introducción a la biotecnología

1. UNIVERSIDAD DE PANAMÁ
FACULTAD DE FARMACIA
MEDICAMENTOS BIOTECNOLÓGICOS
FAR 312
Definiciones. Bases de la Ingeniería Genética.
Herramientas Biotecnológicas. Principales Técnicas en la
Biotecnología. Orígenes de las Biomoléculas en Salud.
Métodos extractivos a partir del material biológico.
Prof. EDITH MADRID

2. La Ingeniería Genética
■ La ingeniería genética (también denominada modificación
genética) es un proceso que emplea tecnologías de
laboratorio para alterar la composición del ADN de un
organismo.
■ Eso puede incluir un cambio en un único par de bases (A-T o
C-G), la deleción de una región del DNA o la adición de un
nuevo segmento de ADN.
■ Mediante ingeniería genética se puede agregar un gen de
una especie a un organismo de otra especie para producir
un rasgo deseado.
■ En su uso en la investigación y la industria, la ingeniería
genética se ha aplicado a la producción de terapias contra el
cáncer, la elaboración de levaduras, y plantas y ganado
modificados genéticamente, entre otros usos.

3. La Ingeniería Genética
La Ingeniería
Genética
también se
llama tecnología
del DNA
recombinante
1. La creación de
moléculas de
DNA
recombinante
(rDNA)
2. Su
propagación o
multiplicación a
través de la
clonación o de
la técnica de la
PCR

4. La Ingeniería Genética, DNA recombinante, clonación
■ Molécula de rDNA es cualquier
molécula de DNA creada
artificialmente uniendo dos
moléculas de DNA que no se
encuentran juntas en la naturaleza.
fragmento de
DNA humano
Con
otro
procedente de
una bacteria
nueva molécula de
DNA resultado de
recombinar
(en el sentido de
mezclar) dos moléculas
de
DNA de diferente
procedencia.
Como se obtiene millones de
copias? se introduce en un
hospedador determinado
(usualmente una bacteria o
levadura) y la maquinaria celular
se encarga de fabricar las copias
del rDNA. Este es proceso in vivo
de transformar una célula con el
rDNA para propagarlo y
almacenarlo es lo que se
denomina clonación de DNA.

5. La Ingeniería Genética, DNA recombinante, PCR
■ Otra forma de obtener millones de copias
del rDNA in vitro es empleando la técnica
de la PCR (Polymerase Chain Reaction) que
consiste en replicar el DNA en el tubo de
ensayo, sin necesidad de la participación
de células.
■ Las pruebas detectan el ADN o el
ARN de un patógeno (el organismo
que causa una enfermedad) o células
anormales en una muestra.
■ Durante una prueba de PCR, una
pequeña cantidad de material
genético de una muestra se copia
varias veces. El proceso de copia se
conoce como amplificación
•La muestra se introduce en una
máquina especial. Se añade una
enzima llamada polimerasa a la
muestra. Esto hace que la muestra
produzca copias
•El proceso de copia se repite
varias veces. Después de una hora,
se hacen miles de millones de
copias. Si hay un virus o un agente
patógeno, eso se indica en la
máquina

6. La Ingeniería Genética, DNA recombinante, clonación,
vector de clonación
■ DNA con capacidad de replicación autónoma se le llama vector de
clonación y suele ser una molécula tipo plásmido.
■ Los plásmidos son moléculas de DNA circulares, de doble cadena,
que se encuentran de forma natural en bacterias y levaduras
donde se replican autónomamente.
■ La bacteria más empleada en Ingeniería Genética como célula
hospedadora es la conocida Escherichia coli y la levadura es
Saccharomyces cerevisiae.

8. El Genoma
■ El genoma es el conjunto completo
de instrucciones del ADN que se
hallan en una célula.
■ En los seres humanos, el genoma
consta de 23 pares de cromosomas
ubicados en el núcleo de la célula, así
como de un pequeño cromosoma en
la mitocondria de la célula.
■ Un genoma contiene toda la
información que una persona
necesita para desarrollarse y
funcionar.

9. Acido Desoxirribonucleico
■ El ácido desoxirribonucleico es la molécula que
transporta la información genética para el
desarrollo y funcionamiento de un organismo.
■ El ADN está formado por dos hebras unidas
que se enrollan entre sí para parecerse a una
escalera retorcida, una forma conocida como
doble hélice.
■ Cada hebra tiene una columna vertebral
formada por grupos alternantes de azúcar
(desoxirribosa) y fosfato. Unido a cada azúcar
hay una de cuatro bases: adenina (A), citosina
(C), guanina (G) o timina (T).
■ Las dos hebras están conectadas por enlaces
químicos entre las bases: la adenina se une con
la timina y la citosina se une con la guanina.
■ La secuencia de las bases a lo largo de la
columna vertebral del ADN codifica
información biológica, como las instrucciones
para fabricar una proteína o una molécula de
ARN.

10. Biotecnología
■ La biotecnología utiliza células vivas
para desarrollar o manipular productos
con fines específicos, como por ejemplo
los alimentos transgénicos.
■ La biotecnología está así vinculada con
la ingeniería genética y surgió como
disciplina a principios del siglo XX en
la industria alimentaria, a la que después
se sumaron otros sectores como la
medicina o el medio ambiente.
■ Las innovaciones biotecnológicas ya
forman parte de nuestra cotidianidad.
■ Además, en los últimos meses la
biotecnología se ha convertido en una
de las puntas de lanza en la lucha contra
la pandemia de COVID-19 que recorre el
planeta, ya que ayuda a descifrar el
genoma del virus y a comprender cómo
actúa el sistema de defensa de nuestro
organismo frente a los agentes
infecciosos.
■ El desarrollo de la insulina, la hormona
del crecimiento, la identidad y el
diagnóstico molecular, las terapias
génicas y vacunas como la de la
hepatitis B son algunos de los hitos de
la biotecnología y su alianza con la
ingeniería genética.

12. Medicamentos Biotecnológicos en Panamá
Matriz Comparativo de Líneas Celulares
Categoría Cantidad
Anticuerpos monoclonales 80
Insulinas 27
Fármacos hipoglucemiantes 3
Proteínas 15
Glucoproteinas y Glicoproteínas 10
Hormonas 24
Antitrombóticos / Anticoagulantes 6
Enzimas 9
Agentes de cicatrización 1
Factores estimulantes de colonias 6
Análogos de la GLP-1 5
Factor VIII 3
Antianémicos 1
Inmunosupresores 8
Vacunas 5
Interferones 3
Vacíos - N/A 2
Base de datos de Farmacia y Drogas

13. Biotecnológicos
Son productos
medicinales, terapéuticos,
profilácticos o de
diagnóstico in vivo cuyo
principio activo es de
naturaleza biológica.
La producción de
medicamentos
biotecnológicos se
desarrolla mediante
técnicas biotecnológicas
(ADN Recombinante,
expresión génica
controlada, métodos
basados ​​en anticuerpos,
etc.).
Dentro de los principales
tipos de medicamentos
biotecnológicos, podemos
citar:
-los Anticuerpos
monoclonales,
-las Proteínas
recombinantes,
-las Vacunas o las
Terapias avanzadas.

14. Proceso de fabricación de los medicamentos
biotecnológicos
■ Para la producción de medicamentos
biotecnológicos se parte de un
material homogéneo constituido por:
1. microorganismos (virus, bacterias o
levaduras) o
2. una línea celular de animales (como
mieloma de ratón o células de ovario
del hámster chino) modificados
genéticamente para obtener la
proteína bioterapéutica de interés.
■ A continuación, se obtienen cultivos a
gran escala de estos microorganismos
o líneas celulares.
■ Se aísla y purifica la proteína
recombinante, hay inactivación o
eliminación de posibles virus
contaminantes
■ Se envasa de forma estéril para la
obtención del producto final en forma
de solución o liofilizado.

15. APLICACIONES GENERALES DE LOS ANTICUERPOS MONOCLONALES
Detectar y cuantificar
niveles de expresión de
genes;
inmunodiagnóstico: en el
diagnóstico de muchas
enfermedades infecciosas
diagnóstico y tratamiento
de tumores específicos:
identificación de
marcadores fenotípicos
únicos de
un tipo celular particular
identificar las interacciones
moleculares con los
productos de genes
determinar la localización
de la expresión de genes
a nivel celular, subcelular y
en los tejidos
análisis funcionales de
moléculas de la superficie
celular o de proteínas
secretorias;
selección de posibles
blancos terapéuticos
y de candidatos para
vacunas
investigación
inmunológica

16. TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN DE ANTICUERPOS
MONOCLONALES
■ GENERACIÓN DE HIBRIDOMAS
1. Las células tumorales de mieloma de ratón procedían de una línea creada MOPC21, deficitarias en
enzimas claves para la síntesis de oligonucleótidos.
2. Por su parte, el agente fusionante inicial era el virus Sendai, pero luego fue sustituido por PEG.
3. Las células B se obtenían de ganglios linfáticos o del bazo de los ratones inmunizados repetida y
eficazmente con el antígeno deseado.
4. Estas células se cultivaban con las de mieloma y el agente fusionante en un medio de cultivo de
composición especial (HAT, porque contiene hipoxantina, aminopterina y timidina). (Este medio no
permite la supervivencia de las de mieloma no hibridadas. Los linfocitos B no fusionados también
mueren y quedan únicamente las células fusionadas.
5. La fusión celular se lleva a cabo a partir de la selección de animales con los mayores producciones de
anticuerpos antes de la misma.
6. Se emplea la fuente de linfocitos y la línea de mieloma para realizar las fusiones celulares con PEG.
7. Los hibridomas positivos son clonados y reclonados por la técnica de dilución limitante, y congelados en
nitrógeno líquido en presencia de dimetilsulfóxido (DMSO) y suero fetal bovino (SFB)
8. Este hibridoma hereda de la célula plasmática la información genética para sintetizar el anticuerpo
deseado.

17. ■ los anticuerpos son proteínas producidas por
células B (linfocitos B) como reacción a la
exposición a una sustancia extraña (antígeno),
uniéndose de forma específica a una parte
determinada del antígeno.
■ Los linfocitos B naturales no pueden producir
suficientes cantidades de estos anticuerpos para
que puedan ser empleados con fines terapéuticos
ó de diagnóstico.
■ En 1975 se consiguió resolver este problema
fusionando linfocitos B productores de
anticuerpos con células de mieloma (hibridoma).
■ Las células resultantes constituyen una fuente de
anticuerpos homogéneos (monoclonales) y desde
entonces éstos se han convertido en una
herramienta terapéutica para el tratamiento de
muchas enfermedades severas, siendo algunos
tipos de cáncer los blancos terapéuticos de estos
desarrollos.
Anticuerpo Monoclonales

18. TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN DE ANTICUERPOS MONOCLONALES
■ ANIMALES TRANSGÉNICOS
1. Se empleó para disminuir los efectos adversos e incrementar la efectividad terapéutica de los
anticuerpos monoclonales.
2. Los ratones empleados se denominan XenoMouse.
3. Son híbridos descendientes de un progenitor (cepa de ratones), en el que se han inactivado los genes
necesarios para la producción de inmunoglobulinas, y de un segundo progenitor en cuyas células
productoras de anticuerpos se han introducido el locus (lugar específico ocupado por un alelo en un
cromosoma) de la IgH (cadena pesada de la inmunoglobulina, por sus siglas en inglés)
3. Una vez cruzados ambos ratones, se consigue
mediante selección previa, una cepa que expresa
únicamente inmunoglobulinas hum
4. De esta forma, si dichos animales se inmunizan frente
a un antígeno concreto, se obtendrán anticuerpos
útiles como terapia en personas.

19. TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN DE ANTICUERPOS MONOCLONALES
MONOESPECÍFICOS
■ TECNOLOGÍA DE ADN
RECOMBINANTE
Se divide en dos técnicas: la
terapia de fagos y la terapia
ribosomal
1. Los fagos o bacteriófagos son
virus infectan bacterias,
introduciendo su material
genético en el genoma
bacteriano.
2. Emplean las funciones vitales
de la bacteria para la
producción de mas unidades
virales.
3. Consiste fundamentalmente
de material genético y
proteínas. Su genoma puede
componerse de ADN o ARN,
el cual puede ser de cadena
doble o sencilla.
4. El fago M13 es un tipo de
bacteriófago ampliamente
empleado para la producción
de anticuerpos monoclonales.
Este infecta las bacterias de E.
coli, insertando su genoma y
empleando las funciones de
la bacteria para reproducirse
y producir más copias del
virus.
5. Mediante técnicas de
Ingeniería Genética, es
posible manipular su material
genético e insertar una
secuencia externa de ADN.
6. Estos fagos recombinantes
expresar en su superficie la
proteína codificada por el
ADN insertado.
7. Produciéndose nuevos virus
portadores de anticuerpos.

20. TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN DE ANTICUERPOS MONOCLONALES
TECNOLOGÍA DE ADN
RECOMBINANTE
1. La terapia ribosomal es una
tecnología de
producción/síntesis de
fragmentos de anticuerpos
monoclonales in vitro.
2. Se generan bibliotecas de
genes de anticuerpos basadas
en la síntesis de fragmentos de
anticuerpos monoclonales, al
igual que la terapia de fagos.
3. La diferencia es el uso de
ribosomas, sin emplear células
como fabricas de producción
de estas glicoproteínas.
4. Una ventaja es que sistema de
selección in vitro puede ser
manipulado y optimizado para
la expresión, el plegado y la
estabilidad de los miembros de
la biblioteca de genes

21. TECNOLOGÍAS DE PRODUCCIÓN DE ANTICUERPOS MONOCLONALES
■ PROTEÍNAS DE FUSIÓN
1. Son polipéptidos originados al traducirse dos o
mas genes previamente unidos en un marco de
lectura para dar lugar a una única proteína.
2. Estos presentan propiedades distintas a las
obtenidas en las proteínas originales.
3. Se crean artificialmente por tecnología de ADN
recombinante y son muy utilizadas en investigación y
en terapia biológica.
4. El uso de anticuerpos monoclonales para
elaboración presenta como ventajas: mayor
diversidad y especificidad antigénica, mínimo riesgo
de reacciones cruzadas, y propiedades específicas
requeridas en ciertas aplicaciones como vida media,
tamaño y funciones efectoras.
4. Existe un importante numero de proteínas de
fusión en las que se combinan porciones de
moléculas de anticuerpos diferentes o se fusionan
con toxinas, interleucinas, moléculas de adhesión,
componentes de la matriz extracelular, hormonas,
factores de crecimiento, superantigenos, moléculas
CD, receptores celulares e incluso lípidos.
5. Las proteínas mas utilizadas son la A de
estafilococo, la G de estreptococo, la de unión a
maltosa y la glutatión-S-transferasa (GST) de
Schistosoma japonicum

22. ANTICUERPOS MONOCLONALES, Desarrollo
■ En 1975 fusionó linfocitos B productores de anticuerpos con células de mieloma
(hibridoma).
■ Las células resultantes constituyen una fuente de anticuerpos homogéneos
(monoclonales) y desde entonces éstos se han convertido en una herramienta
terapéutica para el tratamiento de muchas enfermedades severas, siendo algunos tipos
de cáncer los blancos terapéuticos de estos desarrollos.
■ Los anticuerpos monoclonales de ratón o murinos, a pesar de ser perfectamente válidos
para todos los usos terapéuticos, no son útiles para su empleo en seres humanos,
especialmente en terapias que requieran tratamientos prolongados, ya que el sistema
inmune los identifica como cuerpos extraños y reacciona para destruirlos, por lo que su
eficacia terapéutica se ve claramente disminuida.
■ Desde que se introdujo el primer anticuerpo monoclonal producido por la tecnología
del hibridoma para uso clínico, en pacientes con rechazo primario de trasplantes, se
observó que estos anticuerpos monoclonales, por ser de origen de ratón, generaban
intensas respuestas de hiperreactividad en los pacientes

23. ANTICUERPOS MONOCLONALES, Desarrollo
■ Se ha obtenido una segunda generación
de anticuerpos monoclonales
quiméricos.
■ Basado en la humanización de los
anticuerpos monoclonales de ratón
mediante ingeniería genética, evitando así
el rechazo del sistema inmune al ser
introducidos en el organismo.
■ Un anticuerpo quimérico es creado de tal
manera que incorpora parte animal y
parte humana.
■ La parte animal o hipervariable (un 30%)
es indispensable para que el anticuerpo
reconozca la sustancia extraña (antígeno).
■ La parte humana (un 70%) es responsable
de que el sistema inmunológico pueda
contribuir a añadir efectividad a su acción.
■ Aunque los anticuerpos monoclonales
quiméricos son menos inmunogénicos
que los anticuerpos monoclonales de
ratón, se han observado respuestas
importantes de tipo anticuerpo-
antiquiméricos en el 40% de los
productos que se han usado en humanos

24. ANTICUERPOS MONOCLONALES, Desarrollo
■ En 1986 se incorporó la técnica de humanización de anticuerpos
con el objetivo de minimizar los componentes del anticuerpo de
ratón, generadores de la respuesta inmune.
■ Un anticuerpo monoclonal humanizado significa que contiene
un 90% de material humano, lo que reduce la inmunogenicidad de
los anticuerpos, es decir, el rechazo del sistema inmunológico.
■ Actualmente un 50% de los anticuerpos monoclonales existentes
en el mercado farmacéutico son humanizados.

25. ANTICUERPOS MONOCLONALES, Desarrollo
■ Finalmente, los anticuerpos monoclonales humanos están
constituidos en un 100% de IgG humana y se postula que serán la
clase
■ Sin embargo, varias técnicas hacen posible la generación de
anticuerpos monoclonales humanos como la expresión de fragmentos
de Ig como los fracciones variables de cadena única, Fab y ScFv, en
bacterias, gracias a las bibliotecas de bacteriófagos que tienen
insertado dentro de su ADN tales genes.
■ Actualmente, la tecnología del fago es una de las más utilizadas y bien
establecidas para el desarrollo de nuevos anticuerpos monoclonales
humanos.

27. El Libro Púrpura es una base de datos que contiene información sobre todos los
productos biológicos con licencia de la FDA regulados por el Centro de Evaluación e
Investigación de Medicamentos (CDER), incluidos los productos biosimilares e
intercambiables con licencia, y sus productos de referencia. El Libro Púrpura también
contiene información sobre todos los productos alergénicos, de terapia celular y génica,
hematológicos y de vacunas autorizados por la FDA y regulados por el Centro de
Evaluación e Investigación Biológica (CBER).
https://purplebooksearch.fda.gov/

28. Otras Técnicas de la Biotecnología
Terapia
génica
Células
madre
Nanomedicina
Nuevos sistemas
de administración
Biosimilares
34

29. Otras Técnicas de la Biotecnología
1. Terapia Génica Por décadas los
científicos han estado buscando maneras
de modificar genes o de substituir genes
defectuosos con genes saludables para
tratar, curar o prevenir una enfermedad o
afección médica
o Desde agosto de 2017, la Administración
de Alimentos y Medicamentos de los
Estados Unidos (FDA) ha aprobado tres
productos de terapia genética, los
primeros de su clase.
o Pueden substituir un gen que esté
ocasionando un trastorno de salud por uno
sano; agregar genes que le ayuden al
cuerpo a combatir o a tratar la
enfermedad, o desactivar los genes que
están ocasionando problemas.
o En la terapia genética que se utiliza para
modificar las células fuera del cuerpo, se
puede tomar sangre, médula ósea u otro
tejido de un paciente, y se pueden separar
tipos específicos de células en el
laboratorio.
o El vector que contiene el gen deseado se
introduce a estas células. Las células se
dejan para que se multipliquen en el
laboratorio y luego le son inyectadas
nuevamente al paciente para que
continúen multiplicándose y, con el
tiempo, generar el efecto deseado.
o https://www.youtube.com/watch?v=GbJasF
gJkLg&t=22s

30. Otras Técnicas de la Biotecnología
2. Células Madre
o Se utilizan células madre que se obtienen de la
médula ósea o de la sangre en trasplantes para
tratar a los pacientes con cáncer y otros
trastornos hepáticos y del sistema inmunológico.
o Los investigadores deben demostrar cómo se
fabricará el producto para que la FDA pueda
asegurarse de que se estén tomando las medidas
correctas para ayudar a garantizar su seguridad,
pureza y potencia.
o Los únicos productos hechos a base de células
madre que están aprobados por la FDA para su
uso en los Estados Unidos consisten en las células
madre que forman la sangre (células progenitoras
hematopoyéticas).
o Aun si las células madre son propias, de todos
modos hay riesgos de seguridad. Además, si las
células son manipuladas después de su
extracción, corren el riesgo de contaminarse.
36
Micrografía electrónica de células madre

31. Otras Técnicas de la Biotecnología
3. Nanomedicina
o Objetivo manipular moléculas y estructuras a escala atómica.
o La nanotecnología permite a los científicos crear, explorar y manipular materiales
medidos en nanómetros. Dichos materiales pueden tener propiedades químicas, físicas y
biológicas que difieren de las de sus contrapartes más grandes.
o Las aplicaciones en nanoescala para productos terapéuticos, para sistemas de suministro
de fármacos y para plataformas o soportes para la reconstrucción de tejidos.
o La investigación de la nanotecnología farmacéutica se orienta al desarrollo de nuevos
métodos para el suministro de los fármacos, fármacos que incluyen entre otros el DNA
o Las nanoestructuras tendrían la ventaja de ser capaces de evitar el sistema inmune y de
atravesar algunas barreras que el cuerpo utiliza para evitar la penetración de sustancias
extrañas o no deseadas; barreras como la hematoencefálica y la pared del tracto
gastrointestinal.
o https://www.fda.gov/media/157812/download
37

32. Otras Técnicas de la Biotecnología
4. Nuevos sistemas de administración
o Fármacos incluyen partículas
microscópicas llamadas microesferas,
que tienen orificios del tamaño justo
para aplicar los fármacos directamente
en las dianas.
o La investigación actual sobre los
sistemas de administración de
medicamentos se puede describir en
cuatro categorías amplias: rutas de
administración, vehículos de
administración, carga y estrategias de
focalización.
o Estas técnicas son una forma común
de disminuir los efectos secundarios y
la toxicidad de los medicamentos
mientras se maximiza el impacto de un
tratamiento.
o Los sistemas de administración de
fármacos controlan la velocidad a la
que se libera un fármaco y el lugar del
cuerpo donde se libera. Algunos
sistemas pueden controlar ambos.
o https://www.nibib.nih.gov/sites/default/
files/2022-05/Fact-Sheet-Sistemas-de-
administraci%C3%B3n-de-
medicamentos.pdf

33. Otras Técnicas de la Biotecnología
5. Biosimilares
o Productos medicinales de origen
biotecnológico similares a otros
fármacos biológicos innovadores,
PERO no son idénticos al
medicamento original y no se afecta
su seguridad, calidad y eficacia.
o Puedan darse diferencias en el
producto final a nivel de la actividad
del medicamento, o incluso, la
aparición de determinados efectos
adversos como la inmunogenicidad.
o Son necesarios análisis clínicos
destinados a establecer la eficacia y
seguridad.
o Patente ha expirado, producidos por
un fabricante diferente, en nuevas
líneas celulares, nuevos procesos y
nuevos métodos analíticos.

34. Otras Técnicas de la Biotecnología
5. Biosimilares
Resulta relativamente fácil fabricar una copia genérica exacta de un medicamento
químico de marca a través de una serie de reacciones químicas. Este no es el caso de los
medicamentos biosimilares.
Es casi imposible realizar una copia exacta de un medicamento biológico dado,
incluidos los medicamentos biosimilares, por tres razones:
1. En primer lugar, dado que los medicamentos biológicos están hechos en organismos
vivos, siempre habrá alguna diferencia en sus características y estructura, incluso si
esto no afecta el funcionamiento del medicamento.
2. En segundo lugar, son grandes y tienen una estructura compleja, lo que hace difícil
descifrar su estructura por completo.
3. En tercer lugar, el medicamento final depende en gran medida del proceso de
fabricación.

35. Comparación del desarrollo de un Biosimilar