APS- NANOTECNOLOGIA (1)

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UNIVERSIDADE PAULISTA 
 
ALINE MUNIZ DA SILVA 
ARIEL DE CRISTINA FREDERICO 
GABRIELI CAROLINE DA SILVA 
ISADORA QUEIROZ DE PATTO 
JULIA MARIA MICALI 
LUANA ALMEIDA BORGES DE MEDEIROS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NANOTECNOLOGIA APLICADA AO TRANSPORTE INTRACELULAR DE 
MATERIAL GÉNICO PARA FINS TERAPÊUTICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Atividade apresentada para disciplina 
de Atividade Prática supervisionada do 
curso de farmácia da Universidade 
Paulista-UNIP 
 
Orientador: Profa. Marcela Tavares Luiz 
 
 
 
 
ARARAQUARA 
2023 
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UNIVERSIDADE PAULISTA 
 
ALINE MUNIZ DA SILVA 
ARIEL DE CRISTINA FREDERICO 
GABRIELI CAROLINE DA SILVA 
ISADORA QUEIROZ DE PATTO 
JULIA MARIA MICALI 
LUANA ALMEIDA BORGES DE MEDEIROS 
 
 
 
 
 
 
 
NANOTECNOLOGIA APLICADA AO TRANSPORTE INTRACELULAR DE 
MATERIAL GÉNICO PARA FINS TERAPÊUTICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Atividade apresentada para disciplina de 
Atividade Prática supervisionada do curso 
de farmácia da Universidade Paulista-
UNIP 
 
Orientador: Profa. Marcela Tavares Luiz 
 
 
 
 
ARARAQUARA 
2023 
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SUMÁRIO 
 
 RESUMO...................................................................................................... 4 
1. INTRODUÇÃO.................................................................................... 5 
2. OBJETIVO.......................................................................................... 6 
3. METODOLOGIA................................................................................. 6 
4. DESENVOLVIMENTO.........................................................................6 
4.1 Terapia Génica..............................................................................6 
4.2 Nanotecnologia via ocular...........................................................8 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..............................................................15 
RELATÓRIO COPYSPIDER..........................................................................16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESUMO 
A nanotecnologia está cada vez mais revolucionando a área farmacêutica. Nos últimos 
anos tem sido de grande importância para a área da saúde. Com a busca por novas 
descobertas e a finalidade de buscar novos fármacos e novos tratamentos houve o 
crescimento demasiado da terapia genética. A terapia genica é entendida como a 
capacidade de melhoramento genético por meio da correção de genes alterados 
(mutados) ou modificações sítio-especificas, tendo como objetivo o tratamento 
terapêutico. Entretanto, esse tipo de tratamento só se tornou possível devido aos 
avanços da genética e da bioengenharia, permitindo a manipulação de vetores para a 
entrega do material extra-cromossomal em células-alvo. O material genético utilizado 
na terapia gênica não pode ser administrado livre nos pacientes, porque é degradado 
antes de chegar no local pretendido. Por isso, ele deve ser carreado dentro de vetores. 
Esses vetores podem ser dos tipos virais (material genético inserido dentro de uma 
estrutura de vírus e administrado no paciente) e não virais (material genético inserido 
dentro de nanopartículas e administrado no paciente). A terapia genica associada à 
nanotecnologia é uma ótima ferramenta para tratamento de doenças oculares, porém, 
existem limitações relacionadas à via ocular e às características dos ácidos nucleicos 
que precisam ser superadas para que tenha o sucesso da terapia. 
Palavras-chaves: nanotecnologia; terapia genica; material genético. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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1. INTRODUÇÃO 
Desde a antiguidade a humanidade tem tentado entender como as 
características são transmitidas dos pais para seus descendentes [GONÇALVES, 
2017]. Com base nisso, em 1850, Gregor Mendel descreveu o padrão de herança por 
meio de experimentos, onde o mesmo realizava o cruzamento entre ervilhas, 
concluindo que cada característica é condicionada por dois fatores que se separam 
para formação dos genes, bem como a localização dos genes nos cromossomos e 
comportamento dos mesmos durante a formação dos gametas dá origem a 
segregação dos fatores [GONÇALVES, 2017]. Em 1970, foi descoberto a enzima o 
qual possibilitou-se separar os genes e inseri-los de volta ao DNA em forma 
reprodutiva [GONÇALVES, 2017]. Tais feitos possibilitaram que o cenário, antes 
inundado de dúvidas a respeito de genes e DNA, fosse contemplado com o surgimento 
e aumento da empregabilidade da engenharia genética, possibilitando que, em 1980, 
surgisse a chamada terapia gênica [GONÇALVES, 2017] 
Atualmente, o crescente anseio por novas descobertas e com a finalidade de 
buscar novos fármacos, bem como novos tratamentos, constitui um desafio 
farmacêutico [ZORZI, 2017]. Com tais desafios, houve o crescimento demasiado da 
chamada terapia genética, sendo possível induzir a expressão de uma proteína de 
interesse ou de suprimir uma expressão gênica [ZORZI, 2017]. Andando ao mesmo 
lado, o surgimento do modelo tecnológico chamado nanotecnologia, possibilitou o 
surgimento de uma área para que fosse possível lidar com o design e manuseio de 
componentes e sistema extremamente pequenos. [ZORZI, 2017] 
Com base nos acontecimentos, a via ocular é frequentemente utilizada para 
a finalidade de testar as primeiras novas tecnologias, visto que é um órgão isolado e 
imunologicamente privilegiado, possui baixa permeabilidade e função protetora; 
consequentemente, impõe inúmeras limitações para o tratamento, bem como 
limitações em relação a passagem efetiva de moléculas de interesse [ZORZI, 2017]. 
Tendo isso em mente, a terapia genética pode ser apresentada de duas maneiras: in 
vivo, onde o gene é introduzido diretamente no organismo, e a ex vivo onde as células 
são removidas do indivíduo, modificadas no modelo in vitro e reintroduzidas de onde 
foram retiradas [ZORZI, 2017]. Em ambas, são empregadas diferentes modelos para 
se avaliar a eficácia e segurança, exemplificados na tabela 1 [ZORZI, 2017]. 
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Tabela 1. Principais modelos in vitro e in vivo utilizados para a avaliação de 
eficácia e segurança de sistemas não virais para a terapia genética (ZORZI, 2017) 
 
 
2. OBJETIVO 
O presente trabalho de Atividade Prática Supervisionada visou analisar um 
compilado de informações por meio de artigos, previamente publicados, nos quais 
procurou-se abranger sobre o transporte intracelular de material genético, utilizado 
como fins terapêuticos, com base na terapia genica. 
3. METODOLOGIA 
A estratégia foi composta pela pesquisa sobre o avanço da nanotecnologia 
para a veiculação da terapia genica, abordando as vantagens e as limitações dessa 
terapia. 
 
4. DESENVOLVIMENTO 
4.1 Terapias gênicas 
Desde que medicina obteve o conhecimento do DNA como o primórdio da 
hereditariedade, vem se desenvolvendo métodos para modificação do genoma 
humano. No presente momento, entendemos a terapia genética como o 
aperfeiçoamento genético por meio da alteração de genes que foram mutados a fim 
de um tratamento terapêutico e são empregadas diferentes estratégias para este fim. 
[TEBAS, 2014] 
Atualmente, essa abordagem é bem ampla, com o direcionamento em 
tratamentos de doenças causadas pela desordem em genes recessivos (hemofilia, 
7 
 
fibrose cística e anemia falciforme), doenças genéticas adquiridas como o câncer e 
certas infecções virais por exemplo a AIDS. [GINTER, 2000] 
Uma das técnicas mais empregadas é do DNA recombinante, que consiste 
em inserir o gene alvo em um vetor e esse invadir a célula para depositar o material 
genético. [MISRA, 2013] 
Existe dois grandes grupos que é importante mencionar em relação ao tipo de 
célula alvo, que são: terapia gênica de linhagem germinativa (consiste na modificação 
das células germinativas como espermatozoides e óvulos pela introdução de genes 
funcionais que são implantados no genoma, possibilitando, na teoria, a luta contra 
doenças genéticas e hereditárias)e terapia gênica de células somáticas (nessa 
terapia são transferidos os genes terapêuticos para as células somáticas do paciente, 
sendo um tratamento único e exclusivo para aquele paciente, inviabilizando a 
passagem desse feito para as futuras gerações). [MATHEWS, 2007] 
 
Processo de terapia gênica: liberação do gene 
Essa terapia consiste em inserir no genoma um gene normal a fim de mudar 
esse gene que causa a doença. Diante das diversas dificuldades a mais notável é a 
dificuldade de atingir a célula alvo para liberação do gene. 
O vetor é o meio no qual utilizamos para a liberar o gene, esse que deve ser 
o mais específico possível para ser reconhecido, produzido e disponibilizado em 
grande quantidade, com as responsabilidades de não gerar reações alérgicas, 
processos inflamatórios e afins. [GARDLÍL, 2005] 
 
 
 Terapia gênica e células – tronco hematopoiéticas 
Esse modelo de combinação entre terapia gênica e células-tronco vem se 
tornando o alvo propício para a transição gênica, graças à sua auto renovação e vida 
longa. Um exemplo desta combinação seria a criação de vetores de transferência 
gênica para a formação de células tronco pluripotentes induzidas (IPS), como 
pacientes que sofrem de infecção pelo vírus da hepatite que iriam necessitar de 
transplantes poderiam ser contemplados com o transplante hepático de hepatócitos 
maduros ou derivados de IPS. No caso dessas células transplantadas serem 
reinfectadas pelo vírus, seria enviado um vetor codificado contra o vírus gerando à 
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essas células transplantadas a “imunidade”, gerando a longo prazo uma função 
hepática normal ao paciente. As células resistentes podem repovoar o fígado ao longo 
do tempo e restaurar a função hepática normal, exemplificados na figura 1. [KAY, 
2011] 
 
Figura 1: Combinação de células-tronco e terapia gênica [KAY, 2011] 
 
Terapia com célula T do receptor de antígeno quimérico 
Na terapia com células T do receptor de antígenos quiméricos, consiste em 
uma imunoterapia que envolve na modificação dos linfócitos T, a fim de reconhecer e 
atacar células tumorais. Pacientes recém-diagnosticados com linfoma recebem uma 
associação entre quimioterapia e tratamentos com anticorpos, porém, para aqueles 
que não respondem a nenhum desses tratamentos a terapia de células T com receptor 
de antígeno quimérico é uma opção. Para essa terapia ser empregada pode demorar 
algum tempo, pois as células T do paciente são coletadas e modificadas em 
laboratório para atingir o linfoma. Após a quimioterapia de baixa dose, as células 
modificadas são infundidas no paciente para que essas células destrua o linfoma. 
[ESHHAR, 1993] 
 
4.2 Nanotecnologia para via ocular 
 Novos testes de nanotecnologia também estão sendo feitos para a via 
ocular e por esses testes podemos observar vantagens para esta via, por ser um órgão 
isolado e privilegiado ele possui baixa permeabilidade e função protetora[ZORZI, 
2017]. Com esses testes já conseguimos obter os medicamentos: oligonucleotídeo 
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antissentido Vitravene® e o aptâmero Macugen® que foram aprovados em primeiro 
lugar pelas agências regulatórias de terapia genética [ZORZI, 2017]. 
Porém, pelo globo ocular ter uma estrutura de baixa permeabilidade, as várias 
camadas impõem certas limitações para o tratamento, bem como em relação a 
passagem efetiva de moléculas de interesse [ZORZI, 2017]. Na ilustração abaixo 
(Figura 2) conseguimos observar a formação do globo ocular, onde é detalhada a 
córnea que é uma camada transparente na frente da íris e da pupila, composta por 
células, proteínas, líquidos e possui a presença de algumas camadas onde cada uma 
possui uma atribuição, exemplificados na figura 2 [ZORZI, 2017]. 
 
 
Figura 2. A. Principais estruturas do globo ocular. B. Corte transversal da córnea 
ilustrando as diferentes camadas: (1) células epiteliais, (2) camada de Bowman, (3) 
Estroma, (4) Membrana de Descemet, e (5) células endoteliais. (ZORZI, 2017) 
 
Os lipídios são bem biocompatíveis com a camada lipídica do olho por sua 
semelhança [ZORZI, 2017]. Os Polímeros ajudam a promover interações 
eletrostáticas com os ácidos nucleicos [ZORZI, 2017]. poliplexos são formados por 
polímeros catiônicos com numerosos grupamentos amina, lisina ou arginina 
protonadas em pH fisiológico [ZORZI, 2017]. Eles apresentam muitas vantagens 
biotecnológicas, como por exemplo o aptamero que foi aprovado para tratamento 
10 
 
intravitreo Pegaptanib (Macugen, da Pfizer), como se pode ver na figura 3 e 4. [ZORZI, 
2017]. 
 
 
Figura 3. Estrutura de alguns dos principais lipídios empregados no desenvolvimento 
de formulações de base lipídica para a terapia genética na superfície ocular. (ZORZI, 
2017) 
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Figura 4. Estrutura de alguns dos principais polímeros catiônicos e aniômicos 
empregados em sistemas de base nanotecnológica para terapia genética ocular. 
(ZORZI, 2017) 
 
Quando se é falado de vias de administração, a via ocular é bem mais segura 
e promissora, devido à sua característica de relativo isolamento, não causando uma 
reação sistêmica [ZORZI, 2017]. Deve-se analisar a importância de saber qual a 
patologia e qual a proteína que age na fisiopatologia da doença [ZORZI, 2017]. Este 
conhecimento podemos obter com maior facilidade para as doenças monogênicas, 
porém se torna desafiador para aquelas formadas por vários elementos e aspectos ou 
que seja dependente de mais de um gene [ZORZI, 2017]. Outro obstáculo é referente 
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à busca de um conjunto de serie concomitantemente qualificado para proteção do 
material genético e conduzi-lo de forma eficaz até a localização correta, sem 
apresentar riscos para a saúde [ZORZI, 2017]. Desta forma, diversos veículos estão 
sendo observados como instrumentos para permitir a transposição do material 
genético fora da célula [ZORZI, 2017]. É possível diferenciar dois tipos de sistemas 
transportadores: vetores virais (adenovírus, lentivírus, etc) e vetores não virais ou 
sintéticos (complexos, micelas, lipossomas, nanopartículas, etc.) [ZORZI, 2017]. Pelo 
olhar químico, os vetores não virais são os mais intrigantes principalmente pela 
segurança, propiciando algumas técnicas e mudanças [ZORZI, 2017]. Durante o 
passar do tempo, os carreadores não virais com estrutura nanotecnológica têm obtido 
atenção por serem capazes de superar as limitações tanto da terapia genética como 
da condução de fármacos pela via ocular [ZORZI, 2017]. 
Assim, lipossomas, nanoemulsões, nanopartículas poliméricas e dendrímeros 
estão sendo propostos para a terapia genica ocular [ZORZI, 2017]. Para se obter 
estabilização, proteção dos genes, farmacocinética adequada para tal via de 
administração e, que no final de tudo, os custos sejam viáveis [ZORZI, 2017]. No 
entanto os biomateriais para a construção desses veículos devem possuir 
biocompatibilidade, biodegradabilidade, estabilidade química, ser de fácil obtenção e 
ter preço acessível [ZORZI, 2017]. 
 Entre os sistemas lipídicos, podemos destacar os lipossomas e as 
nanoemulsões. Lipossomas são vesículas lipídicas biocompatíveis e biodegradáveis 
compostas principalmente por fosfolipídios [ZORZI, 2017]. Dendrímeros são 
polímeros sintéticos de diferentes pesos moleculares, que tem um núcleo central do 
qual partem ramificações de maneira ordenada e simétrica [ZORZI, 2017]. As 
Nanoemulsões consistem em uma dispersão líquido-líquido de dois líquidos imiscíveis 
entre si e possui estabilidade por um surfactante, ou sistema surfactante adequado 
[ZORZI, 2017]. Eles apresentam grande funcionalidade para a cinética dos 
medicamentos, apesar da pouca estabilidade termodinâmica [ZORZI, 2017]. As 
nanopartículas contêm polímeros, lipídios ou combinação de ambos, o material 
genético pode ficar encapsulado em seu interior ou adsorvido na sua superfície, 
representado por meio da figura 5. [ZORZI, 2017]. 
 
 
13Figura 5. Principais sistemas de base nanotecnologia empregados na terapia 
genética ocular. (ZORZI, 2017) 
 
5. Conclusão 
Por meio da análise dos artigos mencionados, pode-se concluir que o uso da 
nanotecnologia aplicada ao transporte intracelular de material genético para fins 
terapêuticos resultou em avanços significativos na medicina como conhecemos. A 
terapia genética foi desenvolvida com o objetivo de aprimoramento genético, em que 
os genes são alterados a fim de tratar alguma questão ligada ao código genético, 
como por exemplo, o tratamento de doenças como anemia falciforme e até mesmo 
doenças adquiridas, como por exemplo o câncer. 
Para atingir o objetivo desejado, a técnica mais adotada é a do DNA 
recombinante, onde o chamado gene alvo é inserido em um vetor, que irá penetrar na 
célula e liberar o gene. Para tal, podemos utilizar como foi elucidado em nessa 
pesquisa, a terapia genica de linhagem germinativa, que está relacionada com a 
alteração dos gametas e a terapia gênica de células somáticas. 
Nessa pesquisa também foi relatado dois processos de terapia importantes. 
O primeiro deles é o de liberação de gene, que tem por objetivo alterar um gene 
causador de doença. Outro processo é o tronco-hematopoiéticas, que combina a 
utilização de células tronco, amplamente estudadas atualmente devido sua 
importância médica, e terapia gênica. O último processo de importância abordado foi 
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a terapia com célula T do receptor de antígeno quimérico, que é uma imunoterapia 
baseada na alteração dos linfócitos de classe T para que eles ataquem tumores. 
Por fim, a importância da nanotecnologia para via ocular também ficou bem 
clara, uma vez que pode ser observado que representam diversas vantagens para 
essa via que tem tantas particularidades e é tão delicada. A nanotecnologia possibilita 
que a via ocular seja utilizada sem causar irritações e, ainda sim, permitindo uma 
biodisponibilidade boa de fármaco, sem comprometer a via. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
Misra S. Human gene therapy: a brief overview of the genetic revolution. J Assoc 
Physicians India. 2013;61(2):127-33. Review. 
 
Tebas P, Stein D, Tang WW, Frank I, Wang SQ, Lee G, et al. Gene editing of CCR5 
in autologous CD4 T cells of persons infected with HIV. N Engl J Med. 
2014;370(10):901-10. 
 
Ginter EK. [Gene therapy of hereditary diseases]. Vopr Med Khim. 2000; 46(3):265-
78. Review. Russian. 
Mathews QL, Curiel DT. Gene therapy: human germline genetics modifications 
assessing the scientific, socioethical, and religious issues. South Med J. 2007; 
100(1):98-100. 
 
Gardlík R, Pálffy R, Hodosy J, Lukács J, Turna J, Celec P. Vectors and delivery 
systems in gene therapy. Med Sci Monit. 2005;11(4):RA110-21. Review. 
 
Kay MA. State-of-the-art gene-based therapies: the road ahead. Nat Ver Genet. 
2011;12(5):316-28. Review. 
 
Eshhar Z, Waks T, Gross G, Schindler DG. Specific activation and targeting of 
cytotoxic lymphocytes through chimeric single chains consisting of antibodybinding 
domains and the gamma or zeta subunits of the immunoglobulin and T-cell receptors. 
Proc Natl Acad Sci U S A. 1993;90(2):720-4. 
 
Callaway E. Second Chinese team reports gene editing in human embryos. Nature. 
2016; 08 April 2016. doi:10.1038/nature.2016.19718. 
 
Zorzi G. K. et. Al. BIOMATERIAIS PARA FORMULAÇÕES DE BASE 
NANOTECNOLÓGICA VISANDO TERAPIA GENÉTICA OCULAR. Quim. Nova, Vol. 
40, No. 1, 74-84, 2017 
 
 
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RELATÓRIO COPYSPIDER