Trabalho Introdução a engenharia de bioprocessos e biotecnologia

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Universidade Federal de Itajubá
IRN - Instituto de Recursos Naturais
EBP-001 — T01
Bioprocessos e Biofármacos
Professor:
Guilherme Y Rodriguez
Instituto de Recursos Naturais
Ninjas de biossucessos:
Victor H Magalhães
Guilherme Gomes
Pedro Mangeon
Guilherme Theodoro
20 de novembro de 2022
Bioprocessos e Biofármacos
Conteúdo
1 Introdução 2
2 Desenvolvimento 2
2.1 Vacinas e Sars-Cov-2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.2 Antibióticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3 Anticorpos monoclonais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4 Microalgas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.5 Suplementos nutricionais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.6 Produção geral de biofármacos [14] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.6.1 Upstream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.6.2 Biorreatores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.6.3 Downstream . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
3 Conclusão 8
4 Bibliografia 8
1
Bioprocessos e Biofármacos
1 Introdução
Os biofármacos vêm ganhando notoriedade desde o surgimento da penicilina,
com todos esses anos o bioprocessamento vem ganhando cada vez mais destaque. O
engenheiro de bioprocessos possui o conhecimento f́ısico-qúımico envolvido nos pro-
cessos industriais de produção de biofármacos. Sendo considerada uma profissão do
futuro por ter em seu campo de atuação áreas que vão desde a redução dos impactos
ambientais até a produção de medicamentos por meio da manipulação do maquinário
microbiológico. A insulina, por exemplo, é apenas um dentre vários medicamentos
do portifólio bioqúımico, para a sua produção é necessário o desenvolvimento de um
projeto que vai da seleção de um bioproduto até a estabilidade em suas etapas finais.
A atual pandemia da Covid-19 fez com que o mundo passasse por um desafio
gigantesco: produzir a vacina o mais rápido posśıvel. As pesquisas foram aceleradas
a ńıveis nunca antes vistos, os laboratórios conseguiram produzir, com eficácia, uma
vacina em menos de dois anos. E como já era de se esperar, a produção desse
imunizante é um bioprocesso. Com diversas pesquisas microbiológicas virais foi
posśıvel estabelecer um novo marco na produção de fármacos, a biotecnologia vem
consolidando-se como um important́ıssimo segmento da indústria farmacêutica, de
acordo com a Fiocruz: ”Atualmente a unidade conta com o serviço de bioprocessos
(antigo laboratório de bioprodutos), do Departamento de Biotecnologiam vinculado
à Coordenação de Desenvolvimento Tecnológico (CDT). Para se ter uma ideia da
importância dessa área, de acordo com dados do Ministério da Saúde, em 2012,
medicamentos biológicos representavam apenas 5% da rede pública de saúde, no
entanto, consumiam 43% dos gastos totais do páıs.”Atualmente a Fiocruz possui
fortes segmentos nos estudos com canabdiol, dentro de seus modernos laboratórios
que contam com equipamentos alemães como - coletores automático de amostras,
analisadores bioqúımicos, sensores de turbidez e sistema de pipetagem automática.
Esses equipamentos permitem alta produtividade com baix́ıssima quantidade de
erros operacionais.
2 Desenvolvimento
2.1 Vacinas e Sars-Cov-2
A produção das atuais vacinas vem seguindo o uso do tecnologia do RNA men-
sageiro[1]. Este tipo de vacina é denominada vacina gênica e, de modo geral, consiste
em provocar uma resposta antecipada do organismo contra a ameaça do v́ırus. Essa
resposta não consiste na imunização através de um v́ırus atenuado ou um fragmento
de v́ırus, mas sim pelo est́ımulo provocado no organismo através da introdução de
um RNA mensageiro, fazendo com que a célula tenha a receita para a produção
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Bioprocessos e Biofármacos
de uma protéına espećıfica do v́ırus, quando essa protéina é processada, o sistema
imunológico a identifica como corpo ant́ıgeno e começa a criar imunidade contra ele.
Figura 1: Enzimas especiais. Fonte: https://profissaobiotec.com.br
2.2 Antibióticos
Antibióticos são produzidos por meio da fermentação de microrganismos como
bactérias do gênero Streptomyces ou por fungos do gênero Penicilliume Cephalos-
porium. No estágio de fermentação, o microrganismo é fermentado em biorreatores
com capacidade entre 100 mil até 150 mil litros, com a concentração de oxigênio,
temperatura e pH estritamente controlados para garantir que haja produção máxima
sem que as células morram. Uma vez que a fermentação está completa, o antibiótico
excretado dos microrganismos é purificado, seja por meio de trocas iônicas, preci-
pitação qúımica ou adsorção.
Figura 2: Esquema de biorreator para produção de penicilina. Fonte: [2]
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Bioprocessos e Biofármacos
2.3 Anticorpos monoclonais
Anticorpos monoclonais são fármacos biolóficos que combatem o câncer e doenças
autoimunes[3], como por exemplo, o Trastuzumabe que é utilizado para o tratamento
de câncer de mama ou o Omalizumabe que é utilizado no tratamento de casos graves
de asma. Através de uma tecnologia chamada hibridoma, foi posśıvel a produção
em larga escala desses anticorpos. O que ocorre é a fusão entre uma célula B produ-
tora de anticorpas e uma outra célula chamada mieloma. A produção do hibridoma
depende do desenvolvimento e otimização de um ant́ıgeno que provocará uma res-
posta auto imune espećıfica para a produção de tal anticorpo, esse ant́ıgeno é então
aplicado em um animal hospedeiro que gera uma resposta imune e a subsequente
produção dos anticorpos, as células B são retidas no baço do animal que então são
fusionadas com o mieloma gerando o hibridoma, no fim é feita a purificação do
anticorpo.
Figura 3: Processo de produção de anticorpos monoclonais [4]
2.4 Microalgas
Microalgas tem sido um importante foco da biotecnologia já que possuem diver-
sas aplicações como limpeza de efluentes, produção de biocombust́ıveis e até o trata-
mento de câncer[5]. Existem milhares de espécies de microalgas conhecidas, porém
poucos tem sido estudadas intensivamente ou comercialmente exploradas (Behrens
and Delente, 1991). A spirulina é um exemplo de microalga que vem se tornado
popular como fármaco ao melhorar diabetes e diminuir o colesterol[6].
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Bioprocessos e Biofármacos
Figura 4: Biorrefinaria de alga pra produção de biocombust́ıveis e fármacos. Fonte:
[7]
2.5 Suplementos nutricionais
Deficiências nutricionais ocorrem quando o corpo não absorve a quantidade
suficiente de um determinado nutriente. Essas deficiências podem levar a vários
problemas de saúde como problemas de pele, anemia, enfraquecimento do sistema
imunológico, bócio e distúrbios cardiovasculares[8]. Os suplementos de vitamina B12,
por exemplo, são produzidos a partir da fermentação microbiológica de bactérias[9]
como a Pseudomonas denitrificans ou Sinorhizobium meliloti [10].
Há também a produção de bebidas enriquecidas como por exemplo os probióticos
produzidos pela yakult. A modelo do Taffman-EX[11], probiótico altamente enri-
quecido que cria um crossover entre a saúde e a culinária.
Figura 5: Esquema de biorreator para fermentação de bebidas. Fonte: [12]
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Bioprocessos e Biofármacos
Figura 6: Esquema de fermentador para a produção de vitamina B12. Fonte: [13]
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Bioprocessos e Biofármacos
2.6 Produção geral de biofármacos [14]
2.6.1 Upstream
1. Sistema de Expressão: células de mamı́feros, insetos ou bactérias são mo-
dificadas para produzir o prinćıpio ativo desejado.
2. Banco de Células: um banco de células mestre é criado e armazenado. Seus
derivados são os bancos de célula trabalho que seguem para cultivo na fábrica.
3. Cultura Celular - Expansão: é feito o aumento da densidade celular em
biorreatores de pequena escala até estarem prontas para grandes escalas.
4. Cultura Celular- Produção: Em biorreatores de grande escala, as celulas
desenvolvem-se e produzem o prinćıpio ativo do biofármaco.
2.6.2 Biorreatores
Os biorreatores operam em diferentes regimes, como batelada, batelada alimen-
tada ou perfusão cont́ınua:
• Batelada: O meio de cultura e células são inoculadas dentro do biorreator, com
o sistema fechado, o prinćıpio ativo é recolhido apenas ao fim do processo.
• Batelada Alimentada: O meio de cultura e células são inoculadas no biorreator
ao ińıcio do processo. Com o tempo, mais meio é inserido. Ao fim do processo,
o prinćıpio ativo é coletado.
• Perfusão cont́ınua: O meio de cultura é inserido continuamente no biorreator,
enquanto o fluido contendo o prinćıpio ativo é coletado.
2.6.3 Downstream
1. Inativação Viral: Eventuais v́ırus no produto são inativados por meio de sol-
ventes ou por alteração do pH.
2. Captura, Purificação e Polimento: Após a produção, o prinćıpio ativo deve ser
isolado do meio coletado que contém impurezas e outras células. São utilizados
várias técnicas diferentes de cromatografia para capturar, purificar e ”polir”a
protéına desejada.
3. Nanofiltração: É realizada a nanofiltração para garantir a segurança do pro-
duto e remoção de quaisquer v́ırus.
4. Formulação e Envase: Com o prinćıpio ativo pronto, ele já pode seguir para a
formulação do biofármaco e para as diferentes forma de envase até chegarem
aos pacientes.
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Bioprocessos e Biofármacos
3 Conclusão
Os biofármacos são uma grande tendência e o cenário da rápida preparação,
produção e difusão das vacinas são um exemplo contemporâneo da importância que
o bioprocessamento tem no conjuntura da saúde. Não obstante, a pluralidade de
campos dentro de um tema que parece tão restrito é apenas mais uma evidência do
leque de habilidades e competências atribúıdas a um engenheiro de bioprocessos.
4 Bibliografia
[1] https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/vaccines/different-vaccines/mrna.html
[2] https://biology-igcse.weebly.com/use-of-microorganisms-to-manufacture-antibiotic-
penicillin.html
[3] https://www.abcam.com/protocols/a-comparison-between-polyclonal-and-monoclonal
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Monoclonal antibody/media/File:Monoclonals.png
[5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5983296/
[6] https://www.cancer.gov/publications/dictionaries/cancer-drug/def/spirulina-
based-dietary-supplement
[7] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969719326300
[8] https://www.healthline.com/health/malnutritionTOC TITLE HDR 1
[9] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5282855/
[10] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20414363/
[11] https://www.yakult.com.br/produtos/taffman-ex/
[12] https://www.tectonia.com.br/biotecnologia/producao-bioprodutos/
[13] https://www.mdpi.com/1422-0067/22/9/4522/htm
[14] https://profissaobiotec.com.br/biotecologia-producao-biofarmacos-biossimilares/
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