Open Access-
Artigo de Revisão, Biomed Biopharm Res., 2023; 20(2):118-142
doi: 10.19277/bbr.20.2.321; Bilingue PDF [+]; html em inglês [EN]   

 

Produtos biofarmacêuticos: Uma análise do seu desenvolvimento e contribuição para os cuidados de saúde
 

Kai Bin Liew 1  ✉️ , Siew-Keah Lee 2 , Long Chiau Ming 3 , A.B.M. Helal Uddin 4 ,  Zaidul Islam Sarker 4 ,  Yik-Ling Chew 5 , & Phei Er Kee1  

1 - Faculty of Pharmacy, University of Cyberjaya, Persiaran Bestari, 63000 Cyberjaya, Selangor, Malaysia
2 - M. Kandiah Faculty of Medicine and Health Sciences, Universiti Tunku Abdul Rahman, Jalan Sungai Long, Bandar Sungai Long, 43000, Kajang, Selangor, Malaysia
3 -School of Medical and Life Sciences, Sunway University, Sunway City, 47500 Malaysia
4 - Faculty of Pharmacy, International Islamic University Malaysia, Bandar Indera Mahkota, Kuantan, Pahang, Malaysia
5 - Faculty of Pharmaceutical Sciences, UCSI University, Jalan Menara Gading, UCSI Heights, 56000 Cheras, Kuala Lumpur, Malaysia

 

Resumo

Os produtos biofarmacêuticos têm um papel crucial na prevenção, no tratamento e no diagnóstico de uma gama diversificada de doenças em várias disciplinas médicas. O mercado dos produtos biofarmacêuticos registou um crescimento significativo, impulsionado por uma enorme procura, acreditando-se que o seu potencial de mercado dinâmico ultrapassa o dos seus homólogos convencionais. Esta análise fornece informações sobre o processo de fabrico de produtos biofarmacêuticos, abrangendo o processamento a montante e a jusante. São explorados vários tipos de produtos biofarmacêuticos, tais como anticorpos monoclonais, enzimas, vacinas, células estaminais, hormonas de crescimento humano, citocinas, ácidos nucleicos e hidratos de carbono, juntamente com as respectivas aplicações clínicas. A análise também aborda os desafios encontrados no desenvolvimento, formulação e utilização destes produtos biofarmacêuticos. Essencialmente, esta análise contribui com conhecimentos valiosos para a compreensão do vasto domínio dos produtos biofarmacêuticos.

Palavras-chave: biofarmacêuticos, fabrico, recombinante, terapêutica, clínica 

Como Citar: Liew, K. B., et al. (2023) Biopharmaceuticals: A review of their development and contribution to healthcare. Biomedical and Biopharmaceutical Research, 20(2),118-142.

Correspondência autor: Este endereço de email está protegido contra piratas. Necessita ativar o JavaScript para o visualizar. 
Recebido: 24/08/2023; Aceite: 14/12/2023

 

Introdução

O aumento global da população, associado a uma maior esperança de vida e a uma prevalência crescente de doenças cronicas, com destaque para as doenças auto-imunes, gerou uma procura substancial no mercado de medicamentos mais seguros e eficazes (1). Desde a aprovação do primeiro biofármaco, para uso terapêutico - a insulina humana recombinante de Escherichia coli, em 1982 pela Food and Drug Administration (FDA), a utilização de biofármacos tem vindo a crescer de forma constante (2). O mercado biofarmacêutico global, avaliado em 237,2 mil milhões de dólares em 2018, deverá atingir 389,0 mil milhões de dólares em 2024, com uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 8,59% de 2019 a 2024 (2). Os produtos biofarmacêuticos desempenham um papel crucial na melhoria dos cuidados de saúde, no aumento da longevidade produtiva saudável e na redução da prevalência de doenças graves. Estudos indicam que a inovação biofarmacêutica contribuiu para cerca de 35% do aumento da esperança de vida entre 1990 e 2015, levando a uma melhoria da esperança média de vida dos indivíduos de 46,5 anos para 65,0 anos (3).

Os biofármacos são produtos farmacêuticos produzidos através de processos biotecnológicos, empregando técnicas como o ADN recombinante ou o hibridoma. As fontes biológicas e os organismos vivos, tais como bactérias, vírus, leveduras, células animais e vegetais, são normalmente utilizados para a produção de produtos biofarmacêuticos (4, 5). Os produtos biofarmacêuticos apresentam um peso molecular mais elevado e uma estrutura mais complexa, tipicamente 100-1000 vezes maior do que os medicamentos sintéticos, devido à formação de cadeias poliméricas (5). Estes produtos incluem polissacáridos, proteínas, ácidos nucleicos, tecidos e células vivas, encontrando aplicações extensivas em vários domínios médicos.

Os produtos biofarmacêuticos são reconhecidos pela sua eficácia no diagnóstico, prevenção, tratamento e cura de um vasto espetro de doenças crónicas e potencialmente fatais, incluindo perturbações metabólicas e cancro (6). A sua especificidade em relação a determinados alvos permite que os biofármacos reconheçam e visem locais e doenças específicos, minimizando os efeitos secundários indesejáveis. Além disso, os biofármacos podem servir como tratamento alternativo para os doentes com fraca resposta aos tratamentos convencionais, com elevada biodisponibilidade, semi-vida aumentada e menor imunogenicidade (6). Devido à complexidade e instabilidade dos produtos, bem como à baixa absorção intestinal, a administração oral é geralmente inadequada para os biofármacos. Dada a ocorrência de uma redução substancial da permeabilidade através de barreiras biológicas como a pele, as membranas mucosas e as membranas celulares, a injeção subcutânea surge como o método de administração preferido (7, 8).

Esta análise analisa o processo de fabrico de produtos biofarmacêuticos e explora vários tipos de produtos biofarmacêuticos, incluindo anticorpos monoclonais (mAbs), vacinas, enzimas, hormonas, produtos de terapia celular e citocinas, juntamente com as suas aplicações clínicas. Os desafios encontrados no desenvolvimento e aplicação de produtos biofarmacêuticos também são discutidos, fornecendo uma visão abrangente deste domínio dinâmico.

Processo de fabrico

O fabrico de produtos biofarmacêuticos envolve duas fases complexas, nomeadamente o processamento a montante e o processamento a jusante. A Figura 1 ilustra o fluxograma do processo de fabrico de produtos biofarmacêuticos. O processamento a montante está relacionado com o crescimento dos microrgaanismos e a transformação de substratos nos produtos biofarmacêuticos desejados (9). Várias actividades, incluindo a seleção de linhas celulares, a composição do meio de cultura, a otimização do processo e parâmetros de crescimento, são realizadas para obter o crescimento celular e uma produção ideais (10). O processo de fermentação ocorre em condições controladas num sistema de biorreactores de grande escala, onde medidas como a esterilização de materiais e equipamento, a regulação do pH, o controlo da temperatura e o fornecimento de oxigénio são cruciais para minimizar o risco de contaminação por outros microrganismos (11).

Figura 1. Fluxograma do processo de fabrico de produtos biofarmacêuticos.
bbr.20.2.321.Fig1

 

Os biofármacos são geralmente produzidos através de células vivas geneticamente modificadas, envolvendo a introdução de sequências de ADN na célula hospedeira do organismo vivo. A E. coli destaca-se como um microrganismo eficiente para a produção de proteínas recombinantes. Ao substituir códons raramente encontrados em genes altamente expressos de E. coli por códons principais mais favoráveis, o nível de expressão das proteínas heterólogas pode ser melhorado (12). Além disso, as proteínas terapêuticas complexas e de grandes dimensões podem ser segregadas no periplasma de E. coli, proporcionando um ambiente oxidante propício à formação de ligações dissulfureto que facilitam a dobragem adequada das proteínas recombinantes (13). As proteínas heterólogas acumulam-se frequentemente em E. coli sob a forma de corpos de inclusão, que são o agregados insolúveis mal dobrados. Por exemplo, a insulina humana recombinante tem sido expressa principalmente por E. coli, demonstrando o seu potencial para o tratamento da diabetes mellitus tipo I e II (14).

Além disso, a levedura é normalmente utilizada para a expressão de proteínas heterólogas que requerem modificações pós-translacionais para a sua atividade biológica, incluindo acetilação, acilação, fosforilação, glicosilação O-ligada e glicosilação N-ligada (14). O sistema de expressão da levedura produz proteínas recombinantes solúveis que estão corretamente dobradas e funcionalmente activas. Além disso, as leveduras podem segregar as proteínas para o meio extracelular, facilitando assim o processo de purificação subsequente (15). Foi efectuada uma investigação aprofundada em Saccharomyces cerevisiae e Pichia pastoris, ambas capazes de realizar padrões de N-glicosilação semelhantes aos humanos, incluindo a adição terminal de ácido siálico à glicoproteína. As leveduras são produtores proeminentes de precursores da insulina, albumina sérica humana, glucagon, antigénios da hepatite e partículas semelhantes a vacinas para várias aplicações terapêuticas (16, 17).

As culturas de células de mamíferos desempenham um papel importante na produção de produtos biofarmacêuticos, sendo as linhas de células de ovário de hamster chinês (CHO), as linhas de células de rim de hamster bebé (BHK21) e as células de mieloma murino as mais utilizadas (18, 19). Entre estas, as linhas celulares CHO são particularmente populares devido à sua capacidade de exprimir eficazmente proteínas terapêuticas complexas com glicopadrões semelhantes aos humanos, atingindo uma elevada densidade celular e rendimentos suficientes. As linhas celulares CHO são capazes de crescer em meio quimicamente definido sem soro, o que as torna adequadas para biorreactores de grande volume e simplifica os processos a jusante. Os avanços nas ferramentas genéticas, como as nucleases de dedo de zinco (ZFNs), as nucleases efectoras do tipo ativador da transcrição (TALENs) e o sistema associado à repetição palindrómica curta regularmente espaçada (CRISPR) ofereceram oportunidades para a engenharia de linhas celulares CHO, melhorando a produção de proteínas e a qualidade dos produtos (20). Uma variedade de produtos biofarmacêuticos, incluindo hormonas de crescimento humano, citocinas, mAbs e factores de coagulação, foram produzidos com êxito utilizando células CHO (19).

Além disso, a tecnologia de hibridoma constitui outra opção para a produção de mAbs, oferecendo comodidade, rentabilidade e elevados rendimentos de produção (21). As células de hibridoma são geradas através da fusão de um linfócito B ativado com uma célula de mieloma imortal. Cada célula de hibridoma expressa consistentemente uma grande quantidade de um mAbs altamente específico e os clones de hibridoma seleccionados podem ser criopreservados para a produção contínua de mAbs durante um período prolongado. O processo de geração de hibridomas aproveita a capacidade natural do animal hospedeiro para produzir mAbs funcionais, altamente específicos e de elevada afinidade (22). Foram utilizadas diferentes espécies animais para o desenvolvimento de mAbs, incluindo ratos, coelhos, porquinhos-da-índia, galinhas, vacas, cabras, hamsters e ovelhas. A seleção das espécies animais depende de factores como a presença de uma proteína homóloga na espécie imunizada, a quantidade de proteína ou antigénio disponível para imunização, a disponibilidade de um parceiro de fusão adequado, a duração necessária para obter uma resposta de anticorpos e o objetivo pretendido para o qual estes mAbs são necessários (22, 23). Os hibridomas são geralmente classificados em homo-hibridomas e hetero-hibridomas, em que as células B secretoras de IgG e os parceiros de fusão são da mesma espécie e de espécies diferentes, respetivamente (24).

Após os processos a montante na produção de produtos biofarmacêuticos, o processamento a jusante torna-se essencial para purificar os produtos biológicos desejados a partir do caldo de cultura celular. Este processo a jusante compreende várias fases, incluindo a recuperação primária, a purificação e o polimento, com o objetivo de eliminar as impurezas relacionadas com o processo e com o produto, a fim de garantir a segurança dos produtos biofarmacêuticos (25). Na recuperação primária, utiliza-se a centrifugação ou a filtração para separar as células do sobrenadante. Subsequentemente, a amostra é submetida a processos de concentração, purificação e polimento para eliminar a maioria das impurezas. Nos casos em que os produtos biofarmacêuticos são segregados extracelularmente no meio de cultura, podem ser submetidos diretamente ao processo de purificação. No entanto, para os biofármacos intracelulares, as células têm de ser submetidas a lise através de sonicação ou de um homogeneizador de alta pressão, seguida de clarificação para remover os resíduos celulares. Além disso, é necessário um passo adicional que envolve a redobragem da proteína através da troca de tampão para obter proteínas recombinantes activas, se estas forem expressas como corpos de inclusão (26).

Nos produtos biofarmacêuticos, a obtenção de um nível de pureza superior a 99% é crucial, e as etapas cromatográficas são normalmente utilizadas devido ao seu uso convencional na purificação e polimento de proteínas, oferecendo uma elevada capacidade de resolução (25, 27). Para a purificação de produtos biofarmacêuticos, são normalmente utilizadas várias classes de técnicas de cromatografia, como as de permuta iónica, afinidade, interacção hidrofóbica, exclusão de tamanho e modo misto (28). No entanto, a cromatografia está frequentemente associada a custos de investimento elevados e a tempos de ciclo longos, o que afecta o rendimento e a escalabilidade da produção de produtos biofarmacêuticos (29). Como alternativas, a precipitação (30), a microfiltração (31, 32), a ultrafiltração (33), a cristalização (34), o sistema de duas fases aquosas (35, 36) e a separação magnética (37, 38) foram também utilizados para o processamento a jusante de produtos biofarmacêuticos. Atualmente, as etapas de processamento a jusante estão a passar de processos descontínuos para processos contínuos, incorporando a utilização de equipamento de utilização única, melhorando o controlo do processo e empregando modelos de redução de escala para um desenvolvimento mais eficiente do processo (39, 40).

Produtos biofarmacêuticos e aplicações clínicas

Os produtos biofarmacêuticos são atualmente muito utilizados no tratamento de numerosas doenças. Nas subsecções seguintes são abordados vários tipos de produtos biofarmacêuticos, incluindo anticorpos monoclonais, vacinas, enzimas, hormonas, terapias celulares, citocinas, factores de crescimento, ácidos nucleicos e hidratos de carbono. Estas diversas categorias de produtos biofarmacêuticos desempenham papéis cruciais no panorama terapêutico, demonstrando a versatilidade e a eficácia desta classe de produtos farmacêuticos.

Anticorpos monoclonais (mAbs)

Os anticorpos monoclonais (mAbs) são anticorpos derivados de um único clone de células B, o que lhes confere monoespecificidade e homogeneidade, tornando-os adequados para aplicações terapêuticas (41). Após a imunização, cada célula B expressa anticorpos específicos para uma determinada região do antigénio (epítopo), o que resulta em ligeiras variações na especificidade do epítopo entre os anticorpos. Os mAbs terapêuticos predominantes pertencem às IgGs devido à sua semi-vida circulante alargada e à facilidade de produção em comparação com as outras classes, como IgM, IgD, IgE e IgA (42). A maioria das terapêuticas com mAbs é utilizada no tratamento de doenças imunológicas, oncológicas e infecciosas. A Tabela 1 apresenta um resumo dos vários tipos de mAbs utilizados para diferentes aplicações terapêuticas, juntamente com os respectivos alvos.

Tabela 1. mAbs utilizados para aplicações terapêuticas.
bbr.20.2.321.Tab1

No contexto das doenças imunológicas, os mAbs têm como alvo vários componentes do sistema imunitário para minimizar as respostas excessivas características das doenças auto-imunes. Isto envolve acções como o bloqueio das células T ou das células B, a inibição da interação entre as células T e as células apresentadoras de antigénios, a prevenção do recrutamento de células T e de células B, o impedimento da diferenciação e da ativação das células T, bem como o bloqueio das citocinas pró-inflamatórias (67). Um exemplo notável de mAbs terapêuticos é o Adalimumab, o primeiro mAbs IgG1 totalmente humano do mundo, que tem como alvo o TNF-α. O adalimumab é utilizado no tratamento da artrite reumatoide, da psoríase, da artrite psoriática, da doença de Crohn, da colite ulcerosa, da artrite idiopática juvenil e da espondilite anquilosante (10, 68).

Além disso, a imunoterapia baseada em mAbs desempenha um papel crucial na terapêutica anticancerígena, visando os antigénios tumorais e promovendo a indução de respostas imunitárias antitumorais duradouras (69). Os mAbs terapêuticos visam principalmente os receptores de factores de crescimento (por exemplo, EGFR, HER2, etc.) sobre-expressos nas células tumorais, sendo que o bloqueio destes receptores impede a ligação ou a sinalização do ligando. Isto, por sua vez, diminui a taxa de crescimento do tumor, induz a apoptose e sensibiliza os tumores à quimioterapia (70). Além disso, os mAbs funcionam para fornecer radioisótopos de forma selectiva às células cancerígenas e inibir a angiogénese, visando o microambiente tumoral. A terapêutica baseada em mAbs também visa as células imunitárias, inibindo os pontos de controlo imunitário, como o antigénio 4 associado aos linfócitos T citotóxicos (CTLA-4) e a proteína 1 de morte celular programada (PD-1)/ligando 1 de PD-1 (PD-L1), aumentando assim as respostas imunitárias antitumorais (71).

A utilização de mAbs no tratamento de doenças infecciosas oferece várias vantagens, incluindo o baixo risco de transmissão de agentes patogénicos, a baixa variabilidade de lote para lote e complicações imunológicas insignificantes associadas à utilização de soros heterólogos (70). O palivizumab, o primeiro mAbs aprovado para doenças infecciosas, é utilizado para a prevenção de doenças respiratórias resultantes do vírus sincicial respiratório através da inibição da replicação do vírus (72). Outros mAbs, como o erenumab, o fremanezumab e o galcanezumab, têm sido utilizados para o tratamento de enxaquecas (73).

Enzimas

As enzimas emergiram como biofármacos essenciais, encontrando aplicações na terapia enzimática ou na terapia de substituição enzimática para o tratamento de doenças que anteriormente eram difíceis de tratar (74). Estas moléculas biologicamente activas apresentam um potencial catalítico significativo, caracterizado por uma elevada especificidade e afinidade do substrato, baixa toxicidade e efeitos secundários mínimos (75). A catálise enzimática permite a conversão de múltiplos alvos em produtos desejados, permitindo a administração de terapêuticas em pequenas quantidades (76). Os microrganismos desempenham um papel fundamental na produção generalizada de enzimas, devido à sua diversidade fisiológica, geográfica e genómica. As enzimas microbianas tornaram-se um recurso promissor para fins terapêuticos e de diagnóstico no sector da saúde devido à sua consistência, viabilidade económica, facilidade de isolamento e potencial de modificação e otimização do produto. Além disso, os microrganismos podem produzir enzimas com elevados rendimentos, utilizando um meio económico num curto período de tempo, sem os problemas relacionados com as flutuações sazonais (77).

Os anti-inflamatórios enzimáticos são utilizados como alternativas aos anti-inflamatórios não esteróides convencionais (AINE) para o tratamento da inflamação (78). A serratiopeptidase, um agente anti-inflamatório historicamente eficaz, tem sido utilizado na degradação da placa aterosclerótica, na cicatrização de feridas, na redução da viscosidade e da espessura do muco em reacções alérgicas e no controlo da dor cirúrgica. Tem demonstrado aplicações clínicas no tratamento de várias doenças, incluindo doenças da mama, doenças de Alzheimer, sinusite, hepatite, doenças pulmonares, aterosclerose e miomas uterinos (79). A colagenase é outra enzima que pode ser utilizada para produzir péptidos derivados do colagénio, melhorando a quimiotaxia dos macrófagos e aumentando a secreção de citocinas, promovendo assim a cicatrização de feridas. A colagenase tem encontrado aplicações no tratamento da doença de Dupuytren e da doença de Peyronie. Além disso, a superóxido dismutase (SOD) representa um agente anti-inflamatório que transforma os aniões superóxido impermeáveis à membrana em peróxido de hidrogénio difusível à membrana, que pode depois ser desintoxicado pela catalase e pela peroxidase. As SODs interrompem a cascata inflamatória eliminando os radicais livres nocivos, limitando assim a progressão da doença. Estas enzimas são incorporadas em preparações medicamentosas para várias doenças, incluindo a isquemia do miocárdio, a doença de Peyronie, a colite, a esclerose múltipla e o cancro da mama (80).

Os enziobióticos constituem uma classe promissora de antibacterianos únicos que envolvem enzimas como lisinas, autolisinas e lisozimas para combater bactérias patogénicas infecciosas. As lisinas, codificadas por bacteriófagos de ADN de cadeia dupla durante o ciclo lítico, desempenham um papel crucial na clivagem de ligações covalentes na camada de peptidoglicano das paredes celulares bacterianas ou na desestabilização da membrana plasmática bacteriana, levando à morte das bactérias (81). Estudos anteriores utilizaram várias lisinas, tais como Cpl-1, Pal, Ply GBS, PlyC, visando diferentes Streptococcus sp. (75). As autolisinas representam outro tipo de enzimas líticas, sendo a Lyt A amidase a primeira autolisina utilizada como agente antibacteriano para o tratamento de Streptococcus pneumoniae (82). As lisozimas, enzimas hidrolíticas que clivam especificamente as ligações β-1,4 glicosídicas na camada de peptidoglicano, induzem a lise bacteriana (83). As lisozimas apresentam atividade anti-inflamatória, anticancerígena, antibacteriana e antiviral, o que as torna adequadas para aplicações terapêuticas como a cicatrização de feridas e a eliminação de bactérias orais (84, 85).

As enzimas fibrinolíticas microbianas demonstram fibrinólise, um processo que quebra a rede de fibrina dos coágulos sanguíneos sem efeitos secundários, restaurando assim o fluxo sanguíneo normal nos vasos sanguíneos (86). A estreptoquinase, um tipo de fármaco fibrinolítico à base de enzimas, apresenta atividade trombolítica ao formar um complexo ativo com o plasminogénio, que promove a clivagem da ligação arginina-valina no plasminogénio. Isto resulta na formação da enzima proteolítica plasmina que degrada a matriz do trombo, levando à dissolução dos coágulos sanguíneos (75). Outro tipo de enzima fibrinolítica é conhecida como estafiloquinase, que possui uma atividade trombolítica semelhante à da estreptoquinase. A enzima natokinase apresenta uma forte atividade fibrinolítica e pode inativar o inibidor do ativador do plasminogénio-I (PAI-I) (87). A natokinase oferece vantagens em relação a outras enzimas fibrinolíticas devido ao seu potencial para administração oral, efeitos sustentados, estabilidade no trato gastrointestinal e melhor produção de activadores do plasminogénio (88).

Vacinas

As vacinas, uma outra categoria de produtos biofarmacêuticos, desempenham um papel crucial no reforço da resposta imunitária humana contra várias infecções ou doenças. Podem ser obtidas de vários componentes de agentes patogénicos, tais como proteínas de superfície, ácidos nucleicos, glicoproteínas, ou biomanufaturadas (89). Os antigénios que estimulam o sistema imunitário são o principal componente das vacinas, e elementos adicionais como estabilizadores, antibióticos, conservantes, componentes vestigiais, excipientes e adjuvantes são frequentemente adicionados para aumentar a imunogenicidade e melhorar o prazo de validade. As vacinas profiláticas são desenvolvidas principalmente para doenças infecciosas e são normalmente administradas a indivíduos saudáveis para produzir anticorpos para a prevenção de doenças. As vacinas profilácticas têm sido altamente eficazes contra doenças potencialmente mortais, como a varíola e a poliomielite viral (90). Por outro lado, as vacinas terapêuticas são utilizadas como terapia pós-exposição para reforçar o sistema imunitário do indivíduo contra doenças crónicas, doenças pré-malignas ou cancro. Estas vacinas são concebidas para induzir a imunidade mediada por células, induzir a regressão do tumor e erradicar a doença residual mínima (91).

As vacinas vivas atenuadas, um tipo convencional de vacina, demonstraram eficácia contra a tuberculose, a varicela, a gripe, o sarampo, a papeira, o rotavírus e a poliomielite (92). Em contrapartida, as vacinas inteiras inactivadas, que são mais seguras devido à prevenção da replicação e das mutações, são introduzidas para doenças como o poliovírus, o vírus da hepatite A e o vírus da encefalite japonesa (92). As vacinas de partículas semelhantes a vírus são utilizadas para vírus como o vírus do papiloma humano (HPV), o vírus da hepatite B, o vírus da hepatite E, o vírus da gripe, o vírus SARS-CoV-2 e o vírus sincicial respiratório. Estas vacinas são expressas em diferentes sistemas, incluindo leveduras, células de insectos e plantas (93). As vacinas polissacáridas ou conjugadas com polissacáridos, derivadas de polímeros que formam a estrutura capsular de agentes patogénicos bacterianos, protegem contra a doença meningocócica invasiva, a doença pneumocócica e a febre tifoide (94-96).

Novas plataformas de vacinas vêm surgindo para permitir respostas rápidas a agentes patogénicos emergentes, em especial aos agentes patogénicos pandémicos. Estas plataformas foram concebidas para o fabrico em grande escala, com custos reduzidos, uma pegada pequena e uma implantação mais fácil. Os avanços na biologia molecular, na bioinformática e em tecnologias como a sequenciação NexGen contribuem para o desenvolvimento destas plataformas. (89). As vacinas com vetor bacteriano implicam a utilização de células bacterianas vivas não patogénicas, como o Lactobacillus sp., como transportadores para facilitar a administração de vacinas na mucosa. As vacinas vectorizadas por vírus são derivadas de vírus concebidos para codificar genes para antigénios clonados na espinha dorsal do vetor. Estas vacinas são particularmente utilizadas para a produção rápida de vacinas profilácticas durante situações epidémicas ou endémicas (97). Um exemplo é a JNJ-78436735 da Janssen Biotech Inc., uma vacina de vetor viral para o vírus SARS-CoV-2. As vacinas de ADN fornecem genes que codificam antigénios imunogénicos às células do hospedeiro utilizando plasmídeos de ADN como vetor, incluindo uma resposta imunitária humoral e mediada por células (98). As vacinas de ARNm, por outro lado, fornecem ARNm que codifica o antigénio às células imunitárias para desencadear uma resposta imunitária. Exemplos incluem COMINARTY® e SpikeVax® , duas vacinas de ARNm para o vírus SARS-CoV-2.

Células estaminais

A terapia com células estaminais envolve a introdução nas células do corpo para induzir a capacidade auto-regenerativa e de diferenciação, com o objetivo de regenerar células e tecidos danificados ou substituí-los por células novas, saudáveis e totalmente funcionais (99). As células estaminais são classificadas como autólogas, utilizando as células do próprio doente, ou alogénicas, utilizando células de um dador saudável. As células estaminais pluripotentes humanas (hPSC), caracterizadas pela sua capacidade de auto-renovação, têm o potencial de se diferenciar em vários fenótipos celulares para tratar uma vasta gama de doenças (100). Além disso, as células estaminais mesenquimais (MSC), originárias da mesoderme primitiva e das células mesodérmicas auto-renováveis, possuem um potencial de diferenciação multidirecional (101). As hPSC e as MSC são derivadas da medula óssea, do tecido adiposo ou do cordão umbilical para o tratamento de doenças humanas, tais como disfunções pulmonares, doenças metabólicas/endócrinas, perturbações neurológicas, doenças do sistema digestivo, perturbações reprodutivas, doenças cardiovasculares, cicatrização de feridas e queimaduras cutâneas.

Para além das hPSCs e das MSCs, a terapia baseada em células estaminais para doenças do fígado envolve células estaminais hematopoiéticas (HSCs) e células progenitoras do fígado (102). Está provado que a administração de MSCs reduz as lesões ósseas, melhora a regeneração óssea e estimula o processo de vascularização na cartilagem degenerativa, tornando-a um potencial tratamento para a artrite (102). No tratamento do cancro, as MSC demonstram a capacidade de migrar para locais danificados através de um tropismo inerente controlado por factores de crescimento, quimiocinas e citocinas. A capacidade única das MSC para regular a reparação e recuperação dos tecidos contribui para as funções protumoral e antitumoral (99). Na geração de tecido de queimaduras, as MSC contribuem para a geração de queratinócitos e perfis de secreção que melhoram consideravelmente o processo de regeneração da pele (103).

Hormona do crescimento humano

A hormona de crescimento humana (hGH), também conhecida como somatotropina, é libertada na corrente sanguínea e desempenha um papel crucial em numerosas funções biológicas, incluindo o metabolismo dos hidratos de carbono, lípidos e proteínas, a lactação, a regulação imunitária e a proliferação celular (104). A hGH tem diversos efeitos, como a aceleração da cicatrização de feridas, o aumento do fator de crescimento semelhante à insulina (IGF)-1, da osteocalcina, do pró-peptídeo de colagénio tipo I (PICP) e da densidade óssea, bem como o aumento da absorção de cálcio, magnésio e fosfato no organismo (105, 106). Clinicamente, a hGH tem sido utilizada no tratamento de doenças como fracturas ósseas, queimaduras cutâneas, perda de peso relacionada com a SIDA e úlceras hemorrágicas, bem como em doenças como a síndrome de Down, a síndrome de Noonan e a síndrome de Prader-Willi (104, 107). A hGH recombinante apresenta efeitos secundários mínimos, baixa citotoxicidade, elevada seletividade e poucas interacções não específicas, o que a torna uma opção terapêutica valiosa (108).

Citocinas

As citocinas, uma classe distinta de produtos biofarmacêuticos, são proteínas imunoreguladoras responsáveis pela regulação da proliferação, diferenciação e respostas imunitárias das células. As terapias biológicas para o cancro, as doenças auto-imunes, as doenças virais, as doenças infecciosas, as doenças inflamatórias e a esclerose múltipla utilizam frequentemente citocinas como as interleucinas (IL), os interferões (IFN) e os factores de crescimento (109, 110).

A interleucina-2 (IL-2) destaca-se como uma citocina proeminente na terapia de tumores como o melanoma e o cancro renal, activando, diferenciando e mantendo as células T. Inicialmente, estas células T expressam um recetor dimérico de baixa afinidade com cadeias β e γ e, após a ativação das células T, adquirem o recetor de IL-2 trimérico de alta afinidade (IL-2R), que inclui a cadeia α (111). O fator de necrose tumoral-α (TNF-α), outra citocina pró-inflamatória, actua nas células endoteliais para conter as infecções, aumentando a permeabilidade da vasculatura e a coagulação sanguínea. Também atrai e ativa células imunitárias adjacentes, induzindo a apoptose direta de determinadas células tumorais, provocando necrose hemorrágica e aumentando o influxo de células imunitárias efectoras. Consequentemente, o TNF-α é amplamente utilizado na terapia do cancro para o tratamento de sarcomas de tecidos moles e melanomas metastáticos (112). A IL-12, um tipo diferente de citocina, desempenha um papel crucial na regulação das respostas das células T e das células assassinas naturais. Induz a produção de interferão-γ (IFN-γ), promove a diferenciação das células T helper 1 (TH1) e funciona como um elo vital entre a resistência inata e a imunidade adaptativa (113).

Os interferões (IFN) podem ser classificados em Tipo I, II e III com base no tipo de recetor e na sequência de aminoácidos. Entre os IFN de tipo I, o IFN-α foi aprovado para o tratamento do mieloma múltiplo e da hepatite crónica B e C, enquanto o IFN-β é utilizado no tratamento da esclerose múltipla. O IFN de tipo II, IFN-λ, tem-se mostrado promissor como terapia alternativa para doenças como a aterosclerose, a tuberculose, o cancro, as infecções fúngicas e a doença granulomatosa crónica (114). Os IFN de tipo III induzem uma resposta antiviral ou imunomoduladora mais específica, apresentando atividade antiviral contra vários vírus gastrointestinais e respiratórios, incluindo o vírus sincicial respiratório, o vírus da gripe, o rotavírus, o metapneumovírus e o coronavírus (115, 116).

Os factores de crescimento recombinantes têm a capacidade de estimular o crescimento celular e facilitar a cicatrização de feridas normais e patológicas. O fator de crescimento dos hepatócitos, por exemplo, tem sido utilizado no tratamento da doença inflamatória intestinal, promovendo a proliferação dos hepatócitos e modulando a proliferação e a migração das células epiteliais intestinais, o que conduz à rápida reparação das células epiteliais intestinais (117). Além disso, o fator de crescimento endotelial vascular e o fator de crescimento dos fibroblastos revelaram-se eficazes no tratamento da doença arterial coronária (118, 119). A sinalização do fator de crescimento semelhante à insulina nos macrófagos residentes no sistema nervoso central desempenha um papel na regulação da morfologia e do transcriptoma destas células, atenuando assim a gravidade da inflamação autoimune (120). No processo de cicatrização de feridas, vários factores de crescimento actuam através de mecanismos autócrinos, parácrinos ou endócrinos, ligando-se a receptores de membrana ou citoplasmáticos. Isto dá início a uma cascata de eventos que activam a maquinaria celular para facilitar a cicatrização de feridas. Exemplos de factores de crescimento utilizados em aplicações cirúrgicas incluem o fator de crescimento epidérmico, o fator de crescimento dos queratinócitos, o fator de crescimento dos fibroblastos, o fator estimulador das colónias de granulócitos-macrófagos, o fator de crescimento transformador beta, o fator de crescimento derivado das plaquetas e o fator de crescimento endotelial vascular (121, 122).

Ácidos nucleicos

As terapêuticas com ácidos nucleicos (AN) abrangem uma vasta gama de ADN e ARN, incluindo oligonucleótidos, oligonucleótidos antisense, ARN de interferência curta (ARNi) e ARNm (123). Os oligonucleótidos referem-se a moléculas curtas de ADN ou ARN, enquanto os oligonucleótidos antisense são ADN curto de cadeia simples, o ARNi é constituído por ADN pequeno e de cadeia dupla e o ARNm é constituído por milhares de nucleótidos. A Tabela 2 apresenta exemplos de terapêuticas de NA com base na classificação biológica, juntamente com os seus respectivos alvos e aplicações terapêuticas.

Tabela 2. Exemplos de terapêuticas com ácidos nucleicos.
bbr.20.2.321.Tab2

Os ANs são diretamente administradas a células ou tecidos-alvo, mas a sua complexidade e elevado grau de hidrofilia colocam frequentemente desafios à sua estabilidade. Os ANs simples e não modificados apresentam meias-vidas curtas devido à degradação enzimática e química. Por conseguinte, o desenvolvimento de formulações de alta qualidade com sistemas eficazes de administração de fármacos é uma salvaguarda para proteger os NA da degradação e garantir o êxito da sua administração às células ou tecidos-alvo (135). As várias opções para estas terapêuticas incluem nanopartículas à base de lípidos, nanopartículas poliméricas, nanopartículas de ouro e nanopartículas porosas. As nanopartículas lipídicas em particular, demonstram uma maior compatibilidade em comparação com as contrapartes poliméricas e metálicas (136). Por exemplo, o Patisiran (Onpattro®) é a primeira formulação de nanopartículas lipídicas disponível no mercado, administrada em vesículas de lipossomas (137). Além disso, as nanopartículas lipídicas têm aplicação nas vacinas de ARNm contra a COVID-19, contribuindo para uma maior estabilidade e eficácia (135).

Hidratos de carbono

As terapêuticas à base de hidratos de carbono desempenham um papel significativo nos tratamentos cardiovasculares e hematológicos, abordando condições que incluem doenças inflamatórias, tratamento antitrombótico e cicatrização de feridas. Os hidratos de carbono caracterizam-se pela elevada densidade de grupos funcionais, estruturas moleculares diversas e biocompatibilidade ideal, uma vez que são omnipresentes no organismo (138). Historicamente, a heparina tem sido utilizada como um agente anticoagulante e antitrombótico injetado por via intravenosa, crucial em cirurgias cardiovasculares e hemodiálise (139). Os oligossacáridos e os polissacáridos têm aplicação no tratamento de doenças do trato gastrointestinal devido à sua baixa lipofilicidade, em que é aceitável uma absorção limitada. Além disso, a lactulose é utilizada no tratamento da obstipação crónica, promovendo a formação de gás intraluminal e facilitando o movimento intestinal (140). Um exemplo de um fármaco de hidratos de carbono puros é a injeção de F-fluorodeoxiglucose (18F-FDG), utilizada para o diagnóstico do cancro, uma vez que este composto pode ser absorvido pelas células tumorais, permitindo a identificação dos locais de tumor e a determinação do estádio do cancro (141)

Além disso, os hidratos de carbono podem servir de conjugados noutros fármacos, aumentando a bioatividade, melhorando as propriedades físico-químicas e permitindo a administração de fármacos específicos. O 18F-FDG, por exemplo, é um componente valioso para a utilização de glicoconjugados em carcinomas da mama, do pulmão, colorrectais e endometriais, bem como em sarcomas dos tecidos moles e dos ossos (142). Os hidratos de carbono são cada vez mais utilizados como estruturas para o desenvolvimento de compostos bioactivos, imitando a espinha dorsal dos péptidos para aumentar a biodisponibilidade. O primeiro composto peptidomimético, baseado na estrutura do β-d-glucósido, exemplifica esta abordagem (143). A aplicação dos hidratos de carbono estende-se ao desenvolvimento de vacinas antimicrobianas e anticancerígenas, sendo a Prevnar 13 uma típica vacina conjugada polissacárido-proteína (144). Além disso, os hidratos de carbono são integrados em nanomateriais para imagiologia biomédica, diagnóstico e terapêutica, afim de aumentar a eficácia dos medicamentos, reduzir a toxicidade inespecífica e melhorar a orientação (145). Os hidratos de carbono contribuem para aumentar a solubilidade em água, melhorar a biocompatibilidade dos nanomateriais e aumentar a afinidade pelos receptores, optimizando assim a utilização dos nanomateriais (138).

Desafios

O rápido avanço dos produtos biofarmacêuticos inovadores abriu uma nova era terapeutica humana, com promissoras perspectivas cientificas e regulatórias. No entanto, persistem desafios no desenvolvimento biofarmacêutico, incluindo preocupações como o custo de processamento dos biofármacos, limitações na conceção de formulações injectáveis e dificuldades em prever a toxicidade humana com base em estudos em animais.

O fabrico de produtos biofarmacêuticos está frequentemente associado a custos elevados, principalmente devido à utilização de tecnologias dispendiosas como a tecnologia do ADN recombinante. Ao contrário de outros produtos farmacêuticos sintéticos e convencionais, o processo de fabrico de produtos biofarmacêuticos é turtuoso, envolvendo o isolamento, o crescimento e a reprodução de organismos vivos. O processamento a jusante da produção biofarmacêutica é responsável por cerca de 80% dos custos globais de produção. Esta complexidade apresenta desafios para garantir a segurança, a qualidade e a eficácia. Além disso, a embalagem de produtos biofarmacêuticos tem de cumprir requisitos rigorosos para garantir a estabilidade dos compostos biológicos até à sua administração. Estes compostos são particularmente sensíveis a alterações de temperatura e a factores ambientais. A implementação do processamento contínuo tem o potencial de enfrentar estes desafios, reduzindo os custos de capital, aumentando a rentabilidade e a produtividade e melhorando a qualidade e a flexibilidade do produto. É importante realizar análises económicas para avaliar a relação custo-eficácia do processamento contínuo e explorar processos inovadores alternativos e rentáveis para a produção biofarmacêutica (146).

Dado que a injeção é o principal modo de administração dos biofármacos, devido à sua fraca permeabilidade às membranas, a conceção de uma formulação injetável apresenta desafios que não são comuns a outros medicamentos de pequenas moléculas. A baixa estabilidade dos biofármacos, resultante de modificações estruturais ou de factores ambientais, exige a utilização de estabilizadores na sua formulação. No entanto, é essencial uma análise cuidadosa em termos de toxicidade local e de imunogenicidade potencial. É fundamental compreender o mecanismo de inativação dos medicamentos biofarmacêuticos e avaliar a adequação dos excipientes utilizados na formulação para estabilização. A viscosidade elevada e variável dos fármacos biofarmacêuticos que contêm soluções proteicas de várias centenas de miligramas por mililitro torna a administração do fármaco difícil, pelo que a criação de formulações de baixa viscosidade constitui um desafio significativo (8).

Os estudos em animais efectuados durante o desenvolvimento de produtos biofarmacêuticos colocam desafios na previsão da toxicidade humana. Esta dificuldade resulta de factores como a reatividade cruzada, a farmacologia potencialmente exagerada e as respostas imunogénicas observadas em animais, que podem não prever com precisão a imunogenicidade em seres humanos. A perspetiva de reacções imunitárias adversas pode ter consequências clínicas, incluindo o risco de anafilaxia, a redução da semi-vida do medicamento e a neutralização dos biofármacos e dos seus análogos humanos endógenos. Por conseguinte, são necessárias alternativas aos estudos em animais, incluindo testes in vitro, como amostras de tecidos ou linhas celulares, organismos alternativos, como as bactérias, e tecnologias avançadas, como as tecnologias de órgãos em chip, como a modelação por computador ou os ensaios de microdosagem em humanos de fase 0 (147).

Conclusão

Os produtos biofarmacêuticos apresentam inúmeras vantagens em aplicações terapêuticas, contribuindo efetivamente para a prevenção, tratamento e diagnóstico de doenças. A atual gama de produtos biofarmacêuticos clínicos, incluindo mAbs, enzimas, vacinas, células estaminais, hormonas de crescimento humano, citocinas, ácidos nucleicos e hidratos de carbono, sublinha a sua versatilidade e potencial impacto. Esta revisão apresenta conhecimentos importantes, actualizados, sobre os produtos biofarmacêuticos, oferecendo uma visão que pode informar a tomada de decisões, o desenvolvimento de políticas e a investigação futura no domínio dos cuidados de saúde e dos produtos farmacêuticos.

Contribuição dos autores

Kai Bin Liew: Conceptualização, Redação - Rascunho original, Supervisão. Siew Keah Lee: Investigação, Redação - Rascunho original. Long Chiau Ming: Investigação, Redação - Rascunho original. Zaidul Islam Sarker: Análise formal, Redação - Projeto original. A.B.M. Helal Uddin: Curadoria de dados, Redação - Revisão e edição. Yik Ling Chew: Recursos, Redação - Revisão e edição. Phei Er Kee: Visualização, Escrita - Revisão e edição.

Financiamento

Este trabalho foi apoiado pelo Ministério do Ensino Superior da Malásia (MOHE), Regime de Subvenções à Investigação Fundamental (FRGS) (subvenção n.º: FRGS/1/2021/SKK0/UOC/02/2).

Agradecimentos

Gostaríamos de agradecer a todos os actores e instituições envolvidas que nos deram a oportunidade e disponibilizaram as suas instalações para a realização deste estudo.

Conflito de interesses

Os autores declaram não haver conflito de interesses relativamente a este trabalho.

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