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Prof. Alexandre Dias
UNIDADE II
Bioengenharia e 
Biotecnologia 
Aplicadas à Biomedicina
O que é biotecnologia?
“Utilização dos seres vivos para o desenvolvimento de processos e produtos de interesse 
econômico e/ou social.” 
Contextualização
João Lúcio de Azevedo et al. (2002).
 Imunização
Soros e vacinas
PASSIVA
ATIVA
Imunização passiva
NATURAL
• Anticorpos transplacentários (IgG)
• Anticorpos no colostro (IgA)
ARTIFICIAL
Transferência de anticorpos
Soros terapêuticos
Imunização passiva X ativa
PASSIVA:
 Proteção imediata
 Curto período de proteção
 Doença do soro
 Risco de Aids e hepatite
ATIVA:
 Gerada pelo próprio sistema imune do 
indivíduo
 A imunidade e a memória são 
semelhantes à infecção, mas sem a 
doença
 Proteção duradoura
Imunização ativa
Artificial
 Organismos atenuados
 Organismos mortos
 Fragmentos subcelulares
 Toxinas
 DNA 
Natural
Exposição a 
infecções 
subclínicas
O que é?
 Imunização ativa que consiste em anteceder a ativação do sistema imunológico do 
organismo frente às futuras infecções.
 Expõem o organismo a substâncias relacionadas ao agente infeccioso.
Vacinas
 Prática da imunização em que se estimula o sistema imunológico a formar anticorpos 
específicos sem que os sintomas da doença sejam induzidos.
 As células produtoras de anticorpos, os linfócitos, não precisam interagir com o organismo 
vivo e virulento para serem estimuladas.
 O simples contato com os antígenos do organismo invasor é suficiente para 
formar anticorpos.
Vacinas
Características de uma vacina ideal
 Vacinas contêm antígenos que são alvos do sistema imunológico.
 A vacinação deveria gerar uma imunidade efetiva (anticorpos e células T).
 Vacinas devem produzir imunidade protetora.
 Bom nível de proteção sem a necessidade de uma dose de reforço.
 Seguras: uma vacina não pode causar doença ou morte.
 Considerações práticas: baixo custo por dose. Fácil de 
administrar. Estável biologicamente. Poucos ou nenhum 
efeito colateral.
 Vacinas antes da tecnologia do DNA recombinante.
 Vacinas inativadas
 O agente infeccioso é morto antes de ser injetado no corpo.
 Vacinas atenuadas
 A virulência do organismo infeccioso é enfraquecida pela seleção de 
mutantes com a patogenicidade reduzida.
Vacina de DNA
 Imunização pelo DNA
 Terceira geração de vacinas.
 O DNA que contém genes que codificam para as proteínas antigênicas é clonado em um 
plasmídeo sob o controle de um forte promotor.
 Os plasmídeos são introduzidos no organismo a ser imunizado por meio de injeção 
diretamente no músculo.
 O antígeno produzido, quando liberado na circulação, induz a formação de anticorpos e 
a resposta celular.
Vacina de DNA
 Dispensa o cultivo de agentes patogênicos perigosos.
 Produção barata – dispensa a purificação da proteína antigênica.
 Não requer refrigeração, uma vez que a molécula de DNA é estável.
 Um plasmídeo pode codificar genes para vários antígenos.
Vacina de DNA
Relacione a segunda coluna com a primeira:
1. Vacina antitetânica
2. Soro antitetânico
(__) Contém anticorpos.
(__) Contém antígenos.
(__) Produz imunidade passiva.
(__) Produz imunidade ativa.
A resposta correta é:
a) 1, 1, 2, 1.
b) 1, 2, 1, 1.
c) 1, 2, 2, 2.
d) 2, 1, 2, 2.
e) 2, 1, 2, 1.
Interatividade
Relacione a segunda coluna com a primeira:
1. Vacina antitetânica
2. Soro antitetânico
(__) Contém anticorpos.
(__) Contém antígenos.
(__) Produz imunidade passiva.
(__) Produz imunidade ativa.
A resposta correta é:
a) 1, 1, 2, 1.
b) 1, 2, 1, 1.
c) 1, 2, 2, 2.
d) 2, 1, 2, 2.
e) 2, 1, 2, 1.
Resposta
Sequenciamento automatizado de ácidos nucleicos
História
Fonte: livro-texto
1855 1905 1909 1944 1953 1965 1977 1986 1990 1995 2001 2008 2012
Família de sequenciadores – capilar/nova geração
Fontes: Thermo e Illumina Co.
livro-texto
Primer extension with ddNTPs Eletrophones and read
O
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TACGATGTCAACGGTT...
Primer
Target sequence
5’
5’ 3’
3’
ATGCTACAG
ATGCTACAGT
ATGCTACAGTT
ATGCTACAGTTG
ATGCTACAGTTGC
ATGCTACAGTTGCC
ATGCTACAGTTGCCA
ATGCTACAGTTGCCAA
ATGCTACA
Aplicações do sequenciamento genético
 Microbioma
 Farmacogenômica
 Nutrigenômica e 
nutrigenética
 Fingerprint
 Oncologia
 Definições.
 Dietas personalizadas.
 Painel NGS – qualidade de vida.
Nutrigenética e nutrigenômica
Fonte: livro-texto
Nutrigenetic, nutrigenomic and 
nutripigenetic knowledge for actions
SNPs and other structural 
variants DNA methylation, 
histone modifications, 
and miRNA expression. 
Gene expression profiles
Age, gender, ethnicity
physiopathological status
Microbiome Nutrition 
(dietary intake, 
absorption, transport, 
metabolism, excretion)
Physical activity
Disease risk prediction
Genotype – and phenotype – based personalized 
treatment
Therapy responsiveness
Precision
nutrition
Obesity
Dyslipidemia
NAFLD
CVD
T2DM
Cancer
Others
 Indicações.
 Sequenciamento genético da microbiota intestinal.
 Painel NGS – tratamento
personalizado.
Microbioma
Fonte: livro-texto
Firmicutes
91.14%
Bacteroidetes
5.58%
Other
3.28%
 Definições.
 Painéis personalizados.
 Terapia
gênico-específica.
Oncologia
Fonte: Illumina CO.
b)
a)
 Definições.
 DMD – perspectivas.
 Terapia gênico-específica.
Farmacogenômica
Fonte: https://www.humgen.nl/lab-aartsma-rus/frameset.php?frame=applicability.html
Deletion exon 45
Reading frame disrupted
Pre-mRNA
mRNA
Premature stopcodon
Non functional dystrophin
Reading frame restoration for deletions
Exon 46 hidden from splicing machinery
Reading frame restored
Partially functional dystrophin
43 44
43 44
43 44
46 47
4746
47
474443
Marcadores microssatélites
Fonte: livro-texto
Identificação de pessoas!
A nutrigenômica e a nutrigenética são ciências distintas que se relacionam no estudo de 
obesidade, prevenção de doenças com a utilização de compostos bioativos e demais 
substâncias correlatas. Nesse cenário, assinale a alternativa incorreta sobre esse assunto: 
a) Nutrigenética estuda de que maneira a variabilidade genética interfere na resposta 
individual à dieta.
b) Nutrigenômica estuda a influência de nutrientes na expressão de genes.
c) Visa a elucidar as funções dos genes e da interação com o meio ambiente.
d) Tem a finalidade de promover a saúde e a redução do risco
para o desenvolvimento de doenças crônicas
(cardiovasculares, câncer, diabetes etc.).
e) Não tem finalidade de melhorar a qualidade de 
vida dos pacientes.
Interatividade
A nutrigenômica e a nutrigenética são ciências distintas que se relacionam no estudo de 
obesidade, prevenção de doenças com a utilização de compostos bioativos e demais 
substâncias correlatas. Nesse cenário, assinale a alternativa incorreta sobre esse assunto: 
a) Nutrigenética estuda de que maneira a variabilidade genética interfere na resposta 
individual à dieta.
b) Nutrigenômica estuda a influência de nutrientes na expressão de genes.
c) Visa a elucidar as funções dos genes e da interação com o meio ambiente.
d) Tem a finalidade de promover a saúde e a redução do risco
para o desenvolvimento de doenças crônicas
(cardiovasculares, câncer, diabetes etc.).
e) Não tem finalidade de melhorar a qualidade de 
vida dos pacientes.
Resposta
A bioinformática e o estudo das variantes genômicas
Fonte: DNA banking and analysis: points to consider. 
Am J Hum Genet 42:781-783, 1988 (adaptado)
This publication is the only final, officially approved "DNA Banking and 
Analysis" statement of the American Society of Human Genetics 
(ASHG). Previous versions were drafts and were not intended for 
circulation, attribution, or citation. 
These "Points to Consider" are designed to provide accurate and 
authoritative information in regard to the subject matter covered as of 
October 9, 1987. They are published with the understandingthat the 
ASHG is not rendering medical or other professional services. The 
contents are intended as suggestions only. Users should rely on their 
own professional judgment or on consultation with other authorities and 
should ascertain whether more recent information has been 
disseminated by the ASHG or other authorities.
1. Gerenciar o volume de dados gerados
2. Organizar os dados 
3. Analisar as informações obtidas
Desafios para a bioinformática
Bancos de dados
Bancos
de Dados
Proteinas
UNIPROT
Ontologia
Gene
Ontology
Expressão
gênica
ArrayExpress
Vias
Metabólicas
BioCyc
Dados
Primários
GENBANK/
NCBI
Dados
Genômicos
USCS/
ENSEMBL
Meta-Data
ENTREZ
Fonte: livro-texto
Bancos mais utilizados em genômica
Fonte: livro-texto
National Center for Biotecnology Information:
 Centro Nacional para Informação Biotecnológica dos EUA.
 Banco de dados central sobre informações genômicas.
 O GenBank é o principal banco de 
dados do NCBI e armazena todas 
sequências disponíveis publicamente 
de DNA (de sequências pequenas 
a genomas inteiros), RNA e proteínas. 
NCBI
Fonte: acervo pessoal
Medicina personalizada!
 Prática na genética médica.
 O diagnóstico é a base para a relação genótipo-fenótipo.
 Medicamentos inteligentes baseados nas alterações genômicas.
O uso dos bancos de dados!
 “Imagine o seguinte cenário: uma mulher de 25 anos preocupada com sua saúde e com 
histórico familiar de obesidade procura orientação. Uma equipe multidisciplinar solicita o 
sequenciamento de seu genoma e analisa os dados com auxílio de um software específico. 
A análise dos dados revela uma alta probabilidade da paciente desenvolver diabetes quando
chegar aos 45 anos. A equipe orienta algumas modificações no estilo de vida, inclusive, de 
hábitos alimentares” (Dra. Aline de Conti, farmacêutica industrial pela Universidade de São 
Paulo, 2010). 
 Após a leitura, indique a alternativa que possui a ciência relacionada ao texto.
a) Farmacogenômica.
b) Tecnologia do DNA recombinante.
c) Bioinformática.
d) Clonagem terapêutica.
e) Nanotecnologia.
Interatividade
 “Imagine o seguinte cenário: uma mulher de 25 anos preocupada com sua saúde e com 
histórico familiar de obesidade procura orientação. Uma equipe multidisciplinar solicita o 
sequenciamento de seu genoma e analisa os dados com auxílio de um software específico. 
A análise dos dados revela uma alta probabilidade da paciente desenvolver diabetes quando
chegar aos 45 anos. A equipe orienta algumas modificações no estilo de vida, inclusive, de 
hábitos alimentares” (Dra. Aline de Conti, farmacêutica industrial pela Universidade de São 
Paulo, 2010). 
 Após a leitura, indique a alternativa que possui a ciência relacionada ao texto.
a) Farmacogenômica.
b) Tecnologia do DNA recombinante.
c) Bioinformática.
d) Clonagem terapêutica.
e) Nanotecnologia.
Resposta
 História: próteses dentárias pelas civilizações maia e grega. 
 Entretanto, a fabricação de biomateriais se tornou mais consistente após a Segunda 
Guerra Mundial, com a migração da utilização de materiais bélicos para a assistência 
à saúde humana. 
 Assim, de maneira assertiva, a engenharia biomédica atua no constante desenvolvimento de 
próteses e protótipos para o tratamento de doenças humanas e para o aperfeiçoamento do 
diagnóstico laboratorial biomédico.
 O aperfeiçoamento dos biomateriais nos últimos 50 anos 
colaborou para a recuperação da saúde e qualidade de vida 
de muitos pacientes. Aplicável a inúmeras doenças, os 
biomateriais contribuem muito para a construção de estruturas 
biológicas na substituição ou regeneração de um determinado 
órgão ou tecido prejudicado.
A biotecnologia no processamento de biomateriais 
e equipamentos biomédicos
Biocompatibilidade:
 Resposta que a utilização de um produto gera no organismo.
 Assim, quanto menor a resposta alérgica, inflamatória e tóxica de um produto, 
melhor sua biocompatibilidade. 
 Os biomateriais podem ser classificados em 4 grandes tipos: metálicos, cerâmicos, 
compósitos e poliméricos.
 Os biomateriais metálicos são muito utilizados na ortopedia, como as próteses de fêmur e 
úmero e as placas de sustentação óssea em traumas e fraturas – titânio e aço inoxidável.
 Os biomateriais cerâmicos são aplicáveis a locais de baixa 
mobilidade e tensão mecânica. As peças cerâmicas são 
produzidas com alumina, zircônia, hidroxiapatita e bioglass. 
Esse tipo de material também é aplicável à prótese, 
na odontologia e na fabricação de cimento para 
cirurgias ortopédicas.
Biomateriais
 Os biomateriais poliméricos têm propriedade flexível, podendo adquirir várias formas e é de 
fácil fabricação. Como matéria-prima, são utilizados o polietileno, o polipropileno, a quitosana
e o poli 2 hidroxietilmetacrilato. Esses biomateriais são muito utilizados na oftalmologia, na 
construção de próteses e de pele.
 O hidrogel é composto por uma rede polimérica tridimensional reticulada. Esse produto é 
utilizado na atenção médica e farmacêutica, já que atua na liberação de fármacos, em lentes 
de contato, no processo cicatricial em curativos e dá sustentação celular para processos 
regenerativos.
 Interessantemente, as estratégias atuais de medicina de 
precisão incluem a coleta de materiais biológicos para estudo 
genético e seleção do melhor biomaterial a ser utilizado 
no seu tratamento. Com a definição do perfil genético dos 
pacientes, o risco de rejeição e efeitos adversos é 
consideravelmente menor.
Biomateriais
 Os nanomateriais fabricados hoje podem melhorar significativamente as características de 
materiais em escala maior, em termos de resistência, condutividade, durabilidade e leveza, 
e podem fornecer propriedades úteis (por exemplo, autolimpante, anticongelante e 
antibacteriana) e podem funcionar como materiais de reforço para construção ou 
componentes de detecção para segurança.
Os nanomateriais e seu uso na área da saúde
Fonte: adaptado de: livro-texto.
Atualmente, a maioria dos nanossistemas disponíveis está 
relacionada ao tratamento de câncer, mas outras aplicações incluem 
anemia, artrite reumatoide, asma, esclerose múltipla e diabetes.
Nanopartículas
Metálicas
Lipossoma
1943 1978 1993 1994
1857 1965 1990 1993 1996
1999
2002
Micclas
NLS
CLN
Microemulsão
Dendrímero
Nanoemulsão
Nanoesfera
Polimerossoma
Nanocápsulas
 A rotina do profissional biomédico que atua em análises clínicas é baseada na realização 
de exames de hematologia, bioquímica, gasometria, sorologia, imunologia, hormônios, 
microbiologia e outras especialidades e particularidades de cada serviço de 
laboratório clínico.
 As metodologias colorimétricas, nefelométricas e turbidimétricas geralmente são empregadas 
na bioquímica, com seus grandes equipamentos que realizam diferentes testes em 
curtíssimo espaço de tempo. Já na hematologia, a impedanciometria, a citometria de fluxo 
e a citoquímica ganham destaque na contagem de células sanguíneas e sua 
análise diferencial. 
 Na imunologia, os testes de ELISA, imunofluorescência e 
quimioluminescência norteiam as rotinas diagnósticas. E assim 
por diante, todos esses setores, equipamentos e metodologias 
diagnósticas são a base para o funcionamento de um 
laboratório baseado na automação. Todo esse parque 
tecnológico e metodológico está contido na fase analítica dos 
exames laboratoriais.
Equipamentos biomédicos, a interface laboratorial e a gestão 
da informação laboratorial
 Ainda, toda essa tecnologia vem acompanhada dos sistemas de interfaceamento laboratorial. 
Com a tecnologia da informação, atualmente, os resultados laboratoriais que um 
equipamento automatizado libera por sistemas de comunicação e gerenciamento são 
automaticamente transferidos para um software, que promove a preparação do laudo em um 
sistema de gestão da informação.
 Assim, o biomédico acessa o sistema de liberação de laudos, localiza o teste do paciente 
e assina/liberao exame. Esse processo está contido na fase pós-analítica do 
laboratório clínico.
 Com o desenvolvimento tecnológico, os equipamentos de 
análises clínicas têm se aperfeiçoado a cada dia: seja pela 
rapidez e praticidade na realização do teste ou seja com a 
inovação tecnológica. A seguir, apresentamos duas linhas de 
equipamentos que atualmente estão modificando a maneira do 
laboratório clínico se comportar: a linha Point of Care (PoC) e 
a Química Seca na bioquímica clínica.
Equipamentos e tecnologias
Linha Point of Care (PoC):
 A linha de equipamentos Point of Care ganhou destaque na atuação biomédica devido à 
rapidez na liberação dos resultados dos testes laboratoriais. Na sua linha dispomos de 
equipamentos de gasometria, bioquímica, uroanálise e hematologia. Esses testes também são 
conhecidos como testes laboratoriais remotos (TLR), pois esses equipamentos ficam à beira do 
leito dos pacientes.
 Como grande vantagem, os testes PoC são realizados em equipamentos portáteis, o que 
muitas vezes facilita a logística de atendimento. Além disso, a quantidade de amostra biológica 
necessária para a realização desses testes é muito pequena e dispensa seu transporte até um 
laboratório.
 Como desvantagem, destaca-se a falta de controle de qualidade 
laboratorial, com perda de exatidão e precisão para 
determinados testes. Sob esse aspecto, Xavier e colaboradores 
(2016) realizaram uma análise comparativa entre a metodologia 
PoC e o diagnóstico laboratorial tradicional na dosagem do perfil 
lipídico de pacientes atendidos em consultórios médicos, 
encontrando confiabilidade entre os resultados.
Equipamentos e tecnologias
 Com relação às metodologias utilizadas para a realização dos exames no PoC, elas variam 
conforme o teste laboratorial. Atualmente dispomos de equipamentos com metodologia de 
reflectometria e ensaios cinéticos para testes bioquímicos.
Química seca:
 A tecnologia de testes bioquímicos “a seco” revolucionou a maneira de se realizar exames 
laboratoriais e, principalmente, a gestão dos resíduos líquidos tão conhecidos do laboratório 
clínico. Nessa tecnologia, quando o material biológico é adicionado ao cartucho chip do 
reagente, ocorre uma reação espectral que o equipamento detecta e mensura.
 Como falado anteriormente, esse processo não gera resíduos 
líquidos, pois não utiliza água para a realização do teste. Os 
consumíveis na parte interna do equipamento e, conforme as 
amostras são injetadas, as reações químicas são 
processadas. Com alta taxa de precisão, confiabilidade e 
rapidez, a análise das amostras acontece por reflectância.
 O avanço da biotecnologia nesses últimos 50 anos viabilizou um grande boom no 
desenvolvimento clínico e terapêutico das doenças humanas, com a utilização de soros, 
vacinas de DNA, fármacos inteligentes, nanopartículas e biomateriais. Nesta unidade, 
aprendemos sobre a tecnologia da produção de soros e vacinas, e como eles funcionam no 
nosso organismo. Vimos que existem tipos diferentes de vacinas e que o seu processo de 
fabricação tem evoluído bastante. Também foram abordados conceitos essenciais em 
nanotecnologia, como quais são as características dos nanomateriais. Vimos ainda em 
destaque os lipossomos e as nanopartículas e seu potencial para uso como carreadores de 
fármacos.
Em resumo...
 A metade final da unidade foi dedicada às novas ferramentas genômicas que têm levado a 
uma medicina cada vez mais personalizada. Foi abordado sobre como o sequenciamento de 
nova geração, juntamente com as ferramentas de bioinformática, têm permitido a 
caracterização inequívoca de variantes genômicas, contribuindo para o tratamento de 
doenças comuns, como obesidade, diabetes e hipertensão, de maneira individualizada. 
O chamado “diagnóstico molecular” tem ganhado cada vez mais espaço e pode contribuir 
para o processo de prevenção e tratamento de doenças com maior eficácia e efetividade.
Em resumo...
Por definição, biomaterial é qualquer substância ou combinação de substâncias, naturais ou 
não, que não sejam drogas ou fármacos, utilizadas em aplicações biomédicas e que interagem 
com sistemas biológicos, que tratam, aumentam ou substituem quaisquer tecidos, órgãos ou 
funções do corpo. As propriedades individuais conferem ao biomaterial uma interação benéfica 
com o organismo onde é implantado, exceto:
a) O material não desencadeia resposta inflamatória sustentada ou tóxica na sua implantação 
in vivo.
b) O tempo de degradação do material permite a ocorrência do processo de regeneração 
ou cura do sítio comprometido.
c) O material apresenta propriedades mecânicas adequadas à aplicação para que foi indicado 
e que qualquer variação das propriedades mecânicas decorrente 
da sua degradação in vivo seja compatível com o processo de 
regeneração ou restabelecimento do sítio de implantação.
d) Eles não devem ser biocompatíveis, biodegradáveis 
e osteocondutivos.
e) Sua degradação não gera produtos tóxicos e que sejam 
facilmente metabolizados e liberados do corpo.
Interatividade
Por definição, biomaterial é qualquer substância ou combinação de substâncias, naturais ou 
não, que não sejam drogas ou fármacos, utilizadas em aplicações biomédicas e que interagem 
com sistemas biológicos, que tratam, aumentam ou substituem quaisquer tecidos, órgãos ou 
funções do corpo. As propriedades individuais conferem ao biomaterial uma interação benéfica 
com o organismo onde é implantado, exceto:
a) O material não desencadeia resposta inflamatória sustentada ou tóxica na sua implantação 
in vivo.
b) O tempo de degradação do material permite a ocorrência do processo de regeneração 
ou cura do sítio comprometido.
c) O material apresenta propriedades mecânicas adequadas à aplicação para que foi indicado 
e que qualquer variação das propriedades mecânicas decorrente 
da sua degradação in vivo seja compatível com o processo de 
regeneração ou restabelecimento do sítio de implantação.
d) Eles não devem ser biocompatíveis, biodegradáveis 
e osteocondutivos.
e) Sua degradação não gera produtos tóxicos e que sejam 
facilmente metabolizados e liberados do corpo.
Resposta
ATÉ A PRÓXIMA!