La Insulina Humana Recombinante: Un Caso Exitoso de

la Biotecnología ModernaIng. Quím. José Manuel Pais Chanfrau, PhD

Prof. Invitado DCQA - ESPOL

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¿Qué es la Biotecnología?

BIOTECNOLOGÍAS

MÉDICA

MARINA

AGRICULTURAINDUSTRIA

MEDIO AMBIENTE

Biotecnología es la aplicación de los principios de la Ciencia y la Ingeniería para tratamiento de materiales orgánicos e inorgánicos por sistemas biológicos para producir bienes y servicios.

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¿Qué es la Biotecnología Moderna?

• EMPÍRICO (comprensión limitada de los mecanismos)

• BASADO EN DATOS (Análisis de los hechos)

• Mínima capacidad de predicción

• BASADO EN EL CONOCIMIENTO (del producto y el proceso)

• Identificación de los CQA y CPP

• Identificación y control del Riesgo

ICH Q8, Q9 y Q10

QbD, PAT

PASADO

FUTURO

EVOLUCIÓN EN EL DESARROLLO BIOTECNOLÓGICO

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Hechos de la Biotecnología Moderna

Se han creado más de 200 nuevas terapias y vacunas, incluyendo productos para el tratamiento de diabetes, diversos tipos de cáncer, desordenes metabólicos, HIV, etc…

Existen más de 400 candidatos a productos en diferentes niveles de ensayos clínicos contra enfermedades degenerativas como el Alzheimer y el Parkinson, diferentes tipos de cánceres, enfermedades autoinmunes y desórdenes metabólicos como la diabetes, la esclerosis múltiple y la artritis reumatoide; enfermedades virales como el HIV/SIDA, Ébola, HPV, etc...

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Hechos de la Biotecnología Moderna

La creación de cientos de kit de detección de numerosas enfermedades, que permite garantizar el suministro de sangre segura en los bancos de sangre de los hospitales, detectar a tiempo embarazos no deseados y muchas enfermedades trasmisibles, así como, prevenir el nacimiento de niños con malformaciones congénitas incompatibles con la vida…

Los Bioplaguicidas y otros bioproductos agrícolas permiten reducir el empleo de productos químicos en la Agricultura, obteniendo alimentos más sanos y disminuyendo la contaminación del medio ambiente…

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Hechos de la Biotecnología Moderna El Bioetanol, obtenido a partir de desechos de cosechas

por la acción de enzimas biotecnológicas, constituye un combustible renovable y más limpio que el petróleo y sus derivados...

La aplicación de la biotecnología a los procesos industriales y al medio ambiente ha permitido reducir los consumos de agua y a disminuir el impacto contaminador del hombre sobre la naturaleza…

La Biotecnología es uno de los sectores industriales con mayor intensidad en I + D, siendo un sector formador y consumidor de gran cantidad de profesionales de cuarto nivel y generando un gran número de publicaciones científicas y patentes…

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¿Qué es la Diabetes Mellitus?

La diabetes mellitus es una enfermedad en la que aparece una cantidad excesiva de glucosa en la sangre. Esto es debido a que el cuerpo o no produces insulina o no la utiliza en la forma adecuada.

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Principales consecuencias de la Diabetes

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Algunos Datos de la Diabetes Mellitus…Una pandemia mundial…..

Pacientes DM:Mundo: 285 millones (2010)

438 millones (2030)Cuba: 400 mil (2010)

Fallecidos DM:Mundo: 3,8 MM (2007)Cuba: 2 056 (2006)In

dia

China

EEUU

Fed.

Rus

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Brasil

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Indo

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Mexico

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100Países con mayor número de Di-

abéticos

2000 2007

2010 2030

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Terapias para el Tratamiento de la Diabetes Mellitus

1. TRASPLANTE

NATURE BIOTECHNOLOGY 23 (10): 1274-1282 , 2005

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Terapias para el Tratamiento de la Diabetes Mellitus

2. EMPLEO DE LA TERAPIA GÉNICA Y DE CÉLULAS MADRES

Pagliuca et al. 2014, Generation of Functional Human Pancreatic β Cells In Vitro. Cell 159(4)

3. SUMINISTRO DE INSULINA O DERIVADOS DE LA INSULINA

Existen diversas fuentes de esta hormona. Su obtención a partir del páncreas de cadáveres queda descartado por su poca disponibilidad y contraindicaciones éticas. Solo es posible su suministro a escala industrial de fuentes vacuna y porcina y a partir de procesos complejos de purificación, y mediante el empleo de la ingeniería genética y la biotecnología.

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¿Qué es la Insulina?

Es una proteína de 51 aminoácidos C257H383N65O77S6, de 5807,7 Da y pI 5,4; formada por dos cadenas polipeptídicas A (21 aa) y B (30 aa), unidas mediante dos puentes disulfuro.

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¿Qué es la Insulina?

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¿Qué es la Insulina?¿Cómo actúa?

Dímero de la IH

3 x 6 x

Monómero de la IH

Hexámero de la IH

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¿Qué es la Insulina?¿Cómo actúa?

BioEssays 26:1351–1362, 2004Nat Rev Drug Disc 2002 1: 769–783.

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¿Cómo se produce la Insulina?

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¿Cómo se produce la Insulina Humana Recombinante?

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¿Cómo se produce la Insulina Humana Recombinante?

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Comparación entre los Sistemas de Producción de la Insulina Humana RecombinanteHospedero E. coli E. coli S.

cerevisiaeP. pastoris

Destino del producto Citoplasma Secretado Secretado Secretado

Biomasa seca (g/L) 80 1.2 5 59

Vel. Espec. de Crecimiento (h-

1)0.08 – 0.12 No reporte < 0.33 < 0.03

Tasa de Espec. de Prod. (mg/g h)

14.2 3.4 0.21 0.375

Conc. del Producto (g/L) 4.34 0.009 0.075 3.075

Productividad (mg/L h) 1 085 4.01 1.04 17

Referencia 1 2 3 41. Shin et al. Enhanced production of human mini-proinsulin in fed-batch cultures at high cell density of Escherichia coli BL21(DE3)[pET-3aT2M2]. Biotechnol Prog 1997, 13:249–257. 2. Mergulhao et al. Evaluation of bottlenecks in proinsulin secretion by Escherichia coli. J Biotechnol 2004, 109:31–43. 3. Kjeldsen T. Yeast secretory expression of insulin precursors. Appl Microbiol Biotechnol 2000, 54:277–286. 4. Gurramkonda et al. Application of simple fed-batch technique to high-level secretory production of insulin precursor using Pichia pastoris with subsequent purification and conversion to human insulin. Microb Cell Fact 2010, 9:31.

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Tendencias del Mercado Actual de la IHr

Mercado Mundial IH:US$10,2 mil millones (2007)

Principales Productores:Novo Nordisk (Dinamarca)Eli Lilly & Co. (EEUU)Sanofi - Aventis (Francia/Alemania)Wockhardt (India)Biocon (India)Diosynth – Merck (Holanda/EEUU)

Pacientes DM:Mundo: 285 MM (2010)

438 MM (2030)ALBA: 2,92 MM (2010) 4,75 MM (2030)

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Perspectivas dentro del ALBA-TCP

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Perspectivas dentro del ALBA-TCP

Ogle, G., et al. Diabetes Voice, 2006. 51: p. 22-25

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Perspectivas dentro del ALBA-TCP

VEN

CUB

ECU

BOL

NIC

ATG

VCT

DMA Tres Plantas similares de 2x106 bbos/año