bioprocessos_producao_de_vacinas_remedios_e_cosmeticos

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Brasília-DF. 
Bioprocessos: produção de 
Vacinas, remédios e cosméticos
Elaboração
Thatyane Morimoto Nobre-Pavinatto
Produção
Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração
Sumário
APrESEntAção ................................................................................................................................. 4
orgAnizAção do CAdErno dE EStudoS E PESquiSA .................................................................... 5
introdução.................................................................................................................................... 7
unidAdE i
Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos ............................... 9
CAPítulo 1
desenvolvimenTo de vacinas .............................................................................................. 9
CAPítulo 2
produção de medicamenTos ........................................................................................... 20
CAPítulo 3
desenvolvimenTo de novos cosméTicos ........................................................................ 29
unidAdE ii
aplicações de nanomaTeriais em Biologia e medicina ............................................................... 33
CAPítulo 4
nanoTecnologia e nanoesTruTuras ................................................................................ 33
CAPítulo 5
nanoTecnologia na produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos ............... 44
PArA (não) finAlizAr ..................................................................................................................... 54
rEfErênCiAS ................................................................................................................................. 55
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Apresentação
Caro aluno
A proposta editorial deste Caderno de Estudos e Pesquisa reúne elementos que se entendem 
necessários para o desenvolvimento do estudo com segurança e qualidade. Caracteriza-se pela 
atualidade, dinâmica e pertinência de seu conteúdo, bem como pela interatividade e modernidade 
de sua estrutura formal, adequadas à metodologia da Educação a Distância – EaD.
Pretende-se, com este material, levá-lo à reflexão e à compreensão da pluralidade dos conhecimentos 
a serem oferecidos, possibilitando-lhe ampliar conceitos específicos da área e atuar de forma 
competente e conscienciosa, como convém ao profissional que busca a formação continuada para 
vencer os desafios que a evolução científico-tecnológica impõe ao mundo contemporâneo.
Elaborou-se a presente publicação com a intenção de torná-la subsídio valioso, de modo a facilitar 
sua caminhada na trajetória a ser percorrida tanto na vida pessoal quanto na profissional. Utilize-a 
como instrumento para seu sucesso na carreira.
Conselho Editorial
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organização do Caderno 
de Estudos e Pesquisa
Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em unidades, subdivididas em capítulos, de 
forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos básicos, com questões 
para reflexão, entre outros recursos editoriais que visam a tornar sua leitura mais agradável. Ao 
final, serão indicadas, também, fontes de consulta, para aprofundar os estudos com leituras e 
pesquisas complementares.
A seguir, uma breve descrição dos ícones utilizados na organização dos Cadernos de Estudos 
e Pesquisa.
Provocação
Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes 
mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor 
conteudista.
Para refletir
Questões inseridas no decorrer do estudo a fim de que o aluno faça uma pausa e reflita 
sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. É importante 
que ele verifique seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. As 
reflexões são o ponto de partida para a construção de suas conclusões.
Sugestão de estudo complementar
Sugestões de leituras adicionais, filmes e sites para aprofundamento do estudo, 
discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso.
Praticando
Sugestão de atividades, no decorrer das leituras, com o objetivo didático de fortalecer 
o processo de aprendizagem do aluno.
Atenção
Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a 
síntese/conclusão do assunto abordado.
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Saiba mais
Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/conclusões 
sobre o assunto abordado.
Sintetizando
Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o 
entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos.
Exercício de fixação
Atividades que buscam reforçar a assimilação e fixação dos períodos que o autor/
conteudista achar mais relevante em relação a aprendizagem de seu módulo (não 
há registro de menção).
Avaliação Final
Questionário com 10 questões objetivas, baseadas nos objetivos do curso, 
que visam verificar a aprendizagem do curso (há registro de menção). É a única 
atividade do curso que vale nota, ou seja, é a atividade que o aluno fará para saber 
se pode ou não receber a certificação.
Para (não) finalizar
Texto integrador, ao final do módulo, que motiva o aluno a continuar a aprendizagem 
ou estimula ponderações complementares sobre o módulo estudado.
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introdução
O Caderno de Estudos e Pesquisa “Bioprocessos: Produção de vacinas, remédios e cosméticos” foi 
elaborado com o objetivo de proporcionar a você alguns conhecimentos básicos e aplicados nesta 
emergente área da tecnologia.
Nesta disciplina, o foco do nosso estudo será compreender sistemas para a produção de vacinas, 
medicamentos e cosméticos. Além disso, conceitos sobre nanotecnologia serão abordados, visto 
que esta é uma área nova, mas já empregada nos processos de formulação de vacinas, fármacos e 
cosméticos. Para isso, inicialmente você irá se familiarizar com esta nova escala. Posteriormente, os 
processos de manipular átomos e moléculas serão apresentados, para que você compreenda como 
eles são capazes de se organizar em diversos tipos de nanoestruturas.
Sendo assim, a disciplina visa ilustrar ao aluno tudo o que há de mais recente no campo de tecnologia 
aplicada principalmente a Medicina, de modo que você poderá utilizar todo o seu conhecimento 
adquirido nas disciplinas anteriores nesta área multidisciplinar.
objetivos
 » Familiarizar o aluno com os conceitos de vacinas, fármacos e cosméticos. 
 » Discutir as matérias-primas e processos para obtenção de vacinas, fármacos e 
cosméticos.
 » Apresentar como são desenvolvidos vacinas e fármacos desde o laboratório até a 
indústria.
 » Identificar algumas nanoestruturas com importância biológica.
 » Selecionar algumas das aplicações da nanobiotecnologia mais relevantes e 
compreender seu funcionamento.
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unidAdE i
tECnologiAS 
PArA A Produção 
dE vACinAS, 
mEdiCAmEntoS E 
CoSmétiCoS
CAPítulo 1
desenvolvimento de vacinas
Uma vacina consiste de uma forma de “preparar” biologicamente um organismo de modo a 
aumentar a sua imunidade contra uma doença em particular. Este preparo ocorre, geralmente, pela 
introdução de uma substância, que pode ser uma proteína ou uma toxina, bem como uma bactéria 
ou vírus, inteiros ou apenas fragmentos destes, em concentrações consideradas subletais em um 
organismo. Uma vez aplicados em um indivíduo, esses agentes não tem condições de provocar a 
doença, mas são capazes de estimular o sistema imunológico a produzir anticorpos, tornando-o 
imune ou mais resistente ao agente causador e a doença por ele provocada. As vacinas induzem o 
sistema imunológico a produzir anticorpos específicos contra um determinado microrganismo, e 
para cada doença é necessário o desenvolvimento de uma vacina diferente. 
As vacinas literalmente alteraram o cenário da Medicina no século XX. De acordo com o Hospital 
Infantil da Philadelphia, nos Estados Unidos, antes das vacinas, pais americanos podiam esperar, 
todo ano, que:
 » A poliomielite paralisaria 10.000 crianças.
 » A rubéolacausaria o nascimento de mais de 20.000 bebês com defeitos físicos e 
retardo mental.
 » O sarampo infectaria aproximadamente 4 milhões de crianças, matando pelo menos 
500 delas.
 » A difteria seria uma das principais causas de morte em crianças com idade escolar. 
 » Uma bactéria chamada Haemophilus influenzae tipo b (Hib) causaria meningite 
em 15.000 crianças, deixando muitas com danos cerebrais permanentes. 
 » A coqueluche (tosse comprida) teria matado milhares de crianças.
Por este motivo, a administração correta das vacinas já existentes, bem como o desenvolvimento de 
novas vacinas para outras doenças, é tão importante.
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UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
Vamos entender em detalhes como ocorre o processo de imunização por meio da produção de uma 
vacina feita a partir de um vírus (Figura 1).
Figura 1. esquema da produção de uma vacina baseada em um vírus inativado.
I. Um vírus apresenta seu material genético revestido por uma cápsula proteica.
II. O material genético deste vírus é inativado, o que faz com que este vírus não possa 
se reproduzir nem causar doenças.
Vírus com material genético inativado
III. A vacina é feita então com este vírus inativado. Quando nosso organismo entra 
em contato com a cápsula viral (a), são produzidos anticropos (representados em 
vermelho) para eliminar este vírus do organismo (b).
 
IV. Cada corpo estranho, chamado de antígeno, pode induzir a produção de proteínas 
específicas, denominadas anticorpos. Estes anticorpos formados se multiplicam e 
permanecem no organismo. 
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Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade i
V. Assim, cada vez que o indivíduo entrar em contato novamente com o vírus, 
o organismo já terá a defesa adequada para eliminá-lo. Este processo de 
reconhecimento de um mesmo antígeno é chamado de memória celular.
Fonte: <www.butantan.gov.br/>
O exemplo acima cita a produção de uma vacina a partir de um vírus inativado. Vale ressaltar que 
vacinas também podem ser produzidas pelo vírus enfraquecido, ou parcialmente inativado. O vírus 
enfraquecido se reproduz muito pouco dentro do organismo. Para que você tenha uma ideia da 
diferença, um vírus se reproduz milhares de vezes durante um processo infeccioso, enquanto que o 
vírus enfraquecido, presente nas vacinas, se reproduz cerca de 20 vezes menos. Por este motivo, os 
vírus enfraquecidos não são capazes de causar a doença. Entretanto, eles se replicam o suficiente 
para induzir a produção das células de memória, que protegerão o indivíduo no futuro. 
A grande vantagem da utilização de um vírus enfraquecido, porém vivo, é a de que apenas uma ou 
duas doses desta vacina são suficientes para garantir imunidade para a vida toda do indivíduo. Já a 
grande desvantagem deste tipo de vacina é a de que não pode ser oferecida a pacientes com sistema 
imunológico enfraquecido, como por exemplo portadores de HIV ou pessoas acometidas por câncer. 
São exemplos de vacinas parcialmente enfraquecidas as vacinas contra sarampo, caxumba, rubéola 
e poliomielite aplicada via oral.
As vacinas em que o vírus é completamente inativado apresentam como vantagens a utilização em 
indivíduos com sistema imunológico debilitado e a impossibilidade de que a doença se manifeste 
mesmo de uma forma mais amena. Entretanto, muitas doses são necessárias para se chegar a uma 
eficácia da vacina.
Vacinas também podem ser produzidas a partir de bactérias. Geralmente parte destas bactérias 
ou ainda toxinas produzidas por estas são utilizadas na produção das vacinas. Um exemplo é a 
vacina contra pneumococos. Pneumococos é uma bactéria que causa diversos tipos de infecções, 
principalmente em crianças. Dentre estas infecções, a mais comum causada por esta bactéria é a 
pneumonia. Crianças com pneumonia desenvolvem febre alta, tosse e dificuldade de respirar. Na 
maioria das vezes a bactéria causa o acúmulo de pus dentro dos pulmões e entre os pulmões e a 
parede torácica (empiema). O paciente acometido por empiema pode ter seu pulmão comprimido e 
este pode chegar a colapsar. 
A vacina pneumocócica é produzida a partir de uma camada de açúcar que reveste as bactérias. Os 
anticorpos produzidos contra este polissacarídeo pneumocócico protegem o indivíduo sem ter que 
correr o risco de entrar em contato com a bactéria. Uma curiosidade desta vacina reside no fato 
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UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
de que existem 90 cepas diferentes de pneumococos patogênicos. Dentre estas 90 cepas, a vacina 
garante imunidade a 13 destas cepas, que são consideradas as mais potentes. Para tal, diferentes 
polissacarídeos (revestimento externo das bactérias) têm de ser combinados na vacina.
A maioria das vacinas é aplicada em uma ou duas doses, e a imunidade dura para 
toda a vida do indivíduo. Entretanto, todos os anos o governo brasileiro lança 
a campanha de vacinação contra a gripe, onde mesmo as pessoas que já foram 
vacinadas no ano anterior devem ser imunizadas novamente. Você saberia explicar 
essa aparente falta de eficácia da vacina contra a gripe?
As vacinas podem ser profiláticas, quando são aplicadas para prevenir ou amenizar os efeitos de 
uma futura infecção por qualquer patógeno, mas também podem ter caráter terapêutico. Nestes 
casos, a vacina é comumente chamada de soro, e apresentam o diferencial de já conter os anticorpos 
de que o organismo necessita contra determinada doença. Estes devem ser aplicados em casos onde 
o organismo da pessoa infectada não consegue produzir os anticorpos de que necessita, por não 
haver tempo hábil ou por se encontrar muito debilitada.
A preparação dos soros é feita de acordo com as seguintes etapas:
 » Extração do veneno; toxina ou microrganismo.
 » Liofilização deste, que consiste da sua desidratação e cristalização.
 » A aplicação dos antígenos em animais como coelhos, cabras e cavalos. Esses animais 
podem também receber venenos de aranhas, escorpiões e cobras peçonhentas, 
por exemplo, a baixas concentrações. Em todos esses casos, os animais passam a 
produzir os anticorpos.
 » Coleta-se parte do sangue do animal e, após a purificação e concentração do plasma 
sanguíneo do animal, os anticorpos são isolados e usados na produção de soros. Esse 
processo é denominado de sangria. Na sangria, o plasma sanguíneo que contém o 
anticorpo é utilizado na produção do soro. Já a parte sólida, que contém glóbulos 
brancos, vermelhos e também as plaquetas é devolvida ao animal, para minimizar 
os efeitos da sangria. Para se ter uma ideia, a quantidade de sangue retirada é de 
aproximadamente 2% do peso do animal . No caso do cavalo, podem ser retirados 
até 10 litros de sangue.
 » Finalmente, o plasma sanguíneo do animal pode ser utilizado como soro.
Existem, por exemplo, soros antirrábicos (usados contra a raiva), soros antitetânicos (combatem 
o tétano, doença causada por um tipo de bactéria) e soros antiofídicos (combatem o veneno de 
cobras), entre outros (Figura 2).
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Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade i
Figura 2. esquema do preparo de soros em equinos. 
Fonte: adaptado a partir de <http://www.butantan.gov.br>.
Existem soros preparados para evitar a rejeição de órgãos em transplantados. Como 
estes são produzidos?
Produção de vacinas
A produção de vacinas em grandes quantidades geralmente segue o mesmo procedimento:
Cultivo do microrganismo
Nesta etapa, o microrganismo contra o qual queremos produzir uma vacina é cultivado em 
larga escala. Geralmente, este cultivo é feito em equipamentos denominados fermentadores. Os 
fermentadores consistem de grandes tanques onde é possível controlar diversas condições, como 
temperatura e pressão. O meio de cultura, líquido que contem os nutrientes necessários para a 
proliferação dos microrganismos, é adicionado no fermentador junto com o microrganismo. É 
importante ressaltar que, em muitos casos, o antígeno é obtido por meio da injeçãodo vírus em 
questão em ovos de galinha que contêm um embrião vivo em pleno desenvolvimento. Os ovos são 
incubados para o vírus se multiplicar. O líquido que envolve o embrião serve de matéria-prima para 
a vacina. Depois de extraí-lo, fragmenta-se e inativa-se o vírus que está ali. Só então o imunizante 
fica pronto para ser distribuído. Cada ovo rende material para aproximadamente uma única dose, 
o que impossibilita a produção em grande escala, ou ainda, produção em casos de uma epidemia.
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UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
Figura 3. Fermentadores utilizados para o cultivo em larga escala dos microrganismos.
Fonte: <www.butantan.gov.br/>
Purificação/inativação
Após o cultivo, a massa de células é colhida e processada em diversas etapas. Uma delas é a inativação 
do vírus, realizado por agentes químicos ou físicos.
formulação e envase
A etapa de formulação consiste em adicionar outras substâncias para que a vacina fique com a 
composição e diluição final. Adjuvantes são substâncias adicionadas a vacinas para melhorar o seu 
desempenho, aumentando a resposta imune produzida pela vacina ou diminuindo a quantidade de 
vacina necessária, mantendo a mesma proteção do indivíduo. 
Tabela 1. alguns exemplos de adjuvantes comumente adicionados a vacinas. 
Tipo de adjuvante Forma de ação Exemplos
Sais inorgânicos Armazenamento e liberação gradual do antígeno. Hidróxido de alumínio, fosfato de alumínio, fosfato de cálcio.
Componentes de bactérias
Armazenamento e liberação gradual do antígeno, 
estimulação de macrófagos.
Adjuvante completo de Freund.
Estimulação de macrófagos e indução da liberação 
de citocinas.
LPS, BCG (linhagem atenuada de Micobacterion bovis).
Partículas lipídicas
Armazenamento e liberação gradual do antígeno. Adjuvante incompleto de Freund (emulsão de óleo em água).
Liberação do antígeno encapsulado no citosol, 
estimulando linfócitos T citotóxicos.
Lipossomos, virossomos, ISCOMs.
Citocrinas
Estímulo de células T citotóxicas ou de células 
dendríticas.
Interleucinas 1, 2 e 12; Interferon alfa e gama.
Fonte: modificado a partir de reisner (2008).
Em geral, existem dois mecanismos principais de atuação: sistemas de entrega do antígeno e 
adjuvantes imunoestimuladores. Sais inorgânicos, como o hidróxido de alumínio, promovem 
a precipitação e a deposição do antígeno no local da aplicação da vacina, de onde será liberado 
gradualmente. A liberação lenta do antígeno é também o princípio de ação das emulsões de água em 
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Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade i
óleo, como o adjuvante incompleto de Freund, que forma depósitos no tecido inoculado. Frações de 
origem bacteriana podem ser ótimos adjuvantes. 
Os lipopolissacarídeos bacterianos (LPS), imunoestimuladores, desencadeiam sinais que tornam 
as células apresentadoras de antígeno mais ativas. Esses compostos induzem ainda a produção 
de citocinas inflamatórias, e, consequentemente, a resposta imunológica local é de magnitude 
superior. O adjuvante completo de Freund contém, além do óleo mineral, microbactérias inativadas, 
cujos componentes da parede celular são capazes de aumentar a imunoestimulação. Vesículas 
artificialmente produzidas a partir de lipídeos, denominadas lipossomos, podem incorporar 
antígenos no seu interior ou superfície. Se os lipossomos forem envoltos por proteínas do envelope 
viral, serão capazes de mimetizar o envelope natural do vírus, sendo chamados de virossomos. 
Vacinas contra a influenza e vírus da hepatite A humana, baseadas em virossomos, já foram 
licenciadas em vários países europeus.
Algumas vacinas ainda apresentam baixas quantidades de antibióticos em sua formulação, 
adicionados para prevenir contaminações por bactérias durante o processo de preparação e, 
principalmente envase das vacinas. Entretanto, a adição de antibióticos é muito discutível, visto 
que este pode causar reações adversas ou sérias alergias, principalmente em recém nascidos. Além 
disso, vacinas também podem conter quantidades de gelatina, utilizadas para proteger os vírus de 
alterações ambientais como congelamento ou aquecimento.
Alguns outros compostos podem ser encontrados em vacinas, não adicionados como adjuvantes, mas 
estão presentes como resquícios ou subprodutos de algum processo ocorrido durante a produção de 
vacinas. Por exemplo, pequenas quantidades de formaldeído podem ser encontradas em algumas 
vacinas, visto que este composto orgânico é utilizado para inativar o vírus (como o da pólio e hepatite 
A), ou ainda toxinas de bactérias (como do tétano). Fragmentos de DNA, tecidos fetais e proteínas 
humanas também podem ser encontrados em pequenas quantidades em vacinas produzidas a partir 
de culturas de células humanas. Além disso, resíduos de leveduras e proteínas de ovo podem ser 
encontradas em vacinas contra hepatite B, influenza e febre amarela respectivamente, em função 
dos meios onde estes vírus são cultivados.
Já o envase da vacina consiste na distribuição das vacinas em ampolas ou frascos.
Você sabia que algumas vacinas são produzidas a partir do crescimento do vírus 
em cultura de células humanas? Os fibroblastos de embriões foram primeiramente 
obtidos a partir de duas gestações naturalmente interrompidas nos Estados Unidos, 
no início dos anos de 1960. Estas mesmas células embrionárias obtidas nesta época 
são continuamente cultivadas e utilizadas para a produção de vacinas, até hoje! 
Fibroblastos são células necessárias para manter a pele e o tecido conectivo unidos, e as razões que 
levaram cientistas a utilizá-las são: 
 » Vírus necessitam de células para crescer e tendem a crescer melhor em células 
humanas do que em células animais, pelo simples fato de que muitos deles infectam 
apenas humanos. 
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UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
 » Além disso, praticamente todas as células morrem após se dividirem uma certa 
quantidade de vezes. Este número é cientificamente conhecido por limite de Hayflick 
e, para a maioria das linhagens celulares, este número é de aproximadamente 50 
divisões. Já células fetais podem fazer muito mais divisões do que outras linhagens 
celulares antes de morrer.
Controle de qualidade
Durante o processo de desenvolvimento e produção, as vacinas devem ser submetidas a testes para 
assegurar a sua inocuidade e capacidade imunogênica. Dentre os testes realizados incluem-se os de 
esterilidade (para assegurar a ausência de contaminação bacteriana ou fúngica), inocuidade (para 
certificar que não causa efeitos indesejáveis), estabilidade (para verificar a estabilidade genética 
e fenotípica dos vírus atenuados; ou para atestar a estabilidade do antígeno, no caso de vacinas 
inativadas) e potência (capacidade imunogênica). A ocorrência de qualquer outro microrganismo na 
vacina, incluindo algum outro vírus que não o vírus ou cepa viral desejados, caracteriza a presença 
de um agente exógeno no produto. Agentes exógenos involuntariamente veiculados em vacinas 
podem acarretar efeitos deletérios nos indivíduos vacinados, cujo mais grave seria causar doença, 
ou ter efeito incerto se for um contaminante de patogenicidade pouco conhecida. A detecção de 
agentes exógenos em vacinas aumentou após a popularização do uso da PCR em testes de controle 
de qualidade. 
No controle de qualidade de vacinas, os testes de potência assumem uma importância especial, 
pois avaliam a capacidade da vacina de induzir uma resposta imunológica adequada. Em geral, 
animais de laboratório (cobaias, coelhos) são utilizados, desde que se avalie previamente a resposta 
imunológica dessas espécies e se compare esta com a resposta do hospedeiro natural. A capacidade 
imunogênica de uma vacina pode ser avaliada pela detecção e quantificação dos anticorpos 
produzidos em resposta à imunização.
desenvolvendo uma nova vacina
Antes de fazer uma vacina, pesquisadores devem gastar certo tempo isolando e estudando o vírus 
ou bactéria emquestão, para entender como este causa a doença. Então os pesquisadores devem 
estudar como proteger um indivíduo daquela determinada doença, respondendo perguntas do tipo: 
 » Qual a melhor quantidade de vírus para administrar? 
 » Será que apenas uma dose desta vacina seria suficiente? 
 » Será que doses adicionais protegeriam mais ainda este indivíduo? 
 » Quanto tempo durará esta imunização?
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Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade i
Existem três fases de estudos que necessitam ser realizadas com pessoas antes da vacina ser utilizada 
pela população em geral:
fase i
Os estudos em fase I são designados a responder duas perguntas: 
1. Esta vacina é segura?
2. Esta vacina induz uma resposta imunológica? 
Se a resposta para uma destas perguntas for não, a vacina não poderá ser levada a diante. Pessoas 
envolvidas nesta fase de estudos são geralmente adultos saudáveis com baixo risco de adquirir 
infecções. Em geral, estes estudos são realizados em menos de 100 indivíduos.
fase ii
Se a vacina passa pela Fase I dos estudos, uma Fase II mais ampla é iniciada. Esta Fase II é baseada 
em informações obtidas na Fase I de estudos. A Fase II é realizada com pessoas que certamente 
farão uso desta vacina. Geralmente, estes estudos são feitos com algumas centenas de participantes. 
Se for determinado que a vacina não é segura ou não induz uma resposta imune consistente, ela não 
será desenvolvida.
fase iii
Estudos em Fase III determinam de fato se a vacina funciona, e é realizada com milhares de pessoas, 
ao longo de alguns anos. Em muitos casos, mais de uma Fase III pode ser realizada. Em geral, estes 
estudos são feito ao longo de uma ampla área geográfica, para se ter certeza que funciona para 
pessoas com diferentes estilos de vida.
Se a vacina aparentar ser segura e for eficiente, todos os dados coletados ao longo das três fases do 
estudo são submetidos aos órgãos governamentais que regulamentam a implementação de vacinas 
e medicamentos. No Brasil, este órgão é o Ministério da Saúde e nos Estados Unidos é o U.S. Food 
and Drug Administration (FDA). São estes órgãos que verificarão se os estudos foram conduzidos de 
maneira correta e se os dados são consistentes. As pesquisas iniciais e fundamentais são geralmente 
realizadas em laboratórios de pesquisa acadêmica (universidades), as Fases I, III e III são realizadas 
e custeadas por indústrias farmacêuticas, visto o elevado custo destes estudos, que chega a centenas 
de milhões de dólares. 
Uma vez a vacina considerada eficaz e segura, ela ainda não está pronta para ser aplicada na 
população em geral. As informações são passadas a um grupo de pesquisadores e médicos que 
sugerirá como esta vacina deve ser administrada e quem deverá ser imunizado.
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UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
fase iv (após a aprovação da vacina)
Uma vez que a vacina for distribuída, estudos adicionais, chamados de Fase IV, ainda são realizados. 
Isso acontece pelo fato de que alguns efeitos colaterais mais raros podem não ter sido detectados na 
Fase III de estudos, em função do número de indivíduos envolvidos naquela fase. 
A importância da Fase IV de estudos foi comprovada em 1999, quando se descobriu que a recém 
lançada vacina de rotavírus apresentava como efeito colateral raro a intussuscepção intestinal, uma 
invaginação intestinal que requer cirurgia imediata, e pode causar a morte se não tratada. Uma vez 
confirmada a relação entre a vacina e a intussuscepção, a vacina foi descontinuada. Alguns anos 
depois, uma nova vacina mais segura contra rotavírus foi desenvolvida, e estudos de Fase III foram 
suficientes para assegurar que esta não causaria intussuscepção.
A pesquisa em laboratório – a vacina contra Hiv
Muitos são os estudos, estratégias e metodologias empregadas por pesquisadores no mundo inteiro 
para chegar a tão sonhada prevenção da AIDS. Dentre estes estudos, pesquisadores da Faculdade 
de Medicina da Universidade de São Paulo (USP) estão desenvolvendo uma vacina contra o HIV 
baseados em um plano só testado no Brasil. De aproximadamente 200 conceitos de imunizantes 
anti-HIV imaginados ao longo de 25 anos de luta contra a doença, o desenho da HIVBr18 é o único 
que mira “regiões conservadas” do vírus – trechos que não passam por mutações. 
Com a identificação desses alvos fixos, este imunizante pode chegar a ser mais eficaz do que os 
quase 30 que passam atualmente pelo crivo dos ensaios clínicos. O projeto precisa agora realizar 
experimentos com macacos-rhesus, pré-requisito para a necessária e custosa sequência de ensaios 
clínicos, realizados em humanos. Estes ensaios precisam apresentam resultados positivos para 
que alguma empresa farmacêutica se interesse em financiar as fases (I, II e III descritas acima) de 
ensaios clínicos, que podem custar de US$ 50 milhões a US$ 150 milhões para tocar uma Fase III. 
O chefe das pesquisas, Prof. Dr. Edecio Cunha-Neto afirma que o conceito utilizado nesta vacina 
é novo e, por isso, acredita que a vacina merece chegar ao ensaio clínico. Mas por que é tão difícil 
obter uma vacina contra o HIV? Segundo o Prof. Cunha-Neto, o HIV é um vírus fujão, um vilão 
transformista. E ninguém, até agora, havia conseguido identificar e alvejar seu calcanhar de Aquiles. 
“As enzimas que replicam o vírus são falhas, então há muitas mutações”, “Algumas são prejudiciais 
para o vírus, mas outras conferem vantagens. Pelos mecanismos de seleção natural, essas últimas 
vão prevalecendo.”. 
Com isso, os cientistas acabavam se deparando com a situação inglória de gastar anos de estudo 
e muito dinheiro para criar um arsenal que só funciona em um alvo e, de repente, perceber que 
o alvo já virou outra coisa, na qual o míssil não faz nem cócegas. Assim, as vacinas já testadas 
fracassaram porque foram tapeadas pelo agente causador da AIDS. Funcionaram em alguns casos, 
mas simplesmente não foram reconhecidas em outros tantos. As “velhas estratégias” para lidar 
com esse pesadelo obedecem a duas premissas clássicas: elas usam proteínas inteiras do HIV e 
se concentram em gerar linfócitos T do tipo CD8 citotóxico, o pelotão de fuzilamento de células 
infectadas. Os pesquisadores da USP, sob coordenação de Cunha-Neto, resolveram identificar 
19
Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade i
os trechos permanentes ou “fixos” do HIV por meio de um software – acharam e testaram 18 
fragmentos – e embuti-las artificialmente em uma “vacina de DNA”. 
A patente do HIVBr18 foi registrada no Brasil em 2005; nos EUA e União Europeia, em 2007. 
“Partimos da consideração de que talvez não fosse o ideal simplesmente usar algo pronto da 
natureza (as proteínas inteiras), porque elas estão sempre prontas para escapar, como ocorre na 
própria infecção pelo HIV”, explica o imunologista. “Um algoritmo identificou, a partir de uma base 
de dados, regiões conservadas que se ligam à maioria dos tipos de HLA de classe 2 (os antígenos 
leucocitários humanos, moléculas capazes de estimular uma resposta imune que variam muito de 
pessoa para pessoa). Fabricamos esses segmentos proteicos e confirmamos com testes bioquímicos. 
Foram fabricados 18 peptídeos que, no conjunto, pegavam todos os HLA mais comuns na população.” 
Testada com 30 pacientes soropositivos, 91% reconheceram as iscas. O objetivo buscado aqui foi, 
teoricamente, melhorar a cobertura vacinal em populações geneticamente heterogêneas, ou seja, 
fazer com que mais pessoas desenvolvessem respostas imunes contra o HIV após receber a vacina. 
Neste capítulo da apostila você aprendeu como são produzidas as vacinas já existentes 
no mercado e o que é necessário para que novas vacinas sejam desenvolvidas. A fase 
de desenvolvimento da vacina certamente é a mais difícil, visto que é necessário um 
conhecimento muito grande do microrganismo causador da doença, bem como dos 
mecanismos utilizados para infectar um indivíduo. Já as etapas de teste são muitocaras, dificultando também este processo de desenvolvimento.
Sua tarefa consiste em escolher uma vacina que já esteja no mercado ou que 
ainda esteja em fase de desenvolvimento e detalhar a estratégia adotada pelos 
pesquisadores para combater determinada doença. Além disso, se possível, 
mencione os custos desta vacina.
20
CAPítulo 2
Produção de mEdiCAmEntoS
A Farmacopeia Brasileira define medicamento como: “produto farmacêutico, tecnicamente obtido 
ou elaborado com finalidade profilática, curativa, paliativa ou para fins de diagnóstico. É uma 
forma farmacêutica terminada que contém o fármaco, geralmente em associação com adjuvantes 
farmacotécnicos”. Muitas vezes também conhecido por fármaco. Na prática, um medicamento 
consiste de um composto (ou da associação de compostos) que levam a amenizar ou eliminar um 
sintoma ou uma doença. Sendo assim, a tão sonhada cura de algumas doenças faz com que pesquisas 
e desenvolvimento de novos medicamentos seja tão intensa. 
Para que um novo medicamento seja lançado no mercado, algumas etapas fundamentais necessitam 
ser alcançadas.
» Etapa 1. Pesquisa e desenvolvimento de novos fármacos: assim como estudado 
para as vacinas, a pesquisa e desenvolvimento de um novo medicamento pode ser 
considerada a etapa mais complexa do ponto de vista tecnológico. Estes estudos, 
geralmente acadêmicos, incluem uma série de testes necessários para identificar 
a potencialidade de ação terapêutica da substância, estudo de suas propriedades, 
verificação de toxicidade aguda e crônica, potencial teratogênico e a determinação de 
sua dose ativa. Posteriormente, o fármaco passa por testes farmacológicos e estudos 
farmacotécnicos e, finalmente, ensaios clínicos.
» Etapa 2. Produção industrial dos fármacos: consiste em estudos para a 
obtenção de processos de produção em escala industrial. Nesta etapa, passa-se da 
bancada laboratorial para a utilização de planta-piloto até se conseguir elevar os níveis 
de produção para a escala industrial.
» Etapa 3. Produção de especialidades farmacêuticas: consiste na elaboração 
de produtos nas suas diversas formas farmacêuticas (comprimidos, comprimidos 
revestidos, cápsulas, suspensões, injeções, soluções parenterais, supositórios etc.). 
Trata-se de atividade tipicamente de transformação.
» Etapa 4. Marketing e comercialização: pelas características especiais que 
adquire a propaganda das especialidades farmacêuticas e por necessitar de recursos 
de linguagem técnica diferenciados, é considerado um importante estágio tecnológico. 
Também não pode deixar de ser reconhecido como importante fator de competição da 
indústria farmacêutica.
Para o desenvolvimento de um novo fármaco, o objetivo final é o de otimizar a potência e o perfil 
farmacológico deste medicamento. Além disso, a ideia é a de que o planejamento deste novo fármaco 
resulte em uma substância mais ativa, com melhor biodisponibilidade e bioequivalência, atóxico e 
de metabolismo adequado ao seu emprego farmacêutico.
21
Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade i
Primeiramente, vamos entender o significado dos termos biodisponibildiade e bioequivalência.
A ação terapêutica de um fármaco depende da existência de uma concentração efetiva deste no seu 
local de ação, durante um período de tempo desejável. Desta forma a disponibilidade do fármaco 
a partir da forma farmacêutica assume um papel crítico na eficácia clínica de um medicamento, 
tornando-se, por isso, necessário caracterizar adequadamente o desempenho da formulação que o 
contém como medição adicional de eficácia. Uma vez que a concentração de um fármaco no local de 
ação se encontra em equilíbrio com a sua concentração na corrente sanguínea, para a maioria dos 
fármacos a determinação das suas concentrações ao longo do tempo no sangue ou urina tornam-se 
medidas indiretas, mas preditivas da concentração do mesmo fármaco no seu local de ação.
A biodisponibilidade é um termo farmacocinético que descreve a velocidade e o grau com que 
uma substância ativa ou a sua forma molecular terapeuticamente ativa é absorvida a partir de um 
medicamento e se torna disponível no local de ação. A avaliação da biodisponibilidade é realizada 
com base em parâmetros farmacocinéticos calculados a partir dos perfis de concentração plasmática 
do fármaco ao longo do tempo. Os estudos de biodisponibilidade também são importantes para 
avaliar a influência de vários fatores fisiológicos e patológicos (idade, alimentação, doença, em 
particular insuficiências renal e hepática etc.) no modo como o fármaco é absorvido pelo organismo.
Um estudo de bioequivalência tem por objetivo comparar as biodisponibilidades de dois 
medicamentos considerados equivalentes farmacêuticos ou alternativas farmacêuticas e que 
tenham sido administrados na mesma dose molar. Entende-se por equivalentes farmacêuticos os 
medicamentos que contêm a mesma substância ativa, na mesma dose e na mesma forma farmacêutica. 
Se nestas condições as biodisponibilidades de dois medicamentos forem consideradas similares, os 
seus efeitos, no que respeita à sua eficácia e segurança, serão essencialmente os mesmos (Figura 4).
Figura 4. curva de biodisponibilidade de dois medicamentos bioequivalentes. a curva representa a 
concentração plasmática em função do tempo. 
 Fonte: <http://www.dfarmacia.com/farma/ctl_servlet?_f=37&id=12004010>
Para o planejamento e desenvolvimento de novos fármacos, muitos métodos ou estratégias podem 
ser utilizados. Dentre estes, o método de aproximação intuitiva, tais como a síntese de análogos, 
isômeros e isósteros ou outros processos de modificação molecular, como a simplificação molecular, 
a latenciação, a modificação de sistemas anelares, entre outros. Além disso, o estudo das relações 
entre a estrutura química e a atividade biológica deste composto (SAR e QSAR, traduzido do inglês, 
22
UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
relação estrutura/atividade e relação quantitativa/estrutura/atividade) também consiste de uma 
ferramenta poderosa no desenvolvimento racional de fármacos. O avanço da Biologia Molecular e 
Cristalografia também possibilitou a identificação de diversos alvos, e estudos de docking baseados 
na estrutura da proteína-alvo são agora possíveis. A seguir, discutiremos algumas destas estratégias:
Processos de modificação molecular de 
fármacos
A simplificação molecular consiste de uma estratégia de modificação molecular ou otimização de 
fármacos e/ou protótipos, permitindo a obtenção de novos análogos ativos de estruturas mais 
simples em relação às iniciais. No exemplo abaixo, a ideia de manter a propriedade de anestésico 
local da cocaína, eliminando suas propriedades narcóticas deu origem a procaína (Figura 5).
Figura 5. modificação progressiva da estrutura da cocaína. 
Fonte. revista científica unilago, pp. 137-149, 2010.
Moléculas ativas que apresentam sistemas cíclicos, por exemplo, podem resultar em análogos com 
a abertura, expansão, remoção ou modificação destes. A disjunção de anéis tem como principal 
objetivo a simplificação progressiva em relação ao fármaco original. A ideia é extrair informações 
sobre a estrutura mínima requerida que apresente atividade farmacológica (grupo farmacofórico). 
A síntese de tais moléculas é muito importante para exploração da interação ligante-receptor e 
para os estudos de modelagem molecular. A reorganização de sistemas anelares pode ser realizada 
por fusão ou dissociação destes sistemas de anéis. Esta metodologia pode, às vezes, melhorar a 
solubilidade, alterando o perfil farmacológico e reduzindo a toxicidade do fármaco utilizado como 
protótipo. A dissociação do grupo benzênico do sistema anelar fundido da estrutura do fármaco 
antipsicótico benperidol originou o fármaco espiroperidol, o qual apresentou atividade semelhante, 
porém melhor solubilidade e menor toxicidade (Figura 6).
23
Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade iFigura 6. dissociação do grupo benzênico do sistema anelar fundido da estrutura do benperidol 
resultando no espiroperidol. 
 
Fonte: revista científica unilago, pp. 137-149, 2010.
Outro método de modificação molecular é a síntese de séries homólogas. O conceito de séries 
homólogas diferencia as moléculas da série somente pela introdução de um grupo metilênico. 
Utilizando este conceito, Ward e colaboradores sintetizaram e avaliaram a afinidade dos homólogos 
de 1-metil-1,2,3,4-tetraidropiridilpirazinas ao receptor muscarínico M1, através dos valores de IC50. 
A variação dos valores de IC50 para a sequência partindo de O-metila para O-butila foi de 850nM 
para 17nM, respectivamente (Figura 7). 
Figura 7. síntese de homólogos monoalquilados do 1-metil-1,2,3,4-tetraidropiridilpirazinas. 
Fonte: revista científica unilago, pp. 137-149, 2010.
Outro exemplo de como a síntese de séries é capaz de alterar as propriedades de um fármaco é o da 
morfina. Com a adição de um grupo metila, o índice de atividade analgésica diminui drasticamente. 
Este valor que é de 100 para morfina cai para 18 para codeína e 0 para tebaína (Figura 8).
Figura 8. estruturas químicas da (a) morfina, (b) codeína e (c) tebaína.
(a) (b) (c)
Fonte: revista científica unilago, pág 137-149, 2010.
24
UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
Outro método muito empregado de modificação molecular é o chamado latenciação, que consiste na 
administração do fármaco em uma forma de transporte inativo, mas que, in vivo, mediante reação 
química ou enzimática, libera a porção ativa no local de ação ou próximo dele. A partir desse processo 
obtém-se o chamado pró-fármaco. Um pró-fármaco pode ser classificado de três formas, a saber:
1. bioprecursores, 
2. pró-fármacos clássicos e 
3. fármacos dirigidos.
Os bioprecursores são moléculas resultantes de uma modificação molecular, resultando em um novo, 
que, ao sofrer metabolização enzimática, transforma-se em um metabólito ativo. Já os pró-fármacos 
clássicos têm como objetivo melhorar a atividade terapêutica por aumento de biodisponibilidade, 
diminuição da toxicidade, prolongamento da ação, aumento da seletividade, mediante a escolha de 
transportador adequado, geralmente de caráter lipofílico. Estes pró-fármacos são menos ativos per 
se ou inativos quando comparados à molécula matriz e devem sofrer reação de hidrólise química ou 
enzimática para que o princípio ativo seja liberado. 
Os fármacos devem atravessar inúmeras barreiras no organismo e estas podem limitar a 
utilização clínica desse fármaco. Estas limitações estão relacionadas às fases farmacocinéticas e 
farmacotécnicas, além da toxicidade relacionada à irritação local ou à distribuição em outros tecidos 
(KOROLKOVAS, 1988). Pró-fármacos lipoides, nos quais a função carbonila esterifica hidroxilas 
alcoólicas livres de 1,2- ou 1,3-diglicerídeos são bem absorvidos e apresentam alto linfotropismo. 
No AINEs naproxeno, esta esterificação rendeu o 2-éster de 1,3-dipalmitoilglicerol que apresentou 
menor irritação gástrica e alcançou níveis plasmáticos maiores que o composto original (Figura 9).
Figura 9. síntese do naproxeno-2-glicerídeo. 
Fonte: Wermuth (2003)
25
Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade i
modelagem molecular no planejamento de 
fármacos
Uma vez conhecida a estrutura do receptor eleito como alvo terapêutico adequado para o tratamento 
de uma determinada doença pode-se, por complementaridade molecular, planejar uma molécula 
capaz de interagir eficazmente com este receptor. Esta estratégia de planejamento, geralmente 
emprega técnicas de química computacional, em que a modelagem molecular é ferramenta 
extremamente útil. A modelagem molecular consiste em uma técnica empregada para se estudar as 
características estruturais e propriedades físico-químicas de uma substância, empregando recursos 
da química computacional acopladas a interfaces gráficas. Esta, por sua vez, permite a obtenção de 
modelos tridimensionais (3D) representativos.
O estudo de docking (Figura 10 e 11) é uma das técnicas da modelagem molecular mais importantes 
no desenvolvimento de fármacos. Trata-se de um estudo de interação energética entre o ligante e 
o receptor utilizando campo de força. Para tais estudos, considera-se as interações eletrostáticas, 
efeitos eletrodinâmicos e estéricos, bem como a interação com o solvente e os graus de flexibilidade 
das moléculas (GUND, 1996; ITAI et al., 1996; McCONKEY, 2002).
Figura 10. representação (fitas) da estrutura do domínio da abl kinase (verde) com o loop de ativação (vermelho) 
na posição fechada (figura à esquerda) e na posição aberta (figura à direita). os resíduos Thr315, asp 381 e 
phe382 do motivo dFg estão destacados na imagem. representação do docking dos compostos no sítio ativo 
da proteína. 
Fonte: abl inhibitor Bms354825 binding mode in abelson kinase revealed by molecular docking studies, leukemia (2005) 19, 
1267–1269. doi:10.1038/sj.leu.2403775, c gambacorti-passerini, m gasser, s ahmed, s assouline and l scapozza.
26
UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
Figura 11. Docking de inibidor da enzima ácido púrpura fosfatase (pap) humana, 
envolvida no processo da osteoporose. 
Fonte: <http://www.scmb.uq.edu.au/academicstaff/mcgeary/medicinal_chemistry.htm>
A interação de um fármaco ao receptor é estereoespecífica, em que o receptor reconhece determinados 
grupos do ligante, assim como distâncias interatômicas e forma molecular. Este tipo de interação 
é determinado e calculado por meio do ajuste do ligante no sítio do receptor via conformação de 
menor energia. Geralmente, o receptor é mantido rígido enquanto a conformação da molécula é 
modificada, embora existam métodos de ligantes rígidos com receptores rígidos. A conformação 
preferida é então minimizada.
O processo de docking consiste de três componentes correlacionados: a identificação do sítio de 
ligação, a pesquisa de um algoritmo eficiente e uma função de contagem. O sítio de ligação pode ser 
identificado por comparação com a proteína co-cristalizada com ligante diferente. Os algoritmos de 
pesquisa podem gerar um número bastante satisfatório de configurações as quais são avaliadas por 
funções de contagem. 
Os algoritmos de pesquisa incluem: dinâmica molecular (utiliza equações de movimento de Newton 
para o cálculo de soluções); método de Monte Carlo (simula estruturas moleculares por meio de 
processos aleatórios e randômicos); algoritmo genético (codifica variáveis de graus de liberdade, 
criando populações randômicas, de tamanhos constantes); método baseado em um fragmento 
(fragmenta o ligante, liga cada fragmento separadamente ao receptor e liga-os novamente); 
método de pontos complementares (baseado na avaliação do contorno e/ou da complementaridade 
química entre interações moleculares); método de distância geométrica (baseia-se nas distâncias 
intra e intermoleculares); pesquisa Tabu (baseia-se em processos estocásticos nos quais novas 
conformações randômicas são geradas, partindo de conformações iniciais); pesquisa sistemática 
(analisa todas as conformações possíveis, partindo de modelos rígidos). O campo de força é utilizado 
para calcular a energia e a geometria da molécula, a qual é obtida pela soma de todas as interações 
27
Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade i
de forças envolvidas. Já os programas utilizados em docking são inúmeros, dentre eles destacam-se 
Autodock, Dock, FlexX e Gold.
YURIEV, Elizabeth; RAMSLAND, Paul A. Latest developments in molecular docking: 
2010-2011 in review. In: Journal of Molecular Recognition, 2013. 26(5):215-39. 
Na área farmacêutica, as plantas e os extratos vegetais também são de grande relevância, tendo em 
vista a utilização das substâncias ativas como protótipos para odesenvolvimento de fármacos e como 
fonte de matérias-primas farmacêuticas, tanto para a obtenção de fármacos como de adjuvantes, 
ou ainda de medicamentos elaborados exclusivamente à base de extratos vegetais, os chamados 
medicamentos fitoterápicos.
De acordo com a Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA), são considerados medicamentos 
fitoterápicos os obtidos com emprego exclusivo de matérias-primas ativas vegetais. Não se considera 
medicamento fitoterápico aquele que inclui na sua composição substâncias ativas isoladas, sintéticas 
ou naturais, nem as associações dessas com extratos vegetais. Os medicamentos fitoterápicos, assim 
como todos os medicamentos, são caracterizados pelo conhecimento da eficácia e dos riscos de seu 
uso, assim como pela reprodutibilidade e constância de sua qualidade. A eficácia e a segurança devem 
ser validadas por levantamentos etnofarmacológicos, de utilização, documentações tecnocientíficas 
em bibliografia e/ou publicações indexadas e/ou estudos farmacológicos e toxicológicos pré-clínicos 
e clínicos. A qualidade deve ser alcançada mediante o controle das matérias-primas, do produto 
acabado, materiais de embalagem e estudos de estabilidade.
A legislação vigente no Brasil apresenta o mesmo rigor para medicamentos sintéticos e fitoterápicos. 
Entretanto, muitas plantas são utilizadas indiscriminadamente, principalmente na forma de chás e 
infusões, seguindo uma tradição cultural brasileira. Apesar de muitas destas plantas (de onde podem 
ser consumidas suas folhas, frutos, raízes) ter comprovada ação medicinal, o estudo em laboratório 
é muito importante, principalmente para se determinar dosagens corretas e efeitos colaterais. Em 
geral, pesquisadores coletam a planta de interesse e preparam extratos em diferentes solventes, 
onde moléculas de diferentes propriedades estarão solubilizadas. Desta forma, os pesquisadores 
tentam extrair a maior quantidade de moléculas presente em determinada planta. Posteriormente, 
realiza-se a purificação e identificação dos principais compostos presentes em cada um destes 
extratos. Após esta identificação, compara-se a estrutura química das moléculas encontradas com 
um banco de dados onde várias moléculas já estão catalogadas. A ideia é encontrar alguma molécula 
que apresente os mesmo grupos funcionais ou similaridades estruturais com a molécula recém-
descoberta. Em seguida, após uma molécula similar ter sido identificada no banco de dados, verifica-
se a atividade da nova molécula comparativa à molécula já existente. Vale lembrar que a forma de 
manipulação deste composto natural indicará se o medicamento final será fitoterápico. Além disso, 
uma mesma planta pode fornecer diferentes moléculas com diferentes propriedades (Figura 12).
28
UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
Figura 12. estrutura química da capsaicina, obtida de pimentas, que apresenta propriedades analgésicas, 
anestésicas e anti-inflamatórias. 
Fonte: <http://www.crq4.org.br/quimica_viva_capsaicina>
O Sistema Único de Saúde (SUS) divulgou em 2009 a Relação Nacional de Plantas 
Medicinais de Interesse ao Sistema Único de Saúde (Renisus). Essa listagem traz 
71 plantas com potencial para gerar produtos de interesse para a rede pública de 
saúde. Através do site do SUS <http://bvsms.saude.gov.br/bvs/sus/pdf/marco/ms_
relacao_plantas_medicinais_sus_0603.pdf> você encontra essa listagem.
29
CAPítulo 3
desenvolvimento de novos cosméticos
O aumento da qualidade de vida e da longevidade dessa população faz com que homens e mulheres 
dediquem muito mais tempo, recursos e esforços ao cultivo da higiene pessoal e da melhor aparência 
possível ao longo de sua vida. O uso intensivo do petróleo na produção em grande escala de substâncias 
sintéticas e muitas outras mudanças econômicas e sociais do século 20 levaram ao surgimento de 
uma vasta e rentável indústria de cosméticos e produtos para o cuidado pessoal, estendendo o 
seu consumo para todos os segmentos sociais. Hoje, a indústria de cosméticos é extremamente 
importante dentro da economia de grande parte dos países mais desenvolvidos, dentre os quais se 
inclui o Brasil, contribuindo para a geração de empregos e a redução de desigualdades regionais, 
por meio da exploração sustentável de várias espécies do nosso bioma, especialmente da Amazônia. 
Mas como definir um cosmético? Cosméticas são substâncias, misturas ou formulações usadas para 
melhorar ou para proteger a aparência ou o odor do corpo humano. Mais recentemente surgiram 
produtos que têm funções mais complexas do que a limpeza ou o embelezamento. Estão sendo 
chamados pelos fabricantes de cosmecêutico, dermocosmético, cosmético funcional ou ainda 
cosmético de desempenho, mas essas palavras não são usadas ou mesmo aceitas uniformemente. 
Tratam-se de formulações de uso pessoal que atuam beneficamente sobre o organismo, causando 
modificações positivas e duráveis na saúde da pele, mucosas e couro cabeludo. 
No Brasil, os cosméticos são controlados pela Câmara Técnica de Cosméticos da ANVISA (CATEC/
ANVISA) e pela Resolução RDC no 211, de 14 de julho de 2005. A definição oficial de cosméticos 
adotada por essa câmara compreende todos os produtos de uso pessoal e perfumes que sejam 
constituídos por substâncias naturais ou sintéticas para uso externo nas diversas partes do corpo 
humano – pele, sistema capilar, unhas, lábios, órgãos genitais externos, dentes e membranas 
mucosas da cavidade oral – com o objetivo exclusivo ou principal de limpá-los, perfumá-los, alterar 
sua aparência, corrigir odores corporais, protegê-los e/ou mantê-los em bom estado. Os produtos 
do setor são divididos em 4 categorias e 2 grupos de risco, de acordo as Resoluções nos 79/2000 e 
335/1999.
Categorias:
 » Produtos para higiene.
 » Cosméticos.
 » Perfumes.
 » Produtos para bebês.
Grupos de risco:
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UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
 » Risco nível 1. Risco mínimo. Ex.: maquiagem (pós compactos, bases líquidas, 
sombras, rímel, delineadores, batons em pasta e líquidos), perfumes, sabonetes, 
shampoos, cremes de barbear, pastas dentais, cremes hidratantes, géis para fixação 
de cabelos, talcos perfumados, sais de banho etc.).
 » Risco nível 2. Risco potencial. Ex.: shampoos anticaspa, desodorantes e sabonetes 
líquidos íntimos femininos, desodorantes de axilas, talcos antissépticos, protetores 
labiais e solares, cremes depiladores, repelentes, tinturas para cabelos, sprays para 
fixação e modeladores de penteados, clareadores de pelos, enxaguatórios bucais, 
esmaltes, óleos para massagens etc. Todos os produtos para bebês, apesar de 
totalmente inócuos, são classificados como grupo de risco nível 2, pois passam por 
processos mais rigorosos de inspeção antes de serem comercializados.
Tabela 2. matérias-primas utilizadas na indústria de cosméticos. 
Classificação Função Exemplos de produtos Aplicação
Corantes e pigmentos Agentes de 
perolização
Mica, estearatos, quartzo micronizado Xampus, considicionadores, sabonetes líquidos, 
loções cremosas, maquiagens, esmaltes
Corantes e pigmentos Coloração Dióxido de Titânio e Óxido de Zinco (branco), 
Negro de Fumo (preto), Índigo (azul), Clorofila 
(verde), Carmim (vermelho), Euxantina (amarelo), 
Açafrão (laranja), são exemplos de corantes 
naturais, entre outros.
Todos os cosméticos que necessitem de cor
Essências Aroma Óleos essenciais extraídos de diversas flores, 
frutos, folhas e cascas de árvores e arbustos, 
musk, vários álcoois (como o benzílico), 
terpenos, cetonas, acetatos e aldeídos.
Perfumes e todas as aplicações que requeiram 
odor
Excipientes Abrasivos e cargas 
minerais
Caulim, sílica, sais de alumínio, dióxido de titânio Pastas de dentes, loções e cremes para 
peeling facial
Excipientes Antiespumantes e 
repelentes de água
Óleos de silicone Protetores solares
Excipientes Antioxidantes BHT, BHA betacarotenos, propilgalatos, sulfitos Cremes antienvelhecimento, protetores solarescorporais e labiais, Xampus de uso diário e 
de proteção da cor, tinturas para cabelos, 
condicionadores
Excipientes Bases oleosas Óleo de soja, óleo de mamona, óleo de canela, 
óleo de algodão, óleo de oliva, óleo de gergelim, 
óleo mineral
Esmaltes, batons líquidos, emulsões óleo/
água (cremes e loções), óleos de massagem 
corporal, óleos de hidratação pós-banho
Excipientes Bases solventes e 
propelentes
Butano, isopropano, etanol, dimetiléter, acetato 
de etila, acetato de butila, acetona
Esmaltes e seus removedores, sprays para 
cabelo, desodorantes em aerosol, perfumes
Excipientes Controle de fluídez Sílica, talco, dióxido de titânio Sombras, pós compactos, sais de banho, talcos 
perfumados
Excipientes Controle de pH Borato de sódio, carbonato de sódio, ácido 
cítrico, ácido ascórbico, ácido lático
Vários cosméticos de base aquosa
Excipientes Emolientes Ureia, miristatos orgânicos, glicerina, lactose, 
sorbitol, imidazol, ácido lático, vaselina, lanolina, 
jojoba, aloe vera (babosa), ceras (coco, 
carnaúba, abelha)
Batons sólidos e líquidos, protetores labiais, 
sombras em creme, rimel, lápis para olhos, 
delineadores, sabonetes, loções hidratantes, 
cremes para pés e mãos, banhos de creme 
para cabelos
31
Tecnologias para a produção de vacinas, medicamenTos e cosméTicos │ unidade i
Classificação Função Exemplos de produtos Aplicação
Excipientes Emulsificantes, 
tensoativos e 
surfactantes
Álcool cetílico, álcool cetearílico, ácido oleico, 
oleates, polisorbatos, dodecilsulfato de sódio, 
laurisulfato de sódio, cloreto de cetilpiridínio, 
cloreto de banzalcônio, alquilfenóis, sorbitan, 
lecitina de soja
Tintas para cabelo, condicionadores, cremes 
e loções faciais, loções pós-barba, protetores 
solares, Xampus, sabonetes líquidos
Excipientes Espessantes e 
controladores de 
viscosidade e de 
densidade
Laca, breu, goma arábica, celulose 
microcristalina, amido, glúten, glicerina, lanolina, 
polietilenoglícois, polivinilpirrolidona, ácido 
poliacrílico, propilenoglicol, cloreto de sódio
Batons, xampus, condicionadores, sabonetes 
líquidos, loções de limpeza à base de água
Excipientes Estabilizantes de 
espuma
Di e monoetanolaminas Xampus, sabonetes líquidos, tinturas para 
cabelos
Excipientes Sequestrantes de íons EDTA, metíonina, ácidos orgânicos (fosfónico, 
citrico, tartárico, ascórbico, oxálico e succínico)
Xampus, condicionadores, sabonetes líquidos, 
tinturas para cabelos, loções pós-bonzeamento
Princípios ativos Agentes bloqueadores 
de UV
Benzofenonas, hidroquinonas, tocoferóis, 
melaninas, óxido de titânio, óxido de zinco, 
vitamina A (retinol)
Cremes antienvelhecimento, protetores solares 
corporais e labiais, xampus de uso diário e 
de proteção da cor, tinturas para cabelos, 
condicionadores
Princípios ativos Antiacne Peróxido de benzoíla, ácido naftoico, enxofre, 
taninos
Loções e cremes
Princípios ativos Antixaspa Sulfetos de selênio Xampus
Princípios ativos Antitranspirantes Sais de alumínio e zircôrnio Desodorantes líquidos, em barra ou em pó ara 
os pés e axilas
Fonte: adaptado de galembeck (2004).
Existem muitos critérios para seleção de uma matéria-prima: disponibilidade, logística de entrega 
e de distribuição, vida útil, possibilidade de estocagem, versatilidade da embalagem em que é 
fornecida, possibilidade de substituição por outra matéria-prima, condições do processamento 
industrial, toxicidade, riscos ambientais. Atualmente, o mercado dá importância à origem das 
matérias-primas, ou seja, se provêm de fontes naturais (orgânicas) ou sintéticas renováveis ou se 
são produzidas sob princípios sociais e ambientais de sustentabilidade. A escolha das matérias-
primas é crucial, porque essas representam aproximadamente 65% do custo direto de produção de 
um cosmético.
Atualmente, a indústria de cosméticos concentra-se mais em relançar produtos formulados a partir 
de diferentes matérias-primas do que lançar um novo produto de fato. Produtos que tenham seus 
efeitos potencializados e de menor custo fazem com que pesquisadores busquem novas tecnologias 
em suas formulações. Além disso, o desenvolvimento de cosméticos “verdes” vem se tornando cada 
vez mais importante, até como parte do marketing desse cosmético.
No Brasil, uma das empresas líderes do mercado cosmético vem investindo no desenvolvimento 
sustentável de seus produtos. A Natura “vegetalizou” todos os seus óleos corporais e apresentou 
embalagens à base de PET reciclado, produzido pela ‘BahiaPet’ a partir de garrafas coletadas pela 
cooperativa de catadores da ‘Rede Cata Bahia’. Em 2007, a empresa passou a fabricar a massa dos 
sabonetes ‘Natura Todo Dia’ na unidade industrial Benevides/PA, seu novo polo de pesquisa e 
desenvolvimento, que abriga uma fábrica de massa de sabonetes e também uma planta para extração 
de óleos vegetais. Com isso, além de oleína de palma, os produtos passam a conter de 5% a 10% de 
glicerina vegetal, que formam um filme protetor na pele e aumentam a sensação de hidratação.
32
UNIDADE I │ TEcNologIAs pArA A proDUção DE vAcINAs, mEDIcAmENTos E cosméTIcos
De acordo com a fabricante, além de uma textura gostosa, mais espuma cremosa e maior hidratação, 
os sabonetes auxiliam a preservar o meio ambiente, pois utilizam matérias-primas vegetais, 
derivadas de fontes renováveis. Todos os sabonetes são formulados com açúcar orgânico. A Natura 
redesenhou muitos de seus produtos utilizando ingredientes brasileiros, como uma linha de itens 
antissinais formulados com flavonoides de passiflora, extraídos da passiflora alata, uma planta da 
biodiversidade brasileira. Apesar da empresa ser pioneira na formulação de cosméticos utilizando-
se da flora brasileira, recentemente muitas outras grandes indústrias, inclusive internacionais, 
também utilizam matéria-prima obtida da mata brasileira.
Selecione cinco produtos cosméticos que você tem em casa, e liste quais são os 
componentes destes produtos, e qual a função de tal substância nesta formulação.
33
unidAdE ii
APliCAçõES dE 
nAnomAtEriAiS 
Em BiologiA E 
mEdiCinA
CAPítulo 4
nanotecnologia e nanoestruturas
A nanotecnologia é uma área emergente de estudos e pesquisas que tem como principal objetivo 
entender e explorar a ciência em uma escala “muito pequena”, a escala nanométrica. A dimensão 
física que representa esta escala é o nanômetro, que tem como notação nm. O prefixo ‘nano-’ provém 
do grego e significa anão. Esta escala engloba materiais e/ou dispositivos que apresentem dimensões 
entre 1-100 nm, e corresponde a uma área de estudos/pesquisa muito ampla e interdisciplinar, visto 
que engloba diversos tipos de materiais, como poliméricos, cerâmicos, metálicos, semicondutores 
e ainda de interesse biológico. Existem diversos tipos de nanoestruturas criadas/desenvolvidas até 
hoje, e, com o avanço desta área da ciência, esta lista ainda deve aumentar consideravelmente. 
Devido a este grande número, abordaremos em detalhes apenas as nanoestruturas que já vêm sendo 
empregadas em áreas de Biologia e Medicina com maior sucesso.
nanopartículas
Nanopartículas são definidas como sendo partículas “ultrafinas”, que apresentam diâmetro entre 100 
a 1 nm. Importante ressaltar que, apesar de muitos átomos e moléculas se encontrarem nesta faixa 
de tamanho, moléculas individuais não são consideradas nanopartículas. Um dos fatores que torna 
os nanomateriais tão interessantes, e com propriedades tão peculiares e a elevada área superficial 
que estes apresentam, comparados com o seu volume. As nanoparticulas são um exemplo bem claro 
da importância desta razão área/volume. Uma colher de chá de nanopartículas deve apresentar 
uma massa de aproximadamente 200mg. Entretanto, por causa do seu formato e da grande área 
superficial que estas partículas apresentam, uma colher de chá de nanopartículas pode ter a mesma 
área superficial que um campo de futebol. Com esta informação, fica muito claro o grande potencial 
que estes materiais possuem quando se encontram na escala nanométrica.
Geralmente a redução dos íonsde ouro ou prata ocorre por meio de agentes redutores moderados 
como o ácido cítrico ou o boro hidreto de sódio (NaBH4). Além disso, o processo de síntese faz uso 
de alguns agentes estabilizantes como, por exemplo, alguns tensoativos ou polímeros, de modo a 
manter a nanopartícula estável em solução, evitando que esta se agregue ou precipite. Uma das 
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UNIDADE II │ AplIcAçõEs DE NANomAtErIAIs Em BIologIA E mEDIcINA 
vantagens deste método de obtenção das nanopartículas consiste no fato de que a síntese ocorre em 
meio aquoso, o que facilita a compatibilização das nanopartículas com seus agentes estabilizantes, 
além de possibilitar a formação de compósitos. Estes compósitos de nanopartículas com alguns 
polímeros vêm sendo amplamente estudados por combinarem as propriedades de ambos os 
materiais. Nanopartículas de ouro vêm recebendo bastante destaque na mídia por apresentarem 
propriedades antienvelhecimento, sendo então utilizadas como matéria-prima em diversos 
cosméticos (Figura 13).
Figura 13. nanopartículas de prata. a barra de escala representa 20nm.
modificado a partir de: <http://cnx.org/content/m19597/latest/>. acessado em: 9/1/2012.
Além das nanopartículas metálicas, nanopartículas poliméricas vêm sendo amplamente sintetizadas. 
Estas nanopartículas também correspondem a agregados nanométricos formados por polímeros 
que são estabilizados em solução por ligações intracadeias, sendo estas covalentes ou iônicas. Neste 
caso, os agentes estabilizantes são adicionados como precursores desta interação intracadeias. Após 
a adição deste agente, grupos químicos presentes na molécula do polímero passam a interagir entre 
si, o que causa um “dobramento” da molécula do polímero, gerando esta agregação.
Para a produção destas nanopartículas, um dos métodos utilizados é o de nanoprecipitação, em 
que a solução do polímero é preparada em um solvente, que pode ser orgânico, e posteriormente é 
gotejada em uma solução aquosa, ocorrendo a precipitação das nanopartículas. Outra forma simples 
de preparo de nanopartículas é a partir da evaporação do solvente, onde se prepara uma solução 
orgânica do polímero, e a evaporação controlada deste, seguida da ressuspensão em água, produz 
as nanopartículas (Figura 14). 
Figura 14. nanopartículas de quitosana. 
Fonte: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=s0100-40422009000300011&script=sci_arttext>.
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AplicAções de NANomAteriAis em BiologiA e mediciNA │ UNidAde ii
Para uma revisão sobre os métodos de preparo de nanopartículas poliméricas 
leia o texto “Preparação de nanopartículas poliméricas a partir de polímeros pré-
formados” de Eliana B. Souto, Patrícia Severino, Maria Helena A. Santana, acessando 
o link <http://dx.doi.org/10.1590/S0104-14282012005000005>.
nanotubos
Os nanotubos são cilindros que apresentam diâmetro na ordem de nanômetros. Dentre os nanotubos 
mais estudados, encontra-se o nanotubo de carbono. Os nanotubos de carbono são considerados 
uma das formas alotrópicas do carbono. Para facilitar seu entendimento sobre como estas estruturas 
estão dispostas, pegue uma folha de papel, e enrole-a até a outra extremidade da folha, sem que elas 
sejam sobrepostas.
A proporção entre seu comprimento e diâmetro chega a ser de 100.000.000:1, fazendo com que 
estes materiais apresentem propriedades de condução térmica, mecânica e elétrica incomuns e 
únicas (Figura 15). 
Figura 15. nanotubo de carbono.
Fonte: adaptado de <http://1.bp.blogspot.com/Xivgcmy_i4/Te1TJadpiXi/aaaaaaaaaei/dt0hs0feZgo/s1600/nanotubo-de-
carbono.jpg>. acesso em: 15/1/2012.
micelas e lipossomos
As micelas e os lipossomos são estruturas geralmente esféricas formadas por moléculas anfifílicas, 
que se agregam formando estruturas com dimensões (diâmetro) da ordem de nanômetros. Uma 
molécula anfifílica é aquela que apresenta uma região polar (geralmente chamada de ‘cabeça polar’ 
capaz de interagir com a água), unida a uma região hidrofóbica, geralmente constituída por longas 
cadeias de hidrocarbonetos, e chamada de cauda apolar (Figura 16).
36
UNIDADE II │ AplIcAçõEs DE NANomAtErIAIs Em BIologIA E mEDIcINA 
Figura 16. estrutura de uma molécula anfifílica. 
Fonte: <http://www.ebah.com.br/content/aBaaaBqemaH/04-tensoativos-usados-xampu-sabonete-1>
A solubilidade de uma molécula anfifílica depende, principalmente, das características de sua cauda 
apolar. Moléculas que apresentam caudas alquílicas longas (18 carbonos), como os ácidos graxos, 
são insolúveis, ao passo que moléculas com menor cauda apolar (12 carbonos), como os detergentes, 
são solúveis. Além disso, outra variante nas moléculas anfifílicas é a cabeça polar, que pode ser 
carregada positivamente, negativamente, ser zwitteriônica, ou ainda ser neutra (Figura 17 e 18).
Figura 17. Tipos de moléculas anfifílicas de acordo com a cabeça polar. 
adaptado de: <http://en.wikipedia.org/wiki/File:TensideHyrophilHydrophob.png>. acesso em: 23/1/2012.
Figura 18. molécula de ácido graxo: ácido octadecanoico. 
Fonte: <http://www.lookfordiagnosis.com/mesh_info.php?term=%c3%a1cidos+este%c3%a1ricos&lang=3>.
Em função do aumento da concentração, as moléculas anfifílicas solúveis tendem a se agregar de 
uma forma bastante organizada, gerando estruturas denominadas micelas. A formação de micelas 
ocorre a uma concentração que é característica para cada tipo de molécula, e é conhecida por 
concentração micelar crítica (CMC). Nas micelas, a cauda apolar ou hidrofóbica de uma molécula 
interage com outras caudas hidrofóbicas, de modo a minimizar o contato desta região da molécula 
com o solvente aquoso. Consequentemente, a cabeça polar destas moléculas, que tem afinidade pela 
água, fica exposta ao solvente.
37
AplicAções de NANomAteriAis em BiologiA e mediciNA │ UNidAde ii
O mesmo conceito de formação de micelas e interação deste agregado com o ambiente pode ser 
utilizado, mas de forma reversa, considerando que o meio em que a micela está sendo formada é 
um meio orgânico, como por exemplo, óleo. Neste caso, temos a chamada micela reversa, em que as 
caudas hidrofóbicas da molécula anfifílica estão em contato com o ambiente (Figura 19).
Figura 19. esquema de uma micela normal e uma micela reversa. 
Fonte: modificado a partir de <http://ltc.nutes.ufrj.br/toxicologia/mii.digs.htm>. 
Detergentes são moléculas anfifílicas que apresentam a propriedade de detergência, 
ou seja, de limpeza. Baseado na estrutura química da molécula, descreva em detalhes 
como atua uma molécula de detergente para limpar um prato sujo com gordura. 
Identifique a molécula anfifílica presente em alguns produtos de limpeza na sua casa, 
apresente a estrutura química destes e classifique-os quanto à carga da molécula.
Uma das moléculas anfifílicas com grande importância biológica são os lipídios, visto que estes são 
os principais componentes das membranas celulares. As biomembranas são geralmente descritas 
como bicamadas lipoproteicas, o que significa que são formadas por uma camada lipídica dupla, 
com algumas proteínas embebidas nestas camadas (Figura 20). 
Figura 20. esquema de uma membrana biológica formada pela bicamada lipídica e diversas proteínas.
Fonte: <http://www.enemvirtual.com.br/wp-content/uploads/2011/07/membrana_plasmatica.gif>.
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UNIDADE II │ AplIcAçõEs DE NANomAtErIAIs Em BIologIA E mEDIcINA 
Dentre as proteínas que interagem com a membrana biológica, algumas delas são 
denominadas transmembrana. Algumas delas atuam como canais iônicos e outras 
como poros, permitindo a passagem de determinados íons ou moléculas do meio 
extracelular para o meio intracelular e vice-versa. Conhecendo a estrutura química 
dos lipídios, infira sobre a estrutura primária destas proteínas.
Os lipídios também apresentam característica anfifílica, entretanto, diferem dos tensoativos acima 
apresentados por serem insolúveis (Figura 21). 
Figura 21. estrutura dos lipídios: (a) fosfolipídio, (b) colesterol, (c) triacilglicerol. 
(a)
(b)
(c)
Fonte: modificado a partir de <http://firstgeneration.stmarys-ca.edu/jsigman/chem02/spring2009/assignments/assign32lipids.htm>.
Os lipídios também podem formar micelas, mas, em concentrações adequadas, se organizam na 
forma de bicamadas esféricas (vesículas), denominadas lipossomos (corpo gorduroso). Nesta 
estrutura, mais uma vez, as caudas hidrofóbicas interagem entre si, lateralmente, e entre as camadas 
formadas. Por este motivo, quando a estrutura esférica é formada, um compartimento aquoso no 
interior da estrutura esférica é formado, para a acomodação das cabeças polares da camada lipídica 
interna (Figura 22).
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AplicAções de NANomAteriAis em BiologiA e mediciNA │ UNidAde ii
Figura 22. representação de um lipossomo. Bicamada lipídica gerando um compartimento 
aquoso no centro da estrutura. 
Fonte: modificado a partir de <http://rachacuca.com.br/educacao/vestibular/tags/quimica/>.
Os lipossomos, ou vesículas, podem ser classificados tanto com relação ao seu tamanho e número 
de lamelas: vesículas multilamelares (MLV - Multilamelar Vesicles) são as formas lipossomais 
formadas por diversas bicamadas lipídicas concêntricas intercaladas por compartimentos 
aquosos, cujo diâmetro varia de 400 a 3500nm. As vesículas unilamelares grandes (LUV - Large 
Unilamelar Vesicles) são formas lipossomais constituídas por apenas uma bicamada lipídica, mas 
com uma grande cavidade aquosa, e que apresenta diâmetro variando entre 200 a 1000nm. Já as 
vesículas unilamelares pequenas (SUV - Small Unilamelar Vesicles) correspondem aos lipossomos 
constituídos por apenas uma bicamada lipídica e um pequeno compartimento aquoso. Seu diâmetro 
varia de 20 a 50nm. De menor importância, mas também caracterizados, encontram-se os lipossomos 
multivesiculares (MVL), vesículas oligolamelares pequenas (SOV), vesículas oligolamelares grandes 
(LOV) e as vesículas oligolamelares gigantes (GOV).
Além disso, as vesículas podem ser formadas por mais de um tipo de lipídio, como por exemplo, 
misturas de fosfolipídio e colesterol, ou por três ou mais lipídios diferentes. Entretanto não são 
todos os lipídios ou todas as misturas lipídicas que formam estruturas vesiculares. A proporção 
adequada é definida a partir do empacotamento das moléculas na bicamada e do volume da cabeça 
polar dos lipídios (Figura 23).
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UNIDADE II │ AplIcAçõEs DE NANomAtErIAIs Em BIologIA E mEDIcINA 
Figura 23. representação esquemática dos vários tipos de lipossomos, considerando sua classificação em 
termos de tamanho e número de lamelas. na representação, cada uma das circunferências corresponde a 
uma bicamada lipídica. (mlv, vesículas multilamelares; suv, vesículas unilamelares pequenas; luv, vesículas 
unilamelares grandes; guv, vesículas unilamelares gigantes; mvl lipossomos multivesiculares; sov, vesículas 
oligolamelares pequenas; lov, vesículas oligolamelares grandes e gov, vesículas oligolamelares gigantes). 
Fonte: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-40422002000700019&script=sci_arttext>.
nanoemulsões
Emulsões são sistemas heterogêneos em que um líquido (fase dispersa) está disperso em outro 
líquido imiscível (fase contínua), na forma de pequenas gotículas. As emulsões mais conhecidas 
consistem de água e óleo, onde estes podem atuar da mesma forma como fase dispersa ou fase 
contínua. Por serem formadas por líquidos imiscíveis, as emulsões são termodinamicamente 
instáveis e, portanto não se formam espontaneamente, sendo necessário fornecer energia para 
formá-las. Geralmente essa energia provém de processos de agitação ou de spray. Mesmo assim, 
dependendo da composição das duas fases, as emulsões tendem a segregarem-se nas suas duas fases 
iniciais em função do tempo. Este fenômeno é facilmente observado nos cosméticos denominados 
bi ou trifásicos. Inicialmente, as fases encontram-se separadas e o usuário deve agitar o frasco, 
fazendo com que a emulsão seja formada. Poucos instantes após a agitação, a emulsão é desfeita, 
e podem-se observar as fases iniciais novamente no frasco. Neste caso, a pouca estabilidade da 
emulsão é desejada, mas na maioria das vezes, necessitamos aumentar este intervalo de tempo 
em que o sistema se apresenta como emulsão. Para isso, faz-se uso de agentes estabilizantes, mais 
conhecidos por agentes emulsificantes. 
Os agentes emulsificantes geralmente são moléculas anfifílicas, que, por apresentarem uma região 
polar e outra apolar, podem adsorver na interface entre as duas fases. Dessa forma, o agente 
emulsificante atua de modo que as pequenas gotículas da fase dispersa estejam “recobertas” pela 
molécula tensoativa, impedindo que elas se agreguem entre si, e se separem de fase. Com a adição 
deste agente emulsificante, as pequenas partículas ficam estáveis em solução, pois não são capazes 
de coalescer (Figura 24).
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AplicAções de NANomAteriAis em BiologiA e mediciNA │ UNidAde ii
Figura 24. representação de emulsões óleo/água (à esquerda), e água/óleo. padroniza-se descrever a emulsão 
como a fase dispersa/fase contínua. 
Fonte: modificado a partir de <http://www.freedom.inf.br/artigos_tecnicos/20020919/20020919_pg2.asp>.
Dentre as emulsões presentes no nosso cotidiano, a maionese é um dos mais 
comuns. Segue abaixo uma receita caseira simples, de como preparar a maionese.
 » 3 ovos grandes
 » 1 pitada de sal
 » 1 colher de sopa de vinagre ou limão
 » Óleo
Adicione todos os ingredientes no liquidificador, com exceção do óleo. Acrescentar 
o óleo aos poucos, lentamente, e observar a consistência da maionese formada.
Você saberia descrever qual a fase dispersa e qual a fase contínua nesta emulsão? O 
que aconteceria se você adicionasse o óleo de forma rápida?
As nanoemulsões compreendem emulsões em que a fase dispersa (diâmetro médio da gotícula) se 
encontra na ordem de alguns nanômetros. Entretanto, ainda assim o uso de agentes emulsificantes 
é fundamental para a estabilidade prolongada do sistema. Para o preparo das nanoemulsões, alguns 
parâmetros devem ser controlados, como selecionar a composição adequada, avaliar a ordem de 
adição destes componentes, e estudar o cisalhamento (ou agitação) adequado para romper as 
gotículas da fase dispersa em tamanhos cada vez menores.
Ciclodextrinas
As ciclodextrinas (CDs) são carboidratos complexos compostos por quantidades variáveis de 
unidades de glicose unidas por ligações tipo α-1,4, que resultam em uma estrutura semelhante a um 
tronco de cone. Estas foram inicialmente identificadas como produtos resultantes da degradação 
do amido pela ação da enzima amilase ciclodextrina glicosiltransferase (CGTase), capaz de romper 
um segmento da hélice do amido e unir as duas porções terminais deste fragmento em uma única 
molécula cíclica. As ciclodextrinas naturais mais comuns apresentam seis, sete ou oito unidades de 
glicose, dando origem à α, β e γ-CD, respectivamente (Figura 25).
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UNIDADE II │ AplIcAçõEs DE NANomAtErIAIs Em BIologIA E mEDIcINA 
Figura 25. representação das ciclodextrinas. 
Fonte: adaptado de <http://www.chromatography-online.org/chrial-gc/contemporary-chiral-stationary-phases/cyclodextrin.
html>. acessado em: 1/2/2012.
A estrutura cristalina das ciclodextrinas mostrou que estas moléculas possuem as hidroxilas 
primárias na parte mais estreita do tronco, ao passo que as hidroxilas secundárias encontram-se 
na sua parte mais larga. As hidroxilas das extremidades tornam as ciclodextrinas solúveis em água, 
devido à possibilidade de formação de ligações de hidrogênio com o solvente. Por outro lado, o 
interior da cavidade é delimitado pelo alinhamento dos hidrogênios C(3)-H e C(5)-H e pelo oxigênio 
da ligação éter C(1)-O-C(4), o que lhes confere caráter hidrofóbico. O diâmetro das ciclodextrinas é 
da ordem de poucos nanômetros, mas depende da quantidade de resíduos de glicose incorporados 
na estrutura.
dendrímeros
Dendrímeros (do gredo dedron - árvore e mero - parte ou fração) são moléculas com estruturas 
quase esféricas, construídas por meio do crescimento radial de uma forma repetitiva, em camadas. 
Estes apresentam um grande número de subgrupos funcionais reativos, e espaços no interior da 
estrutura,