Contribuição da Biotecnologia para a Ciência Médica

Contribuição da Biotecnologia para a Ciência Médica!

A biotecnologia provou ser um benefício para a ciência médica de várias maneiras. Seja no reforço da imunidade contra doenças, ou no fornecimento de tratamento geneticamente melhorado para doenças, a biotecnologia tornou-se uma parte inseparável do mundo da medicina.

De fato, o desenvolvimento da insulina humana, a primeira droga geneticamente modificada, marcou o início de uma era extremamente bem-sucedida de aplicações genéticas na medicina. Vamos examinar esses aplicativos em detalhes.

Detecção de Doenças Genéticas:

O tratamento efetivo de qualquer doença depende de seu diagnóstico correto. A medicina convencional oferece pouca garantia de detecção precisa, e o diagnóstico sempre contém um elemento de probabilidade. No entanto, as novas técnicas de engenharia genética tornam possível o diagnóstico preciso pela localização e análise de genes únicos em uma cadeia de milhares de genes através de "sondas genéticas". Estes são os segmentos de DNA, que combinam e, portanto, se ligam aos segmentos de DNA de genes individuais. Sua ligação pode ser detectada apenas rotulando esses segmentos de DNA.

Essas sondas são utilizadas para reconhecer sequências de DNA associadas a doenças genéticas. Os genes podem agora ser detectados para um número variado de condições genéticas em pequenas amostras de tecido coletadas de pacientes ou mesmo de embriões por amniocentese. Essas sondas de DNA também podem ser usadas para identificar organismos patogênicos e são usadas em testes em que não é possível usar anticorpos.

Anticorpos Monoclonais e Diagnóstico:

Anticorpos são proteínas geradas por um organismo para combater uma doença ou uma infecção. Esses anticorpos são produzidos pelos glóbulos brancos como uma resposta a um organismo causador de doença ou infecção, que o corpo reconhece como estranho.

Os anticorpos funcionam ligando-se a essas substâncias estranhas à medida que circulam no sangue e, assim, impedem que causem danos ao corpo. Esses anticorpos se ligam à proteína específica (antígeno), que desencadeou sua produção. Eles podem ser obtidos a partir do sangue de animais imunizados e, eventualmente, utilizados para fins de diagnóstico e pesquisa.

Anticorpos são de dois tipos. Os anticorpos policlonais não são específicos na natureza e podem reconhecer muitas proteínas ao mesmo tempo. Os anticorpos monoclonais reconhecem apenas um tipo específico de proteína. Anticorpos, especialmente os monoclonais, estão sendo amplamente utilizados para fins de diagnóstico. Algumas das áreas onde eles encontram aplicação mais ampla incluem testes de gravidez, rastreamento de câncer e diagnóstico de gastroenterite viral, hepatite B, fibrose cística e doenças sexualmente transmissíveis como a AIDS.

Drogas Terapêuticas:

As vacinas modernas já ajudaram a erradicar doenças como a varíola e reduzir a exposição à pólio, tifo, tétano, sarampo, hepatite, rotavírus e outras infecções perigosas. No entanto, os métodos de imunização padrão são ruins quando atingidos por uma doença específica. O material genético, isto é, o DNA e o RNA, podem ser usados ​​para desenvolver vacinas melhoradas.

A tecnologia de DNA recombinante facilita o design e a produção em massa de tais modelos, bem como maior estabilidade no armazenamento. Além disso, uma vez que essas vacinas podem ser projetadas para transportar genes de diferentes cepas de patógenos, elas podem fornecer imunidade contra várias outras cepas de uma só vez.

A ideia de que os genes poderiam ser usados ​​na criação de vacinas foi debatida nos anos 1950-60. Estudos iniciais revelaram que, se o material genético fosse entregue na célula de um animal, resultaria na síntese das proteínas codificadas e anticorpos direcionados contra essas proteínas.

Os organismos causadores de doenças carregam antígenos em sua superfície, que ativam o mecanismo de defesa do corpo e, assim, ajudam a controlar os danos causados ​​ao corpo. Células especiais encontradas em todo o corpo humano produzem anticorpos e antígenos.

Essas células reconhecem a forma de um determinado grupo determinante do antígeno e produzem anticorpos específicos para combater não apenas a vasta gama de invasões microbianas, mas também uma gama ilimitada de substâncias químicas sintéticas. Em suma, o sistema de mamíferos pode ligar e desativar quase qualquer molécula estranha que entra no sistema.

As vacinas são preparadas a partir de microrganismos vivos ou mortos que podem ser introduzidos no corpo humano ou animal para estimular sua imunidade. Eles podem imitar agentes infecciosos e, posteriormente, ajudam o corpo a desenvolver respostas imunes protetoras.

Quando usadas em larga escala, as vacinas têm sido uma força importante no controle de doenças microbianas dentro das comunidades. O principal objetivo da pesquisa de vacinas é identificar e caracterizar os antígenos individuais de agentes infecciosos que podem ajudar no desenvolvimento de uma resposta imune.

A vacina contra a poliomielite quase eliminou a doença do mundo. As vacinas contra a febre tifóide e a cólera, no entanto, ainda não são muito eficazes e estão sendo trabalhadas. A pesquisa também está em desenvolvimento de vacinas contra doenças como sífilis, hepatite sérica, malária e muitas outras. Pesquisas sobre vacinação contra o HIV estão sendo feitas em escala mundial. Vacinas para doenças bacterianas e parasitárias também têm feito grandes progressos.

Biofarmacêutica:

Muitos produtos farmacêuticos são compostos derivados de processos químicos sintéticos ou de fontes naturais, como plantas e microorganismos, ou são combinações de ambos. Tais compostos são usados ​​para regular funções essenciais do corpo e combater organismos causadores de doenças.

Esforços estão sendo feitos para aproveitar as próprias moléculas reguladoras do corpo humano, que são normalmente encontradas em concentrações muito pequenas. Quantidades limitadas de alguns destes compostos têm sido historicamente derivadas de órgãos de cadáveres ou de bancos de sangue. A engenharia genética está sendo reconhecida como um meio prático de gerar algumas dessas moléculas escassas em maiores quantidades.

Isto envolve a inserção da necessária construção do gene humano derivado num microrganismo hospedeiro adequado que irá produzir proteína terapêutica (biofármaco) em quantidades relacionadas com a escala de operação. Esses produtos não apresentam risco de contaminação por extração de cadáveres (como a doença degenerativa do cérebro). A doença de Creulzfelt-Jakob também foi associada à administração de hormônio humano a partir da extração precoce.

O desenvolvimento bem sucedido dos produtos biofarmacêuticos requer:

1. Pesquisa bioquímica ou biomédica avançada para identificar e caracterizar os compostos nativos.

2. Tecnologia de biologia molecular e clonagem qualificada para identificar as sequências genéticas relevantes e inseri-las num hospedeiro mamífero ou microbiológico.

3. Tecnologia de bioprocessos para cultivar os organismos para isolar, concentrar e purificar os compostos escolhidos.

4. Especialização clínica e de marketing.

Vamos agora discutir alguns dos importantes biofármacos já em uso:

Insulina:

Milhões de pessoas sofrem de diabetes devido à deficiência de insulina. Esses pacientes têm que depender do consumo de insulina externa. Convencionalmente, a insulina utilizada pelos pacientes diabéticos tinha sido extraída de porcos e gado. Isso foi descontinuado devido a seus efeitos colaterais adversos. Nós agora usamos insulina humana recombinante, que é livre de qualquer contaminação e provou ser extremamente eficaz contra a doença.

Somatostatina:

Este hormônio do crescimento tem sido extremamente difícil de isolar dos animais. No entanto, a clonagem do gene humano da somatostatina em bactéria possibilitou sua produção em larga escala. Isto provou ser um benefício para o tratamento do nanismo hipopituitário, que ocorre devido à deficiência deste hormônio.

Interferon:

Os interferões são glicoproteínas (proteínas com moléculas de açúcar ligadas), que se acredita serem instrumentais no controle de muitos tipos de infecções virais, incluindo o resfriado comum. Eles também inibem o crescimento de células cancerosas e estimulam as defesas imunológicas naturais do corpo contra elas.

Em 1957, dois pesquisadores britânicos reconheceram esses interferon como substâncias produzidas dentro do corpo que poderiam tornar as células resistentes a ataques de vírus. No entanto, a escassez desses compostos tem dificultado consistentemente os esforços para entender a extensão de sua eficácia. Ultimamente, usando técnicas modernas, pudemos produzir moléculas de interferon, que têm um papel no controle de várias infecções.

Linfoquinas:

Estas são proteínas produzidas por linfócitos (uma parte do sistema imunológico do corpo) e são consideradas importantes para reações imunes. Eles têm a capacidade de melhorar e restaurar a capacidade do sistema imunológico de combater infecções, doenças e câncer. A interlucina-2 é a linfoquinina mais comumente utilizada por engenharia genética.

Cada um desses compostos ajudou os cientistas a alcançar novos níveis de entrega realista de medicamentos farmacêuticos. A tecnologia de DNA recombinante permitiu a síntese de grandes quantidades desses produtos. Esta farmácia molecular está se tornando bastante bem sucedida na produção de produtos farmacêuticos humanos também em animais transgênicos.

Terapia de genes:

Essa tecnologia promissora usa genes como drogas para corrigir doenças genéticas hereditárias. Usando a terapia genética, um gene defeituoso ou ausente pode ser substituído para corrigir a causa genética de uma doença. Isso é feito determinando-se a função do gene normal nas células humanas, o tipo de proteína que ele instrui a célula a produzir e o nível, quantidade e tempo de formação da proteína. Isso também pode indicar se a proteína certa está sendo formada no momento ou local correto e como combater os efeitos de qualquer falha.

A terapia genética é de dois tipos: Terapia Gênica de Células Germinativas e Terapia Gênica de Células Somáticas. Na Terapia de Células Germinativas, as mudanças são direcionadas para a constituição genética individual e podem ser passadas para a prole. Na terapia genética de células somáticas, por outro lado, genes funcionais são introduzidos nas células do corpo que não os possuem. Os efeitos da terapia não são passados ​​para a geração subsequente.

O caso clássico da primeira terapia genética aprovada foi a de um Ashanti DeSilva de quatro anos de idade, que nasceu com uma doença genética rara chamada Deficiência Imunológica Combinada Grave (SCID - Severe Combined Immune Deficiency). Ashanti tinha um sistema imunológico fraco que a tornava vulnerável a todo germe que passava. As crianças nascidas com esta doença geralmente desenvolvem infecções avassaladoras e raramente sobrevivem para ver a idade adulta.

Ashanti também foi forçada a liderar uma existência de clausura, evitando o contato com pessoas de fora de sua família, confinada ao ambiente estéril de sua casa e lutando contra doenças frequentes com enormes quantidades de antibióticos. Através da terapia genética, os médicos removeram os glóbulos brancos de seu corpo e permitiram que eles crescessem no laboratório.

Estas células foram então reinseridas com o gene em falta, e as células sanguíneas geneticamente modificadas foram infundidas de volta na corrente sanguínea do paciente. Testes de laboratório mostraram que a terapia fortaleceu notavelmente o sistema imunológico de Ashanti, e ela agora leva uma vida normal.

A principal terapia gênica é corrigir defeitos de um único gene, como fibrose cística e hemofilia, para os quais ainda não existe cura eficaz. No entanto, a aplicação efetiva dessa terapia exigirá profunda compreensão do mecanismo pelo qual o gene defeituoso (incomum) exerce seu efeito sobre o indivíduo.

Outra aplicação interessante da terapia genética aparece no campo das doenças oculares como a Retinopatia Diabética. Estudos iniciais sugerem que a terapia genética poderia proteger os pacientes diabéticos da perda de visão devido ao crescimento excessivo e vazamento de vasos sanguíneos.

Impressão digital de DNA:

O desenvolvimento da técnica de fingerprinting de DNA provou ser extremamente significativo na identificação de criminosos e estabelecimento de parentesco. O princípio fundamental desta técnica baseia-se no fato de que dois indivíduos não podem ter a mesma composição genética.

Os fragmentos de DNA da pessoa em questão podem ser retirados de um tecido ou amostra de sangue usando uma enzima de restrição. Este fragmento pode então ser estudado para estabelecer a composição genética exata do indivíduo. Essa técnica oferece uma taxa tão alta de polimorfismo que a possibilidade de duas pessoas terem as mesmas características de DNA é muito remota.

Diagnóstico pré-natal de doenças hereditárias:

A genética molecular tem aplicação significativa no diagnóstico pré-natal de doenças hereditárias, como hemoglobinopatias. Por exemplo, a técnica para analisar o DNA para diagnosticar a anemia falciforme das células do líquido amniótico foi concebida em 1978.

Regeneração Tecidual:

Enxerto de pele:

A pele é provavelmente um dos únicos órgãos que podem ser artificialmente sintetizados a partir da cultura de células e usados ​​para enxertia quando ela é gravemente danificada. As células da pele (queratinócitos) compõem noventa por cento da epiderme da pele. A proliferação dessas células é facilitada pelos fibroblastos presentes na camada dérmica da pele.

Os fibroblastos são úteis para o cultivo de células da pele. Essas células de fibroblastos, chamadas de células 3T3, são usadas juntamente com as substâncias químicas e células-tronco necessárias. No entanto, apenas cerca de um a dez por cento das células epidérmicas proliferam. A subcultura para mídia fresca estimula o crescimento adicional dessas células.

O enxerto de pele permite recuperação rápida e normalização da pele danificada. Os queratinócitos regenerados também foram usados ​​para curar várias outras doenças. Por exemplo, as cicatrizes da pele podem ser removidas usando pele cultivada e os queratinócitos orais cultivados podem ser usados ​​para regenerar o epitélio da boca.

Queratinócitos de uretra cultivados têm sido usados ​​para reparar defeitos penianos congênitos. As úlceras crônicas também foram tratadas com enxertos culminados com sucesso, e as alografias (pele de outro indivíduo) tiveram sucesso na cura dessas úlceras.

Controle de Fertilidade:

Cientistas indianos desenvolveram com sucesso drogas como o Centchroman para antifertilidade (contraceptivos), que mostraram excelentes resultados sem nenhum efeito colateral. Abordagens imunológicas também têm sido usadas para desenvolver vacinas anti-fertilidade.

As vacinas de controle de natalidade já foram desenvolvidas usando o hormônio HCG (gonadotrofina coriônica humana). A vacina induz anticorpos contra o tétano e o hormônio da gravidez HCG. Isso reduziu substancialmente o impacto do tétano, que é uma das principais causas de mortes maternas na Índia devido a condições anti-higiênicas, especialmente no setor rural.

Aconselhamento genético:

Esta aplicação surgiu devido ao aumento da conscientização entre as pessoas que querem que seus filhos sejam livres de doenças congênitas. Um conselheiro genético informa o paciente sobre as conseqüências de um defeito genético específico.

Sujeitar líquido amniótico a vários testes pode examinar esses distúrbios congênitos e os resultados obtidos podem ser discutidos com o paciente. Isso permitirá que futuros pais pensem sobre o defeito no feto com bastante antecedência.

Diagnóstico Genético Pré-implantação:

O Diagnóstico Genético Pré-Implantacional (PGD) surgiu quando, através da Tecnologia de Reprodução Assistida (ART), as células-tronco do cordão umbilical de um feto ainda não nascido foram usadas para curar uma criança de seis anos que sofria de anemia fanconi. Quando o feto era apenas uma bola de células de blastômeros, pesquisadores do Instituto de Genética Reprodutiva do Illinois Masonic Medical Center separaram algumas dessas células.

Estas células foram analisadas e não apenas encontradas livres do gene da anemia de Fanconi, mas também compatíveis em termos de Antígenos Leucocitários Humanos (HLA). Os pesquisadores implantaram o restante da bola de células do blastômero de volta no útero da mãe. A mãe deu à luz uma criança saudável. Depois de um mês, suas células-tronco do cordão umbilical foram infundidas em sua irmã.

Este processo foi possível graças a um processo de desenvolvimento inerente chamado "clivagem indeterminada". Como qualquer outro vertebrado, um embrião humano de oito células (conhecido como pró-embrião) pode continuar se desenvolvendo mesmo após uma ou duas células serem removidas.

No PGD, embriões obtidos para fertilização in vitro são submetidos a vários testes (biópsias). Em seguida, a composição genética é cuidadosamente examinada, e somente essas células são transferidas de volta para a mãe, que são livres de doenças genéticas. Esta técnica é de grande ajuda no diagnóstico de doenças genéticas.

Farmacogenómica:

A intervenção de ferramentas moleculares no domínio farmacêutico deu origem a uma nova área da Farmacogenômica. Uma fusão da ciência farmacêutica e genética, farmacogenômica combina ciências farmacêuticas tradicionais, incluindo bioquímica, a estrutura molecular do gene e seu comportamento e função ao nível da proteína.

Basicamente envolve o estudo de como a composição genética de um indivíduo afeta a resposta do corpo às drogas. Este próximo campo é uma grande promessa do dia em que será possível adaptar medicamentos para pacientes individuais de acordo com sua arquitetura genética.

Algumas das áreas onde a farmacogenômica pode desempenhar um papel significativo são:

Medicamentos eficazes:

Usando ferramentas moleculares, as empresas farmacêuticas serão capazes de desenvolver drogas baseadas em proteínas, enzimas e moléculas de RNA, que estão associadas a genes e doenças. Isso ajudará na descoberta e entrega direcionada de medicamentos. O fornecimento de medicamentos de alta precisão não apenas levará a aplicações terapêuticas máximas, mas também reduzirá os danos às células saudáveis ​​adjacentes.

Vacinas Eficazes:

As vacinas baseadas em DNA e RNA mostrarão maiores níveis de eficiência. Estes não só ativarão o sistema imunológico do indivíduo, mas também ajudarão a evitar o risco de infecção. Tais vacinas recombinantes serão baratas, fáceis de armazenar e podem ser projetadas para abrigar cepas naturais de um patógeno de uma só vez.

Segmentação de descoberta de medicamentos:

Alvos do genoma podem ser usados ​​para desenvolver novas terapias. Essas novas drogas podem ser testadas em grupos populacionais genéticos específicos. Isso também reduzirá o custo e o risco potencial de ensaios clínicos, tendo como alvo apenas os pacientes que são capazes de responder a um medicamento.

Drogas mais seguras:

Agora, em vez de usar o método convencional de tentativa e erro de combinar pacientes com o tipo certo de drogas, os médicos serão capazes de analisar a composição genética de um paciente e prescrever uma possível terapia medicamentosa adequada. Essas drogas de nova geração também aumentarão a velocidade de recuperação.

Triagem de Doença:

Informações sobre o código genético de um paciente, seu comportamento, estilo de vida e ambiente podem ser usadas para avisá-lo sobre a incidência da doença com bastante antecedência. Isso facilitará o monitoramento cuidadoso e o tratamento em um estágio apropriado para minimizar os danos.

Determinação da dosagem de drogas:

Os médicos geralmente prescrevem a dosagem do medicamento de acordo com o peso e a idade do paciente. Isso pode ser substituído por doses baseadas na genética da pessoa, ou seja, quão bem seu corpo processa o medicamento e o tempo necessário para metabolizá-lo. Isso aumentará o valor terapêutico da droga e ajudará a prevenir o risco de excesso de dosagem.

Perfil do gene:

Ferramentas biotecnológicas modernas praticamente revolucionaram o campo da medicina. Uma dessas ferramentas, o microarray, foi considerada excepcionalmente vantajosa. Esta técnica permite identificar as diferenças moleculares entre os vários genes que estão sendo expressos.

O quadro molecular detalhado obtido por essa técnica ajudará a projetar medicamentos moleculares, assim como os métodos de imagem radiográfica de alta resolução têm auxiliado no tratamento de doenças em níveis anatômicos. Um dos estudos recentes usando expressão gênica baseada em microarranjos de DNA foi para a classificação molecular do câncer.

Foi relatado que o perfil ajudou a distinguir distintas cepas patológicas, tais como leucemia mielóide aguda e leucemia linfoblástica aguda, com base em seu padrão distinto de expressão gênica. Micro-arrays de DNA também ajudaram a revelar outras novas doenças.

Células-Tronco e Suas Aplicações:

As células-tronco são as células capazes de se dividir por períodos indefinidos em cultura para dar origem a células especializadas. Todos sabemos que o desenvolvimento humano começa quando um espermatozóide fertiliza um óvulo e cria uma única célula (embrião) capaz de formar um organismo inteiro.

Células-tronco embrionárias são as células, que podem dar origem a 210 tipos diferentes de tecidos em um corpo humano. Embora uma única célula-tronco possa dar origem a células mais especializadas, ela não pode, por si só, formar todo o ser humano. Essas células são chamadas de células pluripotentes - pois são capazes de originar a maioria dos tecidos de um organismo.

Como as células-tronco são capazes de se diferenciar em vários tipos de tecidos, estas poderiam ser usadas para “terapia celular”. As células-tronco podem ser estimuladas a se transformar em uma célula especializada e podem, assim, oferecer a possibilidade de uma fonte renovável de substituição de células e tecidos doentes / danificados.

Pode curar muitas doenças como as doenças de Parkinson e Alzheimer, derrames cerebrais, queimaduras, doenças cardíacas, diabetes, osteoartrite, artrite reumatóide; malignidades, erros inatos do metabolismo e muitos mais. Por exemplo, o transplante de células saudáveis ​​do músculo cardíaco pode proporcionar novas esperanças para pacientes que sofrem de doenças cardíacas, cujos corações não conseguem mais bombear adequadamente.

Estudos com células-tronco aumentaram a esperança de desenvolver células do músculo cardíaco a partir de células-tronco humanas e transplantá-las para um músculo cardíaco defeituoso, a fim de aumentar a função do coração em falha. Outra doença importante é o diabetes tipo I, em que a produção de insulina pelas células pancreáticas especializadas, denominadas células das ilhotas, é interrompida.

Estudos sugerem que o transplante de todo o pâncreas ou da ilhota isolada poderia substituir a necessidade de injeções de insulina. Linhas celulares de ilhotas derivadas de células-tronco podem ser usadas para pesquisa de diabetes e, eventualmente, para transplante. A biologia das células-tronco tem um grande potencial para salvar muitas vidas.