como cápsulas.
•	 Por ligação química das moléculas do medicamento para a estrutura do polímero por meio de 
uma ligação simples éster ou amida, que pode ser hidrolisada in vivo.
Nanopartículas poliméricas mais complexas usam grupos polares para criar regiões hidrofóbicas 
e hidrofílicas, permitindo que o medicamento seja adsorvido na nanopartícula e facilite a entrega ao 
local de destino.
197
BIOENGENHARIA E BIOTECNOLOGIA APLICADA À BIOMEDICINA
Em geral, os polímeros sintéticos permitem liberação contínua do fármaco, com um período de dias 
a semanas, enquanto polímeros naturais são mais fácil e rapidamente degradados. Veremos melhor 
sobre as propriedades dos polímeros posteriormente.
Os polímeros sintéticos mais largamente pesquisados incluem o poliláctico (PLA), poli(D,L-lactídeo-
co-glicolídeo) (PLGA) e o PEG. Todos eles podem ser hidrolisados in vivo e são biodegradáveis.
5.2.7 Nanopartículas de albumina
A albumina é uma proteína plasmática com peso molecular de 66 kDa, que tem sido extensivamente 
investigada como carreador de fármacos, com resultados muito promissores. Ela é solúvel tanto em água 
quanto em etanol, dois solventes viáveis para administração intravenosa. Uma vez que a albumina é 
normalmente encontrada na circulação sanguínea, isso a torna um carreador particularmente atrativo. 
As nanopartículas de albumina são preparadas por dessolvatação ou coacervação.
 Observação
Abraxane é o primeiro fármaco baseado em nanopartículas de 
albumina aprovado pela agência reguladora americana para uso humano. 
O medicamento quimioterápico paclitaxel é ligado a nanopartículas 
de albumina humana de 130 nm. Suas vantagens são o aumento da 
meia-vida na circulação, em comparação ao paclitaxel sozinho, e ausência 
de hipersensibilidade. Estudos confirmaram a eficácia do Abraxane no 
tratamento do câncer de mama metastático.
5.2.8 Nanopartículas em cosméticos
Nanomateriais são incorporados em cosméticos e protetores solares como antioxidantes.
Nanopartículas de óxido de titânio maiores que 100 nm são amplamente utilizadas como um 
pigmento branco em cremes cosméticos e protetores solares. Similarmente, nanopartículas de prata 
têm sido usadas em diversas aplicações, incluindo sprays desinfetantes de ar, lenços umedecidos, 
recipientes de armazenamento de alimentos, xampus, e cremes dentais. Várias nanopartículas 
estão em pesquisa e avaliação de aditivos em produtos de higiene pessoal. Apesar do crescimento 
emergente de produtos com diferentes tipos de nanomateriais, possíveis efeitos tóxicos em humanos 
são amplamente desconhecidos.
A nanocosmética objetiva produtos voltados para aplicação na pele da face e do corpo, com ação 
anti-idade e fotoproteção, capaz de penetrar nas camadas mais profundas da pele, potencializando os 
efeitos do ativo.
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Unidade II
Nanocosméticos podem ser definidos como formulações cosméticas que carregam ativos ou 
outros ingredientes nanoestruturados, e possuem propriedades superiores quando sua performance é 
comparada a produtos convencionais.
Na indústria cosmética, as nanopartículas estão presentes em xampus, condicionadores, pastas 
de dente, cremes antirrugas, cremes anticelulites, clareadores de pele, hidratantes, pós-faciais, loções 
pós-barba, desodorantes, sabões, protetores solares, maquiagem em geral, perfumes e esmaltes. 
As nanoemulsões, por outro lado, constituem uma classe de emulsões com partículas uniformes de 
tamanho entre 20 e 500 nm, que se tornaram populares como veículos para liberação controlada e 
dispersão otimizada de ativos.
As vantagens de se usar nanocosméticos vieram da proteção dos ingredientes da degradação 
química ou enzimática, controle de sua liberação, especialmente no caso de doses altas que podem 
causar irritação, e aumento da residência dos ativos cosméticos ou fármacos no estrato córneo.
A primeira empresa a introduzir um cosmético baseado em nanotecnologia foi a Lancôme, a divisão de 
luxo da L’Oréal, em 1995, com o lançamento de um creme facial composto de nanocápsulas de vitamina 
E pura, para combater o envelhecimento da pele. A partir de então, outras instituições começaram a 
investir em pesquisas para o desenvolvimento de nanocosméticos.
No Brasil, a primeira companhia a desenvolver e comercializar nanocosméticos foi a O Boticário. A 
empresa produziu um creme anti-idade para as áreas dos olhos, testa e perilabial, chamado Nanoserum. 
A composição da nanoestrutura usava vitaminas A, C e K e um produto para clareamento. A tecnologia, 
desenvolvida em parceria com um laboratório francês, teve investimento de 14 milhões de reais e 
começou a ser comercializada em 2005. Em 2007, a Natura também lançou sua linha de nanocosméticos.
Dessa forma, a indústria de cosméticos usa nanotecnologia devido a diversas vantagens de sua 
implementação, especialmente com relação à maior