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Profa. Dra. Marilia Patrão
UNIDADE II
Biomedicina Integrada
 A disciplina aborda técnicas laboratoriais inovadoras e atuais utilizadas na pesquisa 
científica, no diagnóstico e no tratamento de doenças.
 O objetivo da disciplina é formar profissionais atualizados quanto às novas tecnologias 
utilizadas nas ciências da saúde.
Objetivos da disciplina
 Revisar as novas técnicas laboratoriais utilizadas no 
campo da Biologia Molecular, da Microbiologia, da 
Imunologia, da Farmacologia e da Hematologia;
 Promover a avaliação crítica das vantagens e 
desvantagens de cada técnica;
 Promover revisão e aprofundamento de conteúdos 
trabalhados durante o curso de Biomedicina;
 Incentivar a atualização contínua acerca dos 
principais temas de relevância na atualidade.
Unidade I
 Maldi-Tof-MS
 Novas tecnologias em Hematologia e Hemoterapia
 Microarranjos de DNA (Microarrays)
 O sistema Crispr-Cas9
Unidade II
 Ciências ômicas: Exoma e Metaboloma
 Microbioma
 Nanobiotecnologia
 Imunoterapia contra o câncer
Conteúdo programático
Unidade II
 Ciências Ômicas: Exoma e Metaboloma
 Microbioma
 Nanobiotecnologia
 Imunoterapia contra o câncer
Conteúdo programático
 Ciências ômicas: identificação e quantificação do conjunto de moléculas biológicas (DNA, 
RNA, proteínas ou produtos do metabolismo) de um organismo. 
Ciências Ômicas: Exoma e Metaboloma
Fonte: adaptado de: 
https://commons.wikimedia.org/wik
i/File:Omics-en.svg 
Genômica
Transcriptômica
Exômica
Proteômica
Metabolômica
DNA
RNA
Proteínas
Bioquímica
Fenótipo
 Conjunto completo dos éxons que integram o genoma de um indivíduo, determinado a partir 
do sequenciamento de seus nucleotídeos.
 Éxons: regiões codificadoras dos genes.
Exoma
Fonte: adaptado de: 
https://www.britannica.com/s
cience/gene 
RNA
mRNA
splicing
tradução
modificações 
pós-traducionais
transcrição
cadeia de 
aminoácidos
proteína
promotor
gene (DNA)
exon
intron
exon
intron intron
exon exon
 Cariótipo: identifica alterações cromossômicas extensas;
 Microarranjos de DNA: identifica inserções e deleções de pequenos trechos de DNA;
 Exoma: identifica mutações de um único nucleotídeo.
Exoma
Fonte: adaptado de: https://commons.wikimedia.org/ wiki/File:DNA_sequence.svg
G A T A A A T C T G GT C T T A T T T C C
120 130
 Doenças multigênicas  diagnóstico;
 Câncer  aspectos moleculares envolvidos 
na patogênese e na resposta a fármacos; 
 Casais consanguíneos  investigação de 
risco genético;
 Identificação de doenças genéticas 
cuja hipótese diagnóstica não está clara;
 Identificação de doenças cujos 
resultados de outros exames 
foram inconclusivos.
Exoma: principais aplicações
Fonte: adaptado de: 
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:E
xomePeak_peak_calling.tiff 
ip_1.tdf
ip_2.tdf
ip_3.tdf
ip_4.tdf
input_1.tdf
input_2.tdf
input_3.tdf
macs2_peak.bed
peak.bed
RefSeq Genes
KLHL21
[0 – 10.00]
[0 – 10.00]
[0 – 10.00]
[0 – 10.00]
[0 – 10.00]
[0 – 10.00]
[0 – 10.00]
 Não determina se os éxons alterados por 
mutações serão ou não incorporados ao mRNA 
pelo mecanismo de splicing alternativo.
 Para isso, realizar transcriptoma.
Exoma: principais limitações
Fonte: autoria própria.
1
2
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10
Transcritos
Gene 1 2 3 4 5 6 7
 Conjunto de todas as pequenas moléculas, oriundas do metabolismo, presentes em 
um organismo. 
 Metabolômica  permite a determinação do perfil metabólico do indivíduo. 
Metaboloma
Fonte: adaptado de: https://doi.org/10.3390/jof5010004 
enzima + substrato
complexo enzima-substrato
Energia necessária para que a 
conversão do substrato em produto 
ocorra na ausência da enzima
Energia necessária para que a conversão do 
substrato em produto ocorra na presença da enzima
enzima + produto
E
n
e
rg
ia
Tempo
Metaboloma: métodos de estudo
Fonte: adaptado de: https://doi.org/10.21577/0100-4042.20170134 
 Metabolômica alvo 
moléculas alvo de uma via 
metabólica em particular; 
 Metabolômica global 
perfil total dos metabólitos.
METABOLÔMICA ALVO (TARGETTED METABOLOMICS)
METABOLÔMICA GLOBAL (UNTARGETED METABOLOMICS)
Seleção de 
metabólicos
Coleta e preparo 
de amostra
Análise 
instrumental
Processamento 
dos dados
Análise 
estatística
Interpretação 
biológica
Coleta e preparo 
de amostra
Análise 
instrumental
Processamento 
dos dados
Análise 
estatística
Identificação 
dos metabólitos
Interpretação 
biológica
 Análises ambientais: resposta dos organismos (plantas e animais) a poluentes;
 Análises clínicas: metaboloma de diferentes tipos de câncer e biomarcadores de doenças;
 Fisiologia do esporte: metabolismo durante o exercício físico e alterações metabólicas 
decorrentes do doping;
 Nutrição: relação entre dieta, estilo de vida e metabolismo;
 Microbiologia e parasitologia: metabolismo de bactérias, 
fungos, protozoários e helmintos;
 Toxicologia: uso de drogas e mecanismos de dependência.
Metaboloma: principais aplicações
As ciências ômicas permitem a avaliação integrada do funcionamento do organismo. Elas 
englobam o genoma, o exoma, o transcriptoma, o proteoma e o metaboloma. Com relação ao 
exoma, assinale a alternativa correta.
a) Refere-se ao sequenciamento de todo o DNA presente no núcleo das células.
b) Determina a presença de mutações exclusivamente nas regiões codificadoras dos genes.
c) Possibilita a avaliação do conjunto de mRNAs presentes em um organismo.
d) É realizado a partir das técnicas de cromatografia e de espectrometria de massas.
e) Identifica os produtos das reações enzimáticas que acontecem no nosso organismo.
Interatividade
As ciências ômicas permitem a avaliação integrada do funcionamento do organismo. Elas 
englobam o genoma, o exoma, o transcriptoma, o proteoma e o metaboloma. Com relação ao 
exoma, assinale a alternativa correta.
a) Refere-se ao sequenciamento de todo o DNA presente no núcleo das células.
b) Determina a presença de mutações exclusivamente nas regiões codificadoras dos genes.
c) Possibilita a avaliação do conjunto de mRNAs presentes em um organismo.
d) É realizado a partir das técnicas de cromatografia e de espectrometria de massas.
e) Identifica os produtos das reações enzimáticas que acontecem no nosso organismo.
Resposta
Unidade II
 Ciências ômicas: Exoma e Metaboloma
 Microbioma
 Nanobiotecnologia
 Imunoterapia contra o câncer
Conteúdo programático
 Conjunto de todos os genes presentes em determinada microbiota.
 Microbiota humana: bactérias (principais), fungos, árqueas, vírus e protozoários. 
 Eubiose: microbiota em equilíbrio com o hospedeiro;
 Disbiose: desequilíbrio.
Microbioma
Fonte: https://doi.org/10.7875/togopic.2020.154, CC BY 4.0, 
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=89430513
Mais estudada: 
microbiota intestinal
 Proteção contra microrganismos patogênicos;
 Maturação do sistema imunológico (tolerância imunológica e tecido linfoide associado 
ao intestino);
 Fortalecimento das mucosas intestinais (estímulo da produção de muco protetor e de 
moléculas antibacterianas);
 Metabolismo dos nutrientes que não podem ser digeridos (fibras alimentares);
 Produção de moléculas importantes para a saúde (ácidos graxos de cadeia curta);
 Participação no eixo microbiota-intestino-cérebro;
 Produção de vitaminas (B e K);
 Participação no metabolismo de primeira passagem.
Principais funções da microbiota intestinal
 Filos Proteobacterias, Actinobacterias, Bacteroidetes e Firmicutes.
 Bacteroidetes  predominam no intestino de vegetarianos e veganos.
 Combustível energético: glicanas e oligossacarídeos 
presentes em frutas e legumes;
 Produção de ácidos graxos de cadeia curta (acetato, 
propionato, butirato etc.).
 Firmicutes  predominam no intestino de consumidores de 
gorduras de animais.
 Ácidos biliares diminuem população de bacteroidetes;
 Microbiota de carnívoros: menos diversa.
Principais bactériaspresentes na microbiota humana
Bacteroidetes também costumam predominar 
no intestino de indivíduos magros.
Fonte: http://www.fiocruz.br/
 Modulação do sistema imunológico;
 Inibição da proliferação de bactérias patogênicas (acetato e lactato);
 Secreção de muco pelos enterócitos (butirato);
 Síntese das proteínas que participam das junções estreitas ou tight junctions (butirato);
 Redução do estresse oxidativo (butirato); 
 Diminuição do pH do intestino;
 Aceleração do peristaltismo.
Ácidos graxos de cadeia curta: funções
Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Butyrate.svg
Alterações na microbiota intestinal podem estar relacionadas ao desenvolvimento de:
 Doenças intestinais;
 Alergias;
 Diabetes tipo II;
 Câncer;
 Transtornos do sistema nervoso central.
A disbiose e o desenvolvimento de doenças
Fonte: https://www.activepharmaceutica.com.br/blog/conheca-a-relacao-entre-
microbiota-intestinal-envelhecimento-e-suplementacao-com-probioticos 
Eixo intestino-cérebro
Fonte: https://www.thieme-
connect.com/products/ejournals/pdf/
10.1055/s-0040-1705652.pdf
Estratégias para a correção da microbiota
Fonte: 
https://taubate.sp.gov.br/noticias/prebioti
cos-reforcam-imunidade-do-intestino/
Fonte: 
https://commons.wikimedia.org/wi
ki/File:Kefir-grains-90grams.jpg
Fonte: 
http://genewei.com/br/produt
o/butirato-600-mg-250-caps/
Prebióticos Probióticos
Posbióticos
Estratégias para a correção da microbiota
Transplante de material fecal
Fonte: adaptado de: https://www.microbiologia.ufrj.br/portal/index.php/pt/destaques/novidades-
sobre-a-micro/299-transplante-fecal-restaurando-nosso-ecossistema-interno 
Uma saúde em simbiose. 
O trato digestivo humano é 
um complexo ecossistema 
formado por bilhões de 
bactérias que auxiliam na 
digestão.
Morte indiscriminada.
Antibióticos matam 
bactérias capazes de 
causar infecção e a 
microbiota ‘nativa’.
Os esporos do C. difficile
resistem e assumem o 
cólon, causando danos e 
diarreia
Uma nova população 
se estabiliza no cólon e 
recoloniza o cólon.
Transplante fecal. 
Introdução da 
comunidade bacteriana 
de um doador restaura o 
balanço do ecossistema
Uma nova população se 
estabiliza no cólon e 
recoloniza o cólon.
Tubo 
nasogástrico
Antibiótico
1
2
3
4
5
Sistema em colapso
Métodos de estudo do microbioma humano
Fonte: adaptado de: https://doi.org/10.1177/0706743719874168 
 Metagenoma
 Metatranscriptoma
 Metaproteoma
 Metaboloma
Amostra de fezes Extração do 
DNA/RNA
Sequenciamento do 
DNA genômico
Interpretação dos 
resultados
Identificação das 
espécies de bactérias e 
análises funcionais
Análise do rRNA 16S Interpretação dos 
resultados
Identificação das 
espécies de bactérias
A microbiota intestinal pode modular o funcionamento de todo o organismo por diferentes 
mecanismos, que incluem a produção de ácidos graxos de cadeia curta, como o butirato, o 
propionato e o acetato, por exemplo. São ações mediadas pelos ácidos graxos de cadeia 
curta, exceto:
a) A modulação do sistema imunológico.
b) A inibição da proliferação de bactérias patogênicas.
c) A redução do estresse oxidativo celular.
d) O aumento do pH do intestino.
e) A aceleração do peristaltismo.
Interatividade
A microbiota intestinal pode modular o funcionamento de todo o organismo por diferentes 
mecanismos, que incluem a produção de ácidos graxos de cadeia curta, como o butirato, o 
propionato e o acetato, por exemplo. São ações mediadas pelos ácidos graxos de cadeia 
curta, exceto:
a) A modulação do sistema imunológico.
b) A inibição da proliferação de bactérias patogênicas.
c) A redução do estresse oxidativo celular.
d) O aumento do pH do intestino.
e) A aceleração do peristaltismo.
Resposta
Unidade II
 Ciências ômicas: Exoma e Metaboloma
 Microbioma
 Nanobiotecnologia
 Imunoterapia contra o câncer
Conteúdo programático
Nanobiotecnologia
 Nanomateriais  dimensões na ordem do nanômetro (geralmente entre 1 e 100 nm). 
 Diversos usos na área da saúde e do meio ambiente.
 Nanoenzimas;
 Nanofármacos;
 Pesticidas encapsulados em nanopartículas;
 Filtros nanoestruturados;
 Sensores nanométricos;
 Nanobolhas;
 Nanocosméticos.
Processos de produção de nanomateriais
Fonte: https://doi.org/10.21577/1984-
6835.20200010
Tipos de nanomateriais
Fonte: https://doi.org/10.1590/S0100-40422007000600016
Fonte: adaptado de: https://doi.org/10.3390/bios9020078
 Nanopartículas de prata
 Nanotubos de carbono
(a) (b)
(A) (B)
20 nm
(C) (D)
(H)(G)(F)(E)
100 nm 100 nm 500 nm
200 nm100 nm100 nm50 nm
Tipos de nanomateriais
Fonte: adaptado de: 
https://revistafitos.far.fiocruz.br/index.php/revista-
fitos/article/view/1060/748 
Fonte: adaptado de: 
https://doi.org/10.1590/S0100-
40422004000500020 
 Nanoemulsões
 Nanocompósitos
Fase aquosa 
dispersa 
(primária)
óleo
Fase aquosa dispersante (secundária)
I II III
Nanopartículas Polímero
PI
(Precursores 
Inorgânicos)
+
+
+
(Monómeros)
M
Nanocompósito
 Filtros solares com nanopartículas (óxido de zinco, hera);
 Cremes que contêm proteínas encapsuladas em lipossomos (fundem-se à membrana das 
células da pele);
 Loções que contêm nutrientes encapsulados em nanopartículas suspensas em 
uma nanoemulsão;
 Loções com etossomas (carreiam nutrientes que promovem o crescimento capilar).
Nanocosmetologia
Fonte: adaptado de: http://www.petquimica.ufc.br/a-importancia-da-
nanotecnologia-na-industria-de-produtos-cosmeticos/ 
Cosmético convencional Cosmético com nanotecnologia
Epiderme
Derme
Nanofármacos
 Sistemas terapêuticos nanoestruturados que visam a aumentar o alcance terapêutico e a 
eficácia dos princípios ativos contra diferentes patologias  direcionamento celular e 
liberação controlada.
 Aumento da biodisponibilidade;
 Maior tempo de meia-vida plasmática;
 Redução das doses e/ou aumento do 
intervalo entre doses;
 Redução dos efeitos adversos.
Fonte: https://www.researchgate.net/figure/Figura-1-Caracteristicas-
estruturais-dos-alguns-tipos-de-lipossomas-convencionais_fig1_343280085
 Estudo dos efeitos tóxicos das nanopartículas sobre a saúde humana e sobre o 
meio ambiente.
 Materiais em escala nanométrica atingem mais facilmente os pulmões.
Efeitos sobre o meio ambiente?
 Exemplo: nanopartículas de prata.
Nanotoxicologia
 Animais: alergias, morte de hepatócitos, morte 
de neurônios.
 Meio ambiente: inibição da germinação das sementes e 
do crescimento das plantas e bioacumulação ao longo 
da cadeia alimentar.
 Ocupacional: absorção pela pele e por via oral 
(alteração da microbiota).
Os nanofármacos são sistemas terapêuticos nanoestruturados que visam a aumentar o 
alcance terapêutico e a eficácia dos princípios ativos contra diferentes patologias. Com relação 
às características dos nanofármacos, assinale a alternativa correta.
a) Devido às suas dimensões reduzidas, observa-se aumento da biodisponibilidade quando 
comparados aos fármacos tradicionais.
b) Apresentam menor tempo de meia-vida plasmática, o que é vantajoso do ponto de 
vista terapêutico.
c) O tamanho reduzido dos sistemas nanoestruturados resulta 
na necessidade de se diminuir o intervalo entre as doses.
d) Embora sejam mais eficazes, observa-se, com frequência, 
aumento significativo dos efeitos adversos.
e) Não permitem a liberação controlada do princípio ativo.
Interatividade
Os nanofármacos são sistemas terapêuticos nanoestruturados que visam a aumentar o 
alcance terapêutico e a eficácia dos princípios ativos contra diferentes patologias. Com relação 
às características dos nanofármacos, assinale a alternativa correta.
a) Devido às suas dimensões reduzidas, observa-se aumento da biodisponibilidade quando 
comparados aos fármacos tradicionais.
b) Apresentam menor tempo de meia-vida plasmática, o que é vantajoso do ponto de 
vista terapêutico.
c) O tamanho reduzido dos sistemas nanoestruturados resulta 
na necessidadede se diminuir o intervalo entre as doses.
d) Embora sejam mais eficazes, observa-se, com frequência, 
aumento significativo dos efeitos adversos.
e) Não permitem a liberação controlada do princípio ativo.
Resposta
Unidade II
 Ciências ômicas: Exoma e Metaboloma
 Microbioma
 Nanobiotecnologia
 Imunoterapia contra o câncer
Conteúdo programático
 Medicamentos capazes de modular o sistema imunológico para que ele combata diferentes 
tipos de neoplasias.
 Alternativa à quimioterapia tradicional.
 Tumores são combatidos com maior facilidade e com menos efeitos adversos.
Imunoterapia contra o câncer
Fonte: https://imeb.com.br/imunoterapia-contra-o-cancer-uma-
nova-fronteira-mas-de-custo-alto/ 
 Principais células envolvidas: Natural Killer (imunidade inata) e linfócitos T CD8+ 
(imunidade adaptativa). 
 Ação de perforinas e granzimas.
 Apresentação de antígenos via MCH I
 Evasão tumoral  anergia.
Resposta imune contra tumores
Fonte: adaptado de: https://rbc.inca.gov.br/site/arquivos/n_54/v01/pdf/revisao_4_pag_63a78.pdf 
Linfócito T citotóxico CD8+ Célula NK (Natural Killer)
CD8
Receptor de célula T
MHC I + peptídeos
Receptor 
KIR
Receptor 
NKG2D
Sem expressão de MHC I
Proteínas induzidas 
por estresse
Célula-alvo da resposta inataCélula-alvo da resposta adaptativa
Atuação nos pontos de checagem (checkpoints)
 Células tumorais podem expressar CTLA-4 
e/ou PD-1.
Resposta imune contra tumores
Fonte: adaptado de: https://doi.org/10.1016/j.it.2014.12.001. 
CD28 CTLA-4
TCR
CTLA-4 CD28
Tconv
CD86 MHC CD80
APC
Terapias baseadas em anticorpos:
 Reconhecem receptores presentes nas células imunológicas  impedem sua interação com 
inibidores, o que resulta na destruição dos tumores. 
 Marcam os antígenos presentes nas células neoplásicas, para que os processos de divisão, 
crescimento e espalhamento do tumor sejam interrompidos.
Principais fármacos usados na imunoterapia contra o câncer
 Rituximabe.
 Brentuximabe.
 Herceptin.
 Anticorpos anti-CD137.
 Anticorpos que inibem os pontos de checagem (PD-1 
e CTLA-4).
Citocinas:
 Pequenas proteínas naturalmente produzidas e secretadas por diversas células do 
sistema imunológico. 
 Função: promover a comunicação entre diferentes células durante o estabelecimento 
da resposta imune.
Principais fármacos usados na imunoterapia contra o câncer
 Interferon-alfa (IFN-α)  aumenta a resposta imune 
contra os tumores (alguns tipos de leucemias e linfomas, 
câncer de rim, melanomas e sarcoma de Kaposi).
 Interleucina-2 (IL-2)  promove a expansão clonal de 
todas as linhagens de linfócitos T (câncer de rim e do 
melanoma metastáticos). 
 IL-7, IL-12 e IL-21  em fase de estudos. 
Vacinas contra o câncer:
 Vacinas contra o HPV e a hepatite B  impedem a infecção por vírus 
potencialmente neoplásicos. 
 Provenge (Sipuleucel-T)  aumenta a sobrevida dos pacientes com tumores de próstata que 
não respondem mais ao tratamento convencional. 
Principais fármacos usados na imunoterapia contra o câncer
 Isolamento dos leucócitos do paciente.
 Transformação in vitro em células dendríticas. 
 Exposição das células são expostas à fosfatase ácida 
prostática  estabelecimento de resposta 
imune específica. 
Terapia com células CAR-T:
 Contorna a necessidade do 
reconhecimento do complexo MHC I.
 Reengenharia de linfócitos T CD8+ 
do paciente. 
Principais fármacos usados na imunoterapia contra o câncer
Fonte: adaptado de: https://www.cancer.gov/publications/dictionaries/cancer-terms/def/car-t-cell-
therapy 
Obtenção das células T 
do paciente
Células CAR-T se ligam às células 
cancerosas, matando-as
Infusão das células 
CAR-T no paciente
Crescimento das 
células CAR-T
Terapia com células 
CAR-T
Inserção do CAR nas células T 
do paciente em laboratório
Célula CAR-T
Antígenos
Receptor de antígeno 
quimérico (CAR)
Vírus oncolíticos:
 Partículas virais capazes de penetrar nas células tumorais e provocar sua lise. 
 T-VEC  vírus herpes simplex 1 geneticamente modificado para expressar GM-CSF 
(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor), uma citocina que promove a 
quimioatração de células do sistema imunológico. 
 Pexa-Vec (contra o carcinoma hepatocelular), o CG0070 (contra o câncer de bexiga) e G47Δ 
(contra o glioblastoma e o câncer prostático).
 Desvantagem: desencadeiam respostas imunes antivirais e, 
portanto, não podem ser utilizados a longo prazo, depois da 
sensibilização do sistema imunológico.
Principais fármacos usados na imunoterapia contra o câncer
A imunoterapia contra o câncer reúne uma série de estratégias para modular o sistema imune, 
de modo a direcioná-lo ao combate às células neoplásicas.
São estratégias da imunoterapia contra o câncer, exceto:
a) O estímulo da ligação do CTLA-4 de tumores aos linfócitos 
T.
b) O estímulo para a expansão clonal dos linfócitos T mediado 
pela IL-2.
c) O uso de vírus que promovem a lise das células tumorais.
d) As células CAR-T, criadas a partir da reengenharia dos 
linfócitos T CD8+ do paciente.
e) As vacinas contra o câncer.
Interatividade
A imunoterapia contra o câncer reúne uma série de estratégias para modular o sistema imune, 
de modo a direcioná-lo ao combate às células neoplásicas.
São estratégias da imunoterapia contra o câncer, exceto:
a) O estímulo da ligação do CTLA-4 de tumores aos linfócitos 
T.
b) O estímulo para a expansão clonal dos linfócitos T mediado 
pela IL-2.
c) O uso de vírus que promovem a lise das células tumorais.
d) As células CAR-T, criadas a partir da reengenharia dos 
linfócitos T CD8+ do paciente.
e) As vacinas contra o câncer.
Resposta
ATÉ A PRÓXIMA!