Produção de Proteínas com
Ação Terapêutica, com Foco em
Cultura de Células Animais
Ricardo Medronho
Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)
Escola de Química
Departamento de Engenharia Química
13/11/2008
Resumo da apresentação
Uma visão global da área
O processo de produção de biofármacos
Os desafios de Engenharia Bioquímica
Linhas de pesquisa em desenvolvimento no Laboratório de
Engenharia de Cultivos Celulares-LECC e no Laboratório de
Fluidodinâmica Computacional-Lab CFD, ambos da UFRJ
Principais temas em estudo
Exemplos de resultados obtidos
Produtos derivados do
cultivo de células animais
Sistemas com células animais in vivo
Sistemas com células animais in vitro
Células animais - Histórico
Ano
Evento
1949
Crescimento de vírus em cultivo de células (Enders e col.)
1954
Vacina inativada Salk contra a poliomielite (cél. rim de macaco)
1955
Vacina atenuada Sabin contra a poliomielite (cél. rim de macaco)
1963
Vacina contra o sarampo (células de embrião de galinha)
1964-69 Vacinas contra raiva, caxumba e rubéola (cél. WI-38)
1975
Produção de anticorpos monoclonais (Köhler e Milstein)
1979
Primeira linhagem de célula recombinante
1980
Ampliação para escala de produção de 8.000 L (vac. febre aftosa)
1981
Primeiro kit diagnóstico com anticorpo monoclonal
1982
1° fármaco oriundo da tecnologia do rDNA (insulina; microrganismo)
1986
1° biofármaco produzido em células animais (CHO): t-PA recombin.
1986
1° AM de uso terapêutico: OKT3 (rej. a transplante; produz. camund.)
> 1990
Testes clínicos e aprovação de diversos produtos oriundos da tecnologia do
DNA recombinante e tecnologia de hibridomas
> 2000
Intensificação de estudos com células-tronco visando a terapias celulares
Por que células de mamíferos?
Microrganismos
Ausência de maquinaria metabólica capaz de realizar as
complexas modificações pós-tradução
Bactéria: incapazes de realizar a glicosilação
Leveduras: padrão diferente de glicosilação
Normalmente não são capazes de secretar a proteína de
interesse
Corpos de inclusão
Processos de purificação mais complexos
Usados para proteínas relativamente simples (por ex. insulina e
hormônio do crescimento)
Por que células de mamíferos?
Células animais (especialmente de mamíferos)
Modificações pós-tradução adequadas
Secretam as proteínas recombinantes para o meio de cultivo
Linhagens celulares mais empregadas:
Células de ovário de hamster chinês (CHO.K1, CHO dhfr )
Células de rim de bebê de hamster (BHK-21)
Células de hibridoma (mieloma + limfócitos-T)
Células de mieloma de camundongo (NS0, Sp2/0)
Por que células de mamíferos?
Proteínas terapêuticas são, em geral, proteínas complexas e
com várias modificações pós-tradução
Atividade biológica
Estabilidade
Imunogenicidade
Por isso células de mamíferos
Anticorpo C225
C6466 H9982 N1726 O2024 S40
(fórmula da sequência de aminoácidos)
(MM = 146000)
Alguns exemplos de
produtos comerciais
Produto
Humulin (insulina)
Activase/Alteplase (t-PA)
Indicação
diabetes
infarto
Célula
E. coli
CHO
Aprov.
1982
1986
Benefix (fator IX)
hemofilia B
CHO
1997
Epogen (EPO)
anemia
CHO
1989
Avonex (β-interferon)
esclerose múltipla
CHO
1996
Herceptin/Trastuzumab (MAb)
câncer de seio
CHO
1998
Refacto (fator VIII)
hemofilia A
CHO
2000
ProstaScint (MAb, diagn. in vivo)
câncer de próstata
Simulect/Basiliximab (MAb)
rejeição de órgãos
Sp2/0
1998
Campath (MAb)
Avastin/Bevacizumab (MAb)
leucemia
câncer coloretal
CHO
CHO
2001
2004
Xolair/Omalizumab (MAb)
Soliris/Eculizumab (MAb)
asma
CHO
2003
hemoglobinuria (PNH)
NS0
2007
hibridoma 1996
O processo de produção
Desenvolvimento da
linhagem celular
Cultivo celular
em biorreatores
Downstream processing
(separação das células,
purificação do produto)
Formulação
Os desafios de
Engenharia Bioquímica…
Desenvolvimento
de linhagens altamente produtoras
Estabelecimento de
processos de cultivo
de alta produtividade
Desenvolvimento de
processos de purificação de alto rendimento
pg cel-1 dia-1
Os desafios de
Engenharia Bioquímica…
Desenvolvimento de
linhagens altamente produtoras
Estabelecimento de
processos de cultivo
de alta produtividade
Desenvolvimento de
processos de purificação de alto rendimento
Os desafios de
Engenharia Bioquímica…
Desenvolvimento de
linhagens altamente produtoras
Estabelecimento de
processos de cultivo
de alta produtividade
Desenvolvimento
de processos de
purificação de alto
rendimento
Biorreatores
Células aderentes
Biorreatores
Células adaptadas a crescimento em suspensão
Modos de operação
O objetivo final: um processo economicamente viável
Trabalhos de pesquisa em andamento
no Lab CFD e no LECC
Principais linhas de pesquisa
do LECC e Lab CFD da UFRJ
Clonagem e expressão de proteínas
Desenvolvimento de processos de cultivo celular
Clonagem e expressão: proteínas terapêuticas, enzimas envolvidas no
processamento pós-tradução, proteínas anti-apoptóticas
Construção de um sistema de vetores para integração sítio-dirigida,
para acelerar a geração de linhagens recombinantes
Desenvolvimento de um meio livre de soro para células CHO
Desenvolvimento de equipamentos para retenção de células em
processos em perfusão (hidrociclone, filtro de disco rotativo, módulo
de fibras ocas)
Estudo da produção de vírus em células Vero
Cultivo de células-tronco embrionárias murinas e humanas em
sistemas agitados utilizando microcarregadores
Desenvolvimento de processos de purificação dos produtos
Uso de cromatografia com membranas e processos integrados