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terça-feira, 7 de julho de 2015

Ainda a pesquisa com animais

Ética não é a única questão envolvida. Uso de animais em laboratório deve levar em consideração também as diferenças entre as espécies. 
 
Por: Franklin David Rumjanek
Publicado em 06/07/2015 | Atualizado em 06/07/2015
Ainda a pesquisa com animais
Além de levar em consideração as questões éticas, o uso de animais em laboratório deve ponderar as diferenças bioquímicas e fisiológicas entre os diversos organismos estudados. (foto: Peter Ilicciev / Fiocruz Imagens / CC BY-NC)
A polêmica sobre o uso de animais na investigação científica vai além das questões éticas. Há, na verdade, uma intensa discussão entre os próprios pesquisadores sobre a aplicabilidade dos achados oriundos dos modelos animais em humanos – o que é especialmente visível quando se trata de introduzir drogas para o tratamento de várias doenças. Argumentos recentes com base na observação do processo da inflamação revelam pontos de vista diametralmente opostos e mostram que esse problema parece estar longe de ser resolvido.
O debate é alimentado principalmente pela variabilidade dos dados comparativos, o que dificulta sobremaneira a sua interpretação. A consequência é a divisão da comunidade em céticos e crentes. Quais os principais fatores que contribuem para tal dilema? Em primeiro lugar, as várias espécies que tradicionalmente constituem o contingente dos animais de experimentação apresentam fisiologias e bioquímicas próprias. Mesmo que essas não sejam tão diferentes da humana, podem divergir suficientemente a ponto de introduzir comportamentos e reações distintas.
Não deve surpreender que os modelos experimentais que lancem mão de animais exibam divergências intrínsecas
 
Ratos de laboratório, por exemplo, não possuem a vesícula biliar, o que por si só já introduz uma característica individual quando levamos em conta a digestão de alimentos e – por que não? – a absorção e metabolização de certas drogas pesquisadas. A própria taxa de metabolismo basal medida pelo consumo de oxigênio em função da massa corporal dos animais é também muitas ordens de grandeza diferente quando se compara humanos e camundongos. Tais características certamente influenciam de que maneira certos compostos são processados e não deve surpreender que os modelos experimentais que lancem mão de animais exibam divergências intrínsecas.

Assim, fica claro que, a despeito da proximidade genômica que existe entre certas espécies, esse parâmetro considerado isoladamente não permite generalizar certas observações obtidas no âmbito da experimentação laboratorial. Por exemplo, as diferenças entre os genomas de camundongos – modelos experimentais mais comuns no laboratório – e humanos é de somente 2,5%. No entanto, esse diferencial é bastante para introduzir um mundo de diferenças conforme mencionado acima. Levando a comparação ao extremo, até entre populações compostas por humanos encontramos diferentes respostas a fármacos, apesar de a identidade genômica ser de quase 100%.
Experimentação animal
Camundongos estão entre os modelos experimentais mais comuns em laboratório. Embora esses animais dividam 97,5% do genoma com os seres humanos, os 2,5% de distinção podem introduzir um mundo de diferenças. (foto: Peter Ilicciev / Fiocruz Imagens / CC BY-NC)
Os advogados da farmacogenômica são loquazes defensores da necessidade de se considerar que, mesmo em populações de uma mesma espécie, é importante levar em conta a singularidade dos indivíduos, isto é, cada pessoa é bioquimicamente única e as diferenças são expressas de vários modos como resultado da ação de redes metabólicas complexas.

Por resultados mais precisos

Em segundo lugar, deve-se levar em conta que a expressão genômica, tão propalada atualmente, não pode ser aceita como um previsor de função. Explica-se: quando um gene é transcrito, isto é, se expressa produzindo um RNA mensageiro, nem sempre ao final da sequência de eventos ocorrerá a tradução, ou seja, a síntese de uma determinada proteína. São as proteínas que, em última análise, determinam funções específicas.  Resumidamente, isso significa que padrões semelhantes de expressão genômica entre espécies diferentes não necessariamente produzirão ao final um perfil de funções equivalente. Isso acontece porque há níveis de regulação da tradução que variam, dependendo da espécie que está sendo investigada.
Os processos patológicos são diferentes entre as espécies. Isso inclui a inflamação, a resistência a microrganismos e a sensibilidade a diversos compostos.
 
Em terceiro lugar, os próprios processos patológicos são diferentes entre as espécies. Isso inclui a inflamação já mencionada, a resistência a microrganismos e a sensibilidade a diversos compostos. Tais propriedades decorrem de sistemas imunológicos próprios, da existência de diferenças quantitativas e qualitativas de fatores diversos, diferentes isoformas de enzimas e assim por diante.
Finalmente, é fundamental destacar que uma das ferramentas mais usadas para descrever este ou aquele processo por vezes introduz vieses que podem traduzir equivocadamente o significado de um conjunto de experimentos. Essa ferramenta é a estatística. Há muitos algoritmos disponíveis atualmente e que compõem dispositivos usados para o tratamento de dados.

É comum lançar mão da estatística quando as diferenças observadas nos estudos não são óbvias, ou decorrem de um grande volume de dados. Os estudos populacionais ilustram bem essa situação e somente se tornam informativos após serem “digeridos” estatisticamente. Embora as premissas que compõem o arsenal da estatística tenham sido muito bem fundamentadas, nem todos os pesquisadores as conhecem, ou as entendem em sua essência. Nesses casos, a ferramenta é usada como uma caixa preta, e não raro ocorre o emprego de algoritmos inadequados à investigação em curso. Por isso, muitos autores de trabalhos publicados selecionam, às vezes, abordagens que podem induzir propostas antagônicas.
Ainda no âmbito da estatística, é muito frequente a introdução inicial de erro em razão de coletas de dados malfeitas. Classicamente, pode ocorrer o chamado viés da amostragem, ou da amostragem não aleatória, na qual nem todos os membros de uma população ou conjunto de dados têm a mesma chance de ser incluídos no estudo. Um exemplo clássico é o do homem da caverna descrito por estudos arqueológicos. A conclusão de que as populações humanas do homem das cavernas existiram se origina do fato de que os únicos artefatos e pinturas rupestres que sobreviveram foram aqueles encontrados nas cavernas. Outros, que podem ter sido gravados em árvores e materiais que não resistiram ao tempo, foram perdidos, embora pudessem ter contribuído com dados antropológicos valiosos que potencialmente alterariam as interpretações vigentes.

O viés da amostragem tem várias subdivisões, como o viés do financiamento (os dados que apoiam a premissa das agências de financiamento são escolhidos preferencialmente), viés de relatório, de exclusão sistemática de certos indivíduos (os chamados outliers, ou resultados que se encontram fora do padrão) e até o viés de observação, no qual o experimentador exerce julgamentos inconscientes sobre a seleção e registro de dados e sobre as conclusões de uma pesquisa.

Limites da pesquisa com animais

Assim, voltando à questão dos animais de experimentação, podemos apenas afirmar que os resultados obtidos com estes se aproximam da verdade. É por essa razão que, ao pesquisar processos fisiológicos ou bioquímicos, os cientistas devem estar sempre cientes de que os experimentos revelam fatos que valem somente para aquele nível de experimentação.
Primata em laboratório
Em pesquisas para o desenvolvimento de novos fármacos, os testes devem ser realizados em animais progressivamente mais semelhantes aos humanos. (foto: Vinícius Marinho / Fiocruz Imagens / CC BY-NC)
Se a pesquisa envolver o desenvolvimento de um fármaco que oportunamente será usado em humanos, é mandatório que, ao longo da investigação, os efeitos do composto sejam avaliados em animais que progressivamente se assemelham aos humanos. Finalmente, após essas etapas iniciais, a droga será estudada nos próprios humanos, selecionando para tal populações que sejam representadas por indivíduos de etnias variadas, de ambos os sexos e também classificadas por idade, obedecendo a protocolos já estabelecidos pelos órgãos ligados à saúde.

Em conclusão, é inegável que experimentos realizados em animais são reveladores. Historicamente, a ciência biomédica e a medicina devem muito a essas abordagens e, se hoje temos à nossa disposição um grande acervo de conhecimento, os animais foram parceiros fundamentais nesse processo. Por outro lado, também graças à experimentação com animais, foi possível detectar que a biodiversidade é acompanhada de peculiaridades típicas das várias espécies. Tendo isso em mente, o próprio método científico se encarregará de instilar a cautela quando for necessário extrapolar dados de animais para os humanos.

Franklin David Rumjanek
Instituto de Bioquímica Médica
Universidade Federal do Rio de Janeiro

terça-feira, 23 de junho de 2015

Glóbulos vermelhos

Ativos naturais

Glóbulos vermelhos do sangue são fonte de proteínas e lipídeos para a produção de pequenas cápsulas e candidatos a medicamentos 

DINORAH ERENO | ED. 232 | JUNHO 2015


072-073_Moléculas boi_232Pesquisadores de Brasília encontraram no sangue matéria-prima para encapsular moléculas com uso potencial contra cânceres, fungos e bactérias em futuras aplicações terapêuticas. Das hemácias, eles obtiveram fosfolipídeos, uma espécie de gordura empregada na fabricação de lipossomos – nanoestrutura semelhante a pequenas cápsulas esféricas, utilizada para transportar fármacos e cosméticos para regiões específicas do corpo. Ainda a partir das hemácias, mais especificamente da proteína hemoglobina encontrada nos glóbulos vermelhos, também conhecidos como eritrócitos, eles extraíram peptídeos (fragmentos de proteína) com atividades farmacológicas. “Proteínas como a hemoglobina possuem inúmeros peptídeos internos à sua estrutura que podem apresentar bioatividade distinta daquela da proteína original”, explica Luciano Paulino da Silva, coordenador do grupo de Nanobiotecnologia da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia. “Desde a década de 1980 existem relatos na literatura científica de que fragmentos de proteínas contêm atividades biológicas”, relata. “Mas, pelas pesquisas que fizemos, esses fragmentos ainda não haviam sido aplicados na forma de nanossistemas como constituintes de lipossomos.”

A pesquisa, conduzida em parceria com a Embrapa e a Universidade de Brasília (UnB), resultou em um depósito de patente tanto pela obtenção dos peptídeos como pela estratégia utilizada para a produção de lipossomos. “Extraímos os fosfolipídeos das membranas das hemácias e formulamos os lipossomos a partir do próprio componente da célula”, relata Luciano. “A obtenção de lipossomos de hemácias realmente é uma inovação porque os similares comerciais disponíveis no mercado são preparados a partir de fosfolipídeos sintéticos ou naturais a partir de gemas de ovos e de outras fontes”, diz Eneida de Paula, professora do Departamento de Bioquímica, do Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Os estudos que resultaram nesse trabalho foram conduzidos pela bióloga Cínthia Caetano Bonatto durante a sua dissertação de mestrado na UnB, orientada por Luciano. O pesquisador lidera um grupo na Embrapa que estuda alternativas para resíduos agropecuários que são, em geral, descartados. No caso, foi utilizado sangue bovino e de camundongo. De um boi de tamanho médio abatido, por exemplo, pode-se obter até 20 litros de sangue. “Os lipossomos que formulamos têm potencial de uso para diversos tipos de fármacos”, diz Cínthia, que continua a se dedicar ao tema no doutorado, em que também utiliza plantas. Algumas de suas possíveis aplicações são em quimioterapias, para reduzir os efeitos adversos do tratamento. Ou ainda como bioativos na indústria química e farmacêutica tanto animal como humana, para possíveis tratamentos de doenças.
Outros compontentes do sangue, como peptídeos, também são estudados pelo pesquisador. “A hemoglobina apresenta similaridade celular entre diferentes organismos, o que abre um leque de possibilidades para uso da tecnologia”, relata Luciano. Como a hemoglobina é uma proteína com quase 600 aminoácidos, para extrair apenas os peptídeos de interesse para a pesquisa – entre 5 e 20 – foi preciso colocá-la em meio aquoso com uma enzima específica para essa finalidade, processo chamado de hidrólise enzimática. Os peptídeos extraídos foram colocados dentro de lipossomos, que tem potencial de levar o fármaco para a célula do organismo que necessita de tratamento. A avaliação dos efeitos antitumorais dos peptídeos foi feita a partir da hemoglobina hidrolisada de camundongo in vitro, em um modelo para estudo de câncer de mama. Os testes foram conduzidos em laboratório pela bióloga Graziella Anselmo Joanitti, professora da UnB, que trabalha com aplicação de nanotecnologia na biomedicina na área de câncer, e por Cínthia, com células isoladas de câncer de mama de camundongos. “Inicialmente, fizemos testes com peptídeos administrados na forma livre e observamos um efeito sutil na redução da viabilidade das células tumorais”, relata Graziella. Em seguida, foram testados componentes peptídicos da hemoglobina na forma nanoestruturada. “Quando encapsulados em lipossomos, o efeito antitumoral in vitro foi bem mais expressivo.”

Câncer e agricultura

Na primeira etapa da pesquisa, o conjunto de todos os peptídeos obtidos passou por testes. Na próxima fase, os pesquisadores farão a identificação das moléculas com papel mais preponderante na redução de células tumorais in vitro e irão investigar os mecanismos de ação envolvidos. Graziella ressalta que os lipossomos constituídos pelos próprios componentes das hemácias, quando utilizados para transporte de bioativos, possivelmente não são reconhecidos como invasores pelo organismo.

A expectativa dos pesquisadores brasilienses é futuramente utilizar essa estratégia para tratamento de câncer em humanos, mas para isso toda uma sequência de testes pré-clínicos e clínicos precisa ser seguida. Por enquanto, eles estão na fase de estabelecimento de colaborações com outros grupos de pesquisa da Embrapa para procurar novos fármacos destinados ao tratamento de doenças causadas por microrganismos como bactérias patogênicas e também por parasitas que provocam grandes prejuízos à agropecuária nacional, como berne – uma larva da mosca Dermatobia hominis –, infestação por carrapato e pela mosca-dos-chifres.

segunda-feira, 31 de outubro de 2011

Quando os microrganismos salvam vidas

Bactérias, fungos e protozoários são vistos em geral como vilões. Muitos desses pequenos seres, porém, realizam serviços importantes para os humanos e vêm sendo usados na produção de medicamentos. Artigo da CH 286 mostra como os microrganismos podem nos beneficiar.
Por: Adriana A. Lopes, Denise O. Guimarães e Mônica T. Pupo
Publicado em 24/10/2011 | Atualizado em 24/10/2011
Quando os microrganismos salvam vidas
Fungos crescendo em cultura. Embora possam ainda hoje causar infecções que comprometem a vida dos humanos, esses seres diminutos são úteis em processos industriais e no combate a doenças. (foto: David Midgley, University of Sydney/ CC BY-SA 2.5) 
 
Microrganismos, como o nome diz, são organismos minúsculos, representados por fungos, bactérias, vírus, algas e protozoários. Geralmente, associamos esses seres microscópicos às doenças que eles podem causar em humanos, animais e lavouras. No cardápio de males provocados por esses agentes, está também a deterioração dos alimentos.
No caso de humanos, bactérias, fungos e vírus podem ainda hoje causar infecções que comprometem a vida dos pacientes – especialmente, aqueles com o sistema imunológico debilitado por outra doença, como a Aids.

Os microrganismos estão em toda parte: solo, água, pedras, no interior e na superfície de seres vivos (humanos, plantas, animais, insetos etc.), entre outros locais. A maioria deles não se locomove e não tem mecanismos de defesas físicas frente a adversidades.
No meio ambiente, convivem com grande número de seres vivos, sendo que a principal forma de interação com o ambiente envolve a produção de substâncias químicas – conhecidas como produtos naturais –, bem como enzimas, que agem principalmente como mecanismo de defesa contra outros microrganismos.
Essas moléculas – que, em geral, têm estrutura complexa – podem ser excretadas pelo microrganismo para inibir o crescimento de outros organismos e, assim, garantir a preservação da própria espécie.

Do laboratório à indústria

Ao longo do tempo, o homem conseguiu cultivar microrganismos em laboratório, bem como isolar e identificar quimicamente os produtos naturais microbianos, aplicando-os na medicina como medicamentos.
Os processos fermentativos envolvidos no desenvolvimento microbiano também passaram a ser explorados para o benefício humano em diversas áreas (ver ‘E se Dionísio soubesse química?’ na CH 279).

Os microrganismos são amplamente usados em indústrias para a produção de produtos químicos, como butanol, etanol e ácido cítrico, e suplementos alimentares (aminoácidos) e enzimas. São também usados na produção de pães, cerveja, vinho, vinagre, queijos e iogurtes.
São importantes agentes de biorremediação, ou seja, usados para remover ou reduzir a poluição ambiental. São utilizados em processos de biocatálise, convertendo substâncias químicas em outras, com maior rapidez e menor custo que processos totalmente químicos.
A fermentação de microrganismos é também aplicada pela indústria farmacêutica para obtenção de medicamentos que não são facilmente produzidos por síntese química. Nessa última aplicação, a química microbiana tem contribuído significativamente para a saúde da humanidade.

Combate às doenças

As descobertas de cientistas como o químico e microbiologista francês Louis Pasteur (1822-1895), o cirurgião inglês Joseph Lister (1827-1912) e o médico alemão Robert Koch (1843-1910) permitiram identificar microrganismos como agentes causadores de infecções, as quais geralmente causavam a morte dos pacientes devido à ausência de tratamento efetivo.
'Penicillium notatum'
A descoberta da penicilina por Alexander Fleming, em 1928, tornou-se o marco do uso medicinal de produtos naturais microbianos e revolucionou a medicina e o tratamento das infecções bacterianas. A substância é produzida pelo fungo 'Penicillium notatum' (na imagem). (foto: Crulina/ CC BY-SA 3.0)
Os cientistas alemães Paul Erlich (1854-1915) e Gerhard Domagk (1895-1964) foram pioneiros em mostrar que corantes artificiais matavam microrganismos e controlavam infecções.
Lister e o médico francês Ernest Duchesne (1874-1912), independentemente, relataram o uso de fungos Penicillium em bandagens para tratar pacientes infectados no final do século 19. Porém, textos da medicina chinesa, com mais de 3 mil anos, relatam o uso de soja ‘embolorada’ (com bolor, ou seja, com fungo) para tratar infecções de pele.
Mas foi a descoberta da penicilina, produzida pelo fungo Penicillium notatum, pelo médico escocês Alexander Fleming (1881-1955), em Londres (1928), que se tornou marco do uso medicinal de produtos naturais microbianos e revolucionou a medicina e o tratamento das infecções bacterianas.

Adriana A. Lopes
Denise O. Guimarães
Mônica T. Pupo
Departamento de Ciências Farmacêuticas/Faculdade de Ciências Farmacêuticas de Ribeirão Preto
Universidade de São Paulo