Biotoecnologia na medicina: Breve histórico e perspectivas futuras

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UNIVERSIDADE DE ARARAQUARA 
 
Jhonatan Miguel Silva 
 
A IMPORTÂNCIA DA BIOTECNOLOGIA NA ÁREA DA SAÚDE 
Panorama histórico e perspectivas futuras. 
 
 
Disciplina: Seminários de integração 
Docente: Prof. Dr. Antônio Carlos Massabni 
Data: 01 de novembro de 2019 
 
 
 
 
Araraquara 
2019 
RESUMO 
 
A biotecnologia, em seu sentindo amplo, pode ser definida como o uso de 
seres vivos ou suas partes para a produção de bens e serviços. Apesar de ser 
considerada uma área recente, seus processos estão presentes desde a antiguidade 
na produção de alimentos e bebidas fermentadas. A biotecnologia também se faz 
presente na medicina desde a antiguidade. Técnicas antigas utilizavam 
sanguessugas para promover a sangria em pacientes afim de diminuir a quantidade 
de liquido circulante. Hoje, apesar da sangria ser considerada uma prática sem 
embasamento científico as sanguessugas ainda estão sendo utilizadas na produção 
de medicamentos anticoagulantes em membros reimplantados para promover a 
revascularização. Nesse sentido, muitos tratamentos surgiram no decorrer do tempo 
como as vacinas, a produção do primeiro antibiótico e a produção da insulina, que 
revolucionaram a medicina e possibilitaram uma melhor qualidade de vida para o ser 
humano. Muitos produtos e tecnologias ainda estão surgindo como os scaffolds em 
Medicina Regenerativa, a produção de células tronco pluripotentes induzidas e os 
sistemas micro fisiológicos, que prometem aprimorar ainda mais a medicina 
moderna e proporcionar melhores técnicas e terapias para diversos tratamentos. 
Palavras-chave: Biotecnologia, Medicina, Vacinas, Scaffolds, Medicina 
Regenerativa, Células tronco pluripotentes induzidas.
1 – INTRODUÇÃO: BIOTECNOLOGIA CLÁSSICA E MODERNA 
A biotecnologia, palavra derivada do grego bios (βίος)- vida; technos (τεχνηος) 
–prática and logos (λόγος) – pensamento ou estudo, é reconhecida conceitualmente 
como a união de biologia e tecnologia. Contudo não existe um consenso em sua 
definição, logo é possível encontrar diversas formas de defini-la. 
Segundo Faleiro e Andrade (FALEIRO; ANDRADE, 2011) “Em seu significado 
mais amplo, a biotecnologia é definida como uso de seres vivos, suas partes ou 
produtos para a produção de bens e serviço”. Já de acordo com o Ministério do Meio 
Ambiente “As biotecnologias, em seu sentido mais amplo, compreendem a 
manipulação de micro-organismos, plantas e animais, com vistas à obtenção de 
processos e produtos de interesse para a sociedade” (MINISTÉRIO DO MEIO 
AMBIENTE, 2019). 
Há ainda o debate sobre o que se entende por biotecnologia clássica e 
moderna. De acordo com Souza e Canongia (SOUZA; CANONGIA, 2006) a 
biotecnologia clássica se refere a processos tradicionais como a fermentação, o 
melhoramento genético por seleção, o uso de seres vivos ou suas partes para 
produzir bens e serviços. Já a biotecnologia moderna, de acordo com Faleiro e 
Andrade (FALEIRO; ANDRADE, 2011) nasceu com o descobrimento do DNA que 
possibilitou uma revolução na área da genética e biologia molecular. 
Já as técnicas da biotecnologia clássica são utilizadas há bastante tempo. 
Estima-se que processos fermentativos para produção de alimentos, como queijo e 
vinho, datam de 6000 a.C. pelos assírios e babilônios (BARCELOS et al., 2018; 
FALEIRO; ANDRADE, 2011; KAFARSKI, 2012; THÁLYTA, 2010). 
 
2 – A BIOTECNOLOGIA NA MEDICINA ANTIGA 
Técnicas de biotecnologia também foram utilizadas na antiguidade com fins 
terapêuticos. O uso de anelídeos em sangrias e cascas ou secreções de feridas de 
varíola bovina como prevenção da varíola humana são bons exemplos dessas 
técnicas (MARTINS, R. A. et al., 1997; REZENDE; REZENDE, 2009). 
As sanguessugas inicialmente surgiram como uma variação da sangria e 
tornou-se bastante popular no início do século XIX. Acreditava-se que problemas 
como enxaquecas e hemorroidas seriam causadas pelo excesso de sangue e 
seriam facilmente resolvidas com a técnica. Hoje sabe-se que a técnica não possui 
embasamento científico (CIPRANDI; HORN; TERMIGNONI, 2003; REZENDE; 
REZENDE, 2009). 
 
 
 
 
 
Figura 1: O emprego de sanguessugas. Fonte: Rezende, 2009 (REZENDE; 
REZENDE, 2009). 
 
Apesar disso, pesquisas vêm sendo desenvolvidas para a produção de 
medicamentos anticoagulantes com base na saliva desses anelídeos (CIPRANDI; 
HORN; TERMIGNONI, 2003; REZENDE; REZENDE, 2009). Aliás, nos últimos cinco 
anos, as sanguessugas voltaram em cena, pois vêm revelando-se úteis no pós-
operatório de pacientes que tiveram membros reimplantados, uma vez que auxiliam 
a restabelecer a circulação sanguínea entre os tecidos reconstituídos 
(TARAZJAMSHIDI et al., 2014). 
 
 
 
 
Figura 2: Terapia de sanguessugas no pós-operatório de pacientes com membros 
reimplantados. Fonte: TarazJamshidi et al., 2014 (TARAZJAMSHIDI et al., 2014). 
 
Há mais de 500 anos, na China, utilizavam-se feridas de varíola secas ao sol 
como prevenção para a doença. O método baseia-se na exposição dos patógenos a 
radiação solar que os enfraqueciam. Assim, ao aspirar o pó obtido o corpo entraria 
em contato com uma versão mais inofensiva do vírus e tornava-se imune 
(MARTINS, R. A et al., 1997). 
 
 
 
 
 
 
Figura 3: Aspiração do pó obtido das feridas secas da varíola para imunização. 
Fonte: Martins et al., 1994 (MARTINS, R. A. et al., 1997). 
Já em 1780, Edward Jenner descobriu que a varíola bovina causava uma 
infecção inofensiva e protegiam as pessoas da varíola humana. Assim, as secreções 
das feridas de varíola bovina eram colocadas em contato com a pele previamente 
arranhada de pacientes que desenvolviam a doença de forma mais branda e 
tornavam-se imune a varíola humana. Surgindo assim a primeira vacina, termo 
derivado do latim Vaccinus que significa “derivado da vaca” (HILLEMAN, 1999; 
MEDEIROS, 2016). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 - A BIOTECNOLOGIA NA MEDICINA CONTEMPORÂNEA 
Com a evolução da ciência, a biotecnologia passou a ser sistematizada, o que 
potencializou seus benefícios sociais e ambientais. Exemplos claros foram a 
evolução das vacinas e o descobrimento da penicilina. 
Durante o século XIX, a vacinação contra a varíola tornou-se uma prática 
mundial, especialmente na Europa e América do Norte. Mas os princípios 
aprendidos com os resultados de Jenner permaneceram ociosos por mais de um 
século e meio, durante os quais nenhuma nova vacina apareceu. Apesar de se 
demonstrarem eficazes na imunização, sofreram protestos e objeções por parte da 
população e da igreja pois foi reconhecida a possibilidade de morte dos inoculados 
(02 a 03 óbitos em cada 100 inoculados). Além disso, havia o temor por parte da 
população que houvesse a transferência aos “vacinados” de características bovinas, 
tais como: feições de boi, nascimento de chifres e mugidos, pelo fato do 
procedimento consistir na introdução de matéria extraída dos úberes da vaca. Desta 
forma tornava-se necessário aumentar a confiabilidade das vacinas e eliminar a 
ideia que as doenças seriam “castigo divino” (BONANNI; SANTOS, 2011; 
HILLEMAN, 1999; LAROCCA; CARRARO, 2000). 
 
 
 
 
 
Figura 4: Charge inglesa do século IX que demonstra pessoas adquirindo 
características bovinas após a imunização. Fonte: www.poder360.com.br/midia/fake-
news-sabotaram-campanhas-de-vacinacao-na-epoca-do-imperio/#close-modal 
http://www.poder360.com.br/midia/fake-news-sabotaram-campanhas-de-vacinacao-na-epoca-do-imperio/#close-modal
http://www.poder360.com.br/midia/fake-news-sabotaram-campanhas-de-vacinacao-na-epoca-do-imperio/#close-modal
Grande parte dessa descrença se dava pelo desconhecimento da causa das 
doenças. Ainda naquela época experimento estava sendo realizados para obter 
provas que rejeitassem a teoria da geração espontânea e que estabelecesse a 
teoria germinativa da doença. Através da pesquisa pioneira de Louis Pasteur e 
Robert Koch, a qual estabeleceu que os micro-organismos eram a causade 
doenças infecciosas, a ciência da imunologia foi fundada (BONANNI; SANTOS, 
2011; HILLEMAN, 1999; LAROCCA; CARRARO, 2000; MOHR, 2016). 
Pasteur desqualificou a teoria da geração espontânea de micróbios, e seus 
estudos sobre o metabolismo de micro-organismos levaram à descoberta de 
maneiras para transformar os patógenos em versões inofensivas possibilitando a 
produção de vacinas e outras novas maneiras de prevenir e tratar infecções. Assim 
surgiram técnicas como a atenuação ou inativação de micro-organismos que 
possibilitaram a imunização de diversas doenças como a raiva, febre tifoide, cólera e 
peste negra (peste bubônica) (BONANNI; SANTOS, 2011). 
 
 
 
 
 
 
Figura 5: Louis Pasteur em seu gabinete de estudos. Fonte: 
http://www.ccms.saude.gov.br/revolta/personas/pasteur.html. 
 
http://www.ccms.saude.gov.br/revolta/personas/pasteur.html
Outro grande marco da biotecnologia na medicina moderna é a produção da 
penicilina, o primeiro antibiótico. A população mundial, em especial a da Europa e 
Ásia, sofreu vários casos de pandemia na era pré-antibiótica. Estima-se que apenas 
a peste negra, causada pela bactéria Yersinia pestis, foi responsável por pelo menos 
três pandemias na história, ocasionando quase 100 milhões de mortes na Europa e 
o surto entre 1895 e 1930, com cerca de 12 milhões de vítimas, principalmente na 
Índia (MOHR, 2016). 
Nos dias em que nada se sabia sobre a causa das infecções, métodos de 
prevenção, antibióticos e vacinação, por milhares de anos a humanidade foi 
torturada por enormes epidemias como sífilis, varíola, malária, tifo, febre amarela, 
hanseníase, tuberculose, gripe espanhola, cólera e peste negra, para citar apenas 
alguns exemplos (MOHR, 2016; "Alexander Fleming e a descoberta da penicilina”, 
2009) 
A descoberta acidental da penicilina, em 1928 pelo médico inglês Alexander 
Fleming inaugurou uma nova era na medicina, uma vez que enfermidades 
infecciosas que normalmente levariam à morte puderam ser curadas ("Alexander 
Fleming e a descoberta da penicilina”, 2009). A penicilina é uma substância 
secretada pelo fungo Pennicilium e demonstrou-se mais eficiente no controle de 
proliferação bacteriana comparado às substâncias químicas utilizadas na época, 
como o salvarsan (utilizado no tratamento de sífilis), a proflavina (largamente 
utilizada na segunda guerra mundial, principalmente em feridas profundas), e as 
sulfas ou sulfonamidas (prontosil) (GUIMARÃES et al., 2010). Contudo, o antibiótico 
somente foi introduzido como agente terapêutico nos anos 1940. Após o processo 
de industrialização da penicilina, especialmente em consequência da Segunda 
Guerra Mundial, foi observado um rápido crescimento na descoberta e 
desenvolvimento de novos antibióticos (GUIMARÃES et al., 2010). 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 6: Alexander Fleming em seu laboratório de pesquisa. Fonte: (“Alexander 
Fleming e a descoberta da penicilina”, 2009). 
 
Outro marco para a biotecnologia na área da medicina foi a produção de 
insulina sintética por micro-organismos transgênicos para o tratamento de diabetes. 
O diabetes melito é uma doença bastante antiga. Existem registros de seus 
sintomas que datam de 1.500 a. C., como a diurese frequente e abundante, sede 
incontrolável e emagrecimento acentuado, suas principais manifestações clínicas. 
Aretaeus, médico romano, criou o termo “dia-betes” que significa “passar-através” 
por causa de excessiva diurese, um dos sintomas mais evidentes da doença 
(BARNETT; KRALL, 2016; CHACRA; PIRES, 2008). 
Contudo, foi apenas em 1889 que Joseph von Mering e Oskar Minkowsky 
durante suas pesquisas sobre digestão de gorduras observaram que ao retirar o 
pâncreas de cães desencadeavam sintomas muito similares da doença. Em 1908 o 
cientista Georg Zuelzer desenvolveu o primeiro extrato pancreático injetável que 
suprimiu a glicosúria, entretanto, essa modalidade terapêutica não evoluiu devido 
seus efeitos adversos (BARNETT; KRALL, 2016; CHACRA; PIRES, 2008). 
A insulina foi isolada do extrato pancreático em 1921 por Banting e Charlie 
Best, no laboratório do fisiologista MecLeord. O primeiro teste para a diminuição da 
glicosúria e cetonúria foi realizada em 1922 pela injeção de 15 mL de extrato 
pancreático em um paciente de 14 anos. Contudo o efeito obtido foi abaixo do 
esperado, além de provocar abcessos no local de aplicação. Somente após a 
purificação do extrato pelo bioquímico J. B. Collip, que o procedimento surtiu o efeito 
desejado de forma imediata. A descoberta da relação entre a secreção pancreática e 
o diabetes melitos rendeu o Nobel de medicina e fisiologia em razão dessa 
conquista terapêutica (BARNETT; KRALL, 2016; CHACRA; PIRES, 2008). 
A primeira insulina produzida comercialmente foi a insulina regular ou insulina 
“R”. Inicialmente extraídas de animais, possui um mecanismo rápido de ação, logo 
necessitava de diversas aplicações ao longo do dia rendendo vária queixas por parte 
dos pacientes. Desta forma, outros tipos de insulinas com maior tempo de ação 
foram produzidos, dentre elas destacam-se a Insulina NPH, com adição da proteína 
básica protamina, e a insulina (PZI – Protaminic zinc insuline) com adição de zinco 
em sua composição. Porém, na prática clínica, diferentes complicações do uso 
destas insulinas foram observadas, entre elas, quadros alérgicos, lipodistrofias nos 
locais das aplicações e, a mais importante, a resistência imunológica à insulina 
(BARNETT; KRALL, 2016; CHACRA; PIRES, 2008). 
Com o avanço da biologia molecular, iniciou-se a era das insulinas 
biossintéticas humana. Seu princípio se baseia na modificação genética de bactérias 
para induzir a produção do hormônio utilizado no tratamento de diabetes. A técnica 
possui cinco procedimentos gerais: fracionar o DNA em locais específicos utilizando 
enzimas de restrição, unir fragmentos de DNA de forma covalente (DNA ligase), 
selecionar um DNA que pode se autorreplicar para vetor de clonagem, transferir o 
DNA para uma célula hospedeira e selecionar as células com o DNA recombinante. 
A bactéria Escherichia coli foi o primeiro organismo usado para o trabalho do rDNA e 
ainda é a célula hospedeira mais comum (SILVA; LOPES, 2012). Graças à insulina 
biossintética não era mais necessária sua extração de animais, que além de 
possibilitar a produção em larga escala contribuiu para atenuar o problema de 
rejeições e reações alérgicas, uma vez que o hormônio produzido é muito 
semelhante ao secretado pelos humanos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 – PERSPECTIVAS PARA A BIOTECNOLOGIA NA MEDICINA DO FUTURO. 
Com o desenvolvimento de técnicas e novos materiais as perspectivas para a 
biotecnologia aplicada na área da saúde são bastante promissoras. Em especial 
destaca-se o uso da celulose bacteriana na produção de scaffolds com potencial 
aplicação em Medicina Regenerativa. 
A Medicina Regenerativa é um ramo da medicina que propõe restaurar ou 
substituir células, tecidos e órgãos para recuperar sua funcionalidade. Segundo 
Porcellini (PORCELLINI, 2009), é uma área bastante recente que surgiu em 1997 
quando Whitman et al (WHITMAN et al., 1997) propôs a integração de plasma rico 
em plaquetas aderidas em fibrina para a possível regeneração óssea do maxilar. Em 
1998 no trabalho de Marx et al (MARX et al., 1998), foi demonstrado que plasma rico 
em plaquetas é capaz de induzir a regeneração óssea da mandíbula. 
 
 
 
 
Figura 7: À esquerda enxerto em funcionamento de medula óssea após 6 meses de 
tratamento sem plasma rico em plaquetas. À direita, funcionamento do enxerto de 
medula esponjosa onde o plasma rico em plaquetas foi utilizado e demonstra uma 
maturidade e consolidação óssea aumentadas aos 6 meses. Fonte: (MARX et al., 
1998). 
 
A Regeneração Óssea, que consiste no tratamento de condições como 
traumas, osteossarcoma (tumor ósseos primário), osteomielite (infeção grave do 
tecido ósseo), osteíte (inflamação no tecidoósseo), entre outras, tem sido um 
grande desafio na clínica cirúrgica. Muitas abordagens terapêuticas como: 
aloenxertos (transplante entre diferentes indivíduos de uma mesma espécie), 
xenoenxertos (transplante cirúrgico entre indivíduos de espécies diferentes), 
autoenxertos (transplante retirado do próprio indivíduo), enxertos artificiais, têm sido 
empregadas para restaurar a função de óssea. Contudo, tais abordagens possuem 
limitações que dificultam sua aplicação como: a quantidade limitada de ossos 
doados ou retirados do próprio paciente, risco de resposta do sistema imune, 
possíveis infeções e morte de tecidos. Além disso, próteses sintéticas dificilmente 
são capazes de mimetizar ossos verdadeiros e de interagirem bem com tecidos 
ósseos circundantes, o que podem ocasionar em alguma fadiga (TORGBO; 
SUKYAI, 2018). 
Desta forma a biotecnologia aplicada à regeneração óssea tem se 
demonstrado bastante promissora, em especial os scaffolds em Engenharia de 
Tecidos. Os scaffolds podem promover diferentes tipos de mecanismos para a 
regeneração óssea como a Osteocondução (Capacidade de estimular o crescimento 
de novos tecidos na superfície e nos poros do implante, promovendo a aderência e 
proliferação das células para formar novo tecido ósseo vascularizado), Osteoindução 
(Capacidade de atrair células imaturas e induzi-las a se transformarem em células 
formadoras de tecido ósseo. Em geral induzem células a formação óssea em meio 
ectópico por mecanismos de sinalização biomolecular) e Osteointegração (Ocorre a 
integração entre células tecido ósseo e o implante pela adesão das células na 
superfície do material implantado) (TORGBO; SUKYAI, 2018). 
O osso possui um sistema biomecânico bastante complexo o que exige dos 
scaffolds propriedades específicas que para promoverem essa restauração como a 
biocompatibilidade, propriedades mecânicas semelhantes a estrutura óssea, 
porosidade adequada que permita a vascularização do tecido ósseo (entre 200 e 
350 μm) e bioabsobabilidade/biodegradabilidade. Desta forma os scaffolds utilizando 
celulose bacteriana tem se demonstrado bastante promissores para regeneração 
óssea, uma vez que apresentam as propriedades ideais exigidas para a tal aplicação 
(TORGBO; SUKYAI, 2018). 
O trabalho de revisão de Torgbo e Sukyai (TORGBO; SUKYAI, 2018) cita 
diversos materiais baseados em celulose bacteriana com potencial aplicação em 
regeneração óssea como do trabalho de Huang et al (HUANG et al., 2017), que 
produziram um scaffold de celulose bacteriana/Hidroxiapatita em gel de agarose que 
foi capaz de promover a adesão, a proliferação e a viabilidade celular em processo 
osteogênico de células estaminais da medula óssea humana. 
 
 
 
 
 
 
Figura 8: Coloração H&E (Hematoxilina e Eosina) (100x e 200x) de CB (a, 
a1), CB / Gel (b, b1), CB / PA / Gel (c, c1) e CB / PA / Gel / HAp (d, d1) andaimes 
com hBMSCs implantado nas bolsas musculares da coxa de camundongos após 6 
semanas. As setas indicam nova formação óssea. Fonte: HUANG et al., 2017. 
 
Uma outra área da Medicina Regenerativa que será beneficiada pelos novos 
materiais biotecnológicos é a produção de vasos sanguíneos artificiais. 
De acordo com dados com a Organização Mundial da Saúde (OMS) as 
doenças cardiovasculares são a maior causa de mortalidade em todo o mundo. 
Estima-se que apenas em 2016 causou a morte de aproximadamente 17,9 milhões 
de pessoas em todo o mundo cerca de 31% de todas as mortes (“World Health 
Organization, Factsheets, Cardiovascular Diseases (CVDs)”, 2017). Segundo o 
trabalho e Lee e Park (LEE; PARK, 2017) todo ano cerca de 600 mil procedimentos 
cirúrgicos relacionados às doenças cardiovasculares, como o transplante de 
coronária, são realizados mundialmente. 
Tal demanda, segundo Schumann et al (SCHUMANN et al., 2009), ocasionou 
no uso generalizado de enxertos artificiais com os de Politerefitalato de etileno e 
Teflon (Politetrafluoroetileno expandido – PTEFe). Contudo, em enxertos de 
pequeno diâmetro (< 6mm) a taxa oclusão e trombose era de 40% dos casos em 
menos de 6 meses de implante. A oclusão de vasos artificiais é associada às 
interações do sangue com os materiais sintéticos que ocasionam a obstrução. Além 
disso, materiais artificiais aumentam o risco de infeções bacteriana e podem 
provocar rejeições e inflamações generalizadas. 
Considerando os enxertos naturais, implantes vêm sendo realizados 
utilizando a veia safena, como a mamária interna autóloga, em processos de 
revascularização. Contudo, o procedimento não é totalmente adequado uma vez que 
por ser pequena a veia mamária pode apresentar varicosidade. Desta forma, a 
busca por novos implantes de pequeno diâmetro, biocompativeis e que não ocorra 
inclusão é de grande importância. 
A celulose bacteriana apresenta características relevantes para a produção 
de vasos sanguíneos artificiais como: propriedades mecânicas adequadas (módulo 
de Young 134 GPa e resistência a tração de 2 GPa por fibra), pureza elevada, 
microestrutura que permita a adesão e proliferação de células e biocompatibilidade. 
 
 
 
 
 
 
Figura 9: Tubos BASYC® - Com diferentes diâmetros internos em diferentes 
espessuras. 
 
O trabalho de Schumann (SCHUMANN et al., 2009) foram realizados 
transplantes dos vasos sanguíneos de celulose bacteriana (BASYC® (KLEMM et al., 
2001)) in vivo como substituinte de artérias carótidas em 5 ratos, com a cavidade 
interior de 1mm, quais foram deixados crescer por 1 ano. Foram implantados 
também em artérias carótidas de 8 porcos, com o peso entre 35-40 Kg, que tiveram 
acesso livre a comida e foram deixados crescer por 3 meses. Os animais foram 
abatidos e os implantes avaliados, quanto à resistência a pressão sanguínea 
70mmHg e a obstrução dos vasos. 
Nos ratos observou-se que no local de contato entre a prótese e o recém-
formado vaso sanguíneo verificou a presença de fibroblastos ativos que produz 
colágeno, necessários para a integração e adequação dos vasos sintéticos ao corpo 
do animal. Além disso, em todos os animais de um ano, não verificou a obstrução de 
nenhuma artéria sintética. Estima-se que a alta taxa de permeabilidade pode ser 
favorecida pela natureza orientada das fibras da BASYC®, que facilitam o fluxo 
sanguíneo. 
Já nos porcos a taxa de permeabilidade dos enxertos foi de 87,5% (1 de 8 
enxertos foi encontrado obstruído) acredita-se que a obstrução poder ter ocorrido 
devido o tecido circundante que não aderiu corretamente ao enxerto. Contudo, não 
foi identificado nenhum tipo de estreitamento das artérias artificiais (estenose) e 
nenhum tipo de anastomose (rede de canais que se bifurcam). Vale ressaltar 
também que não houve mudanças aparentes em nenhum dos enxertos, incluindo 
dilatação (aneurisma), deiscência (fissura natural) e fístulas (conexões inapropriadas 
de tecidos e órgãos distintos). Indicando que os enxertos de vasos sanguíneos 
artificiais de celulose bacteriana têm um grande potencial para aplicações futuras em 
humanos. 
 Técnicas de biotecnologia moderna também estão surgindo e possuem um 
grande potencial para diversas áreas da medicina. Um destes procedimentos é a 
produção de células tronco pluripotentes induzidas (iPSC). 
O interesse por células pluripotentes consiste no tratamento de tecidos, 
órgãos lesados ou destruídos, por isso podem ser uma rota para o tratamento de 
mal de Parkson, lesões medulares e diabetes (TAKAHASHI; YAMANAKA, 2006). 
 Atualmente, tratamentos com células tronco sofrem um grande embate ético 
pelo uso de embriões humanos no processo. Além disso, existe a preocupação de 
ocorrer rejeição imunológica em durante o procedimento. As células tronco, ou 
células estaminais (ES), podem ser classificadas em dois tipos principais: 
embrionárias e não embrionárias. As células estaminais embrionárias possuem a 
característica de ser pluripotentes, ou seja, podem formar qualquer tipo de célula 
nas três camadasgerminativas (endoderme, mesoderme e ectoderme), já as 
estaminais não embrionárias são capazes de formar diversos tipos de tecidos, ou 
seja, são multipotentes, e podem ser extraídas de alguns tecidos ou órgão como a 
placenta, cordão umbilical, medula óssea, sangue periférico. 
 Obtidas inicialmente no trabalho de Takahashi e Yamanaka (TAKAHASHI; 
YAMANAKA, 2006) utilizando cultivos de fibroblastos embrionários e adultos de 
camundongos, as iPSC foram produzidas in vitro pela reprogramação gênica de 
células somáticas através de quatro fatores de transcrição que as induzem a 
adquirirem propriedades semelhantes às células estaminais embrionárias. A 
hipótese foi fundamentada na reprogramação nuclear baseadas em genes de 
ovócitos (oócitos II) os quais mantém a propriedade pluripotente embrionárias por 
tempo elevado. Através de vetores retrovirais os genes são introduzidos em células 
somáticas e induz a expressão endógena de pluripotência. Além disso, fatores 
exógenos que possuem papéis chave na diferenciação celular são silenciados e o 
estado pluripotente torna-se completamente dependente do circuito transcricional 
endógeno (CUNHA; REIS, 2017; TAKAHASHI; YAMANAKA, 2006). 
 As células tronco pluripotentes induzidas (iPSC) produzidas no trabalho de 
Takahashi e Yamanaka (TAKAHASHI; YAMANAKA, 2006) foram transplantadas de 
forma subcutânea em camundongos imunodeficientes e encontrou-se tumores com 
células dos três tipos de tecidos embrionários, indicando que a indução de células 
somáticas para obtenção de propriedades pluripotentes foi eficaz. 
Segundo o trabalho de Reis (CUNHA; REIS, 2017), a reprogramação gênica 
tem sido realizada utilizando fibroblastos de pele humana com uso de vetores virais. 
Contudo, devido a dificuldade de se obter tecido epitelial pela necessidade de 
biópsia alguns estudos recentes indicam que outras células humanas estão sendo 
utilizadas para a produção de iPSC, como células tronco de tecido adiposos, 
hepatócitos, linfócitos de sangue periférico, entre outras, que podem viabilizar 
diversos tratamentos e evitar reações de rejeição por utilizar células do próprio 
paciente. A Figura 10 demonstra o esquema resumido da formação de iPSC e as 
células que se formam. 
 
Figura 10: Representação esquemática da produção de iPSC e a formação de 
células de diferentes tecidos embrionários. Fonte: 
https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/protocols/biology/ipsc-
differentiation.html. 
 
 Ainda pensando nas aplicações de iPSC e no uso dos suportes 3D para 
cultura de células (Scaffolds), o trabalho de Edington (EDINGTON et al., 2018) 
aborda a produção de “Sistemas micro fisiolóficos” (“MPSs) que mimetizam as 
funções fisiológica in vivo através de microambientes de cultura especializado para 
que seja realizados testes de fármacos in vitro. 
https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/protocols/biology/ipsc-differentiation.html
https://www.sigmaaldrich.com/technical-documents/protocols/biology/ipsc-differentiation.html
 Conhecidos como “corpo humano em chip” ou “órgãos em pastilhas”, os 
sistemas micro fisiológicos são microambientes de culturas celulares especializadas, 
que em matrizes 3D (scaffolds) interligadas por canais de microperfusão buscam 
simular o funcionamento fisiológico do corpo humano. Estão sendo desenvolvidos 
afim de suprir a demanda em farmacologia pré-clínica por modelos mais eficazes 
para teste de toxicidade e segurança de medicamentos. Atualmente, utiliza-se os 
modelos animais, que além de retardam o desenvolvimento de tratamentos, não são 
muito precisos em prever a segurança e eficácia dos medicamentos em humanos, 
ocasionando bilhões de dólares perdidos a cada ano (EDINGTON et al., 2018). 
 Contudo, a produção de sistemas micro fisiológicos multifuncionais ainda se 
encontram em desenvolvimento e apresentam alguns desafios técnicos a serem 
superados, como descritos por Edington et al (EDINGTON et al., 2018): 
“(i) criação e manutenção de MPSs que exibam função 
fisiológica suficientemente representativa e robusta em 
periodos de cultura prolongada, exigindo tipicamente a 
obtenção e preparação intensiva de células primárias ou 
células-tronco pluripotentes (PSCs) para atingir a 
maturidade funcional em microambientes especializados; 
(ii) concepção e fabrico de equipamento em forma de 
plataforma que possa acomodar e sustentar as MPS 
relevantes - incluindo a transferência de fora da plataforma 
para a plataforma, no caso das MPS que exijam tempos de 
maturação díspares e meios complexos de maturação - 
ligando-as fluidicamente de uma forma que seja permissiva 
para a análise quantitativa de fenómenos biológicos 
envolvendo o destino de drogas ou fenómenos de doenças; 
(iii) seleção de uma composição média compatível com as 
diferentes MPS na plataforma; 
(iv) uma variedade de outros aspectos práticos e 
translacionais, incluindo separação do fluxo, taxas de 
fluxo, fisiológicos.” 
A Figura 11 é a representação esquemática do funcionamento dos sistemas 
micro fisiológicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 11: Representação esquemática do funcionamento de sistemas micro 
fisiológicos aplicados em testes farmacológicos pré-clínicos. Fonte: (EDINGTON et 
al., 2018). 
 
 
 
 
5 – CONCLUSÃO 
Há muito tempo, a biotecnologia tem contribuído para a manutenção da saúde 
humana. Desde a produção de formas para imunização em massa, como as 
vacinas, passando pela produção de fármacos revolucionários como a penincilina e 
até a produção de insulina humana para o tratamento de diabetes, a biotecnologia 
possibilitou um aumento na qualidade de vida do homem e auxiliou no 
desenvolvimento da sociedade que conhecemos. Ainda hoje, processos e materiais 
biotecnológicos têm sido desenvolvidos com o objetivo de atender a demanda por 
novos produtos e serviços visando melhorar ainda mais os procedimentos aplicados 
na medicina moderna. A produção de scaffolds aplicados à regeneração de tecidos 
e órgãos, células tronco pluripotentes induzidas e sistemas micro fisiológicos, são 
apenas algumas das tecnologias que poderão aprimorar ainda mais a medicina e 
proporcionar melhores tecnologias e terapias para diversos tratamentos. 
Portanto, é inegável a importância da biotecnologia para a sociedade 
contemporânea, uma vez que dificilmente conseguiríamos avança-la sem a 
contribuição dessa importante área. 
 
 
 
 
 
 
 
6 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA 
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