Metrologia Aplicada às Ciências da Vida: Desafios da biometrologia na Era Biotecnológica

Autores:

José Mauro Granjeiro¹

Marcelo Medeiros²

Revisor:

Marcello Barcinski³

Introdução

Em 28 de fevereiro de 1953, Francis Crick afirmou ter descoberto o segredo da vida (Markel, 2013). Desde então, até os nossos dias, o desenvolvimento tecnológico na área biológica foi astronômico e criou um novo campo da ciência: a Biotecnologia. Alguns estudiosos afirmam que a Era da Biotecnologia se iniciou nos anos 2000 e deve se prolongar até os anos 2025 ou mais. Este ramo do conhecimento pode ser definido como a aplicação de processos usados em sistemas biológicos, organismos vivos ou seus derivados para a criação ou modificação deles para um uso específico.

Nos últimos 30 anos a biotecnologia tem impactado em diversas áreas como o agrobusiness onde tem exercido um papel importante para aumentar a produtividade e atender a demanda por alimentos de uma população mundial em contínuo crescimento (FERRAZ; FELÍCIO, 2010; CÂNDIDO et al., 2011). Na saúde tem provido diversas soluções tecnológicas para o melhor diagnóstico de doenças e novas possibilidades terapêuticas, seja devido a novas moléculas ou ao uso de proteínas ou células para terapia de doenças como câncer. A biotecnologia permite modificar processos e explorar novas oportunidades, da produção de sementes ao processamento das colheitas, do diagnóstico de doenças ao aperfeiçoamento da terapêutica.

Contudo, à medida que a biotecnologia e suas potenciais aplicações avançam, torna-se urgente e necessário aplicar o conceito da ciência das medições, a metrologia, a este mundo tão prolífico e de rápido crescimento, de modo a conseguir avaliar corretamente o progresso e impacto destas novas soluções. Especificamente no campo da biologia e das ciências da vida, tem-se se empregado o termo biometrologia, utilizado inicialmente em 1999 quando o Birô Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) discutiu o impacto econômico e social da metrologia e sua desafiadora aplicação na área da saúde (Monteiro 2007; Resolução 11 do 21^o CGPM).

A biometrologia é o estudo da medida biológica e afeta um grande número de áreas do conhecimento como ciência e tecnologia de alimentos, medicamentos, cosméticos, vacinas, próteses, sistemas diagnósticos, sistemas de biorremediação ambiental, equipamentos para análises clínicas e equipamentos médicos, bem como instrumentos cirúrgicos. Apresenta como principal desafio o estabelecimento de procedimentos que promovam a comparabilidade, reprodutibilidade e rastreabilidade das biomedições ao Sistema Internacional de Medidas ou a uma referência de consenso.

Considerando o desafio proposto e o impacto científico e econômico das medições na área biológica e do seu estado incipiente frente ao grau de consolidação já obtido para grandezas físicas e propriedades químicas, o BIPM, através do CCQM (Comité Consultatif pour la Quantité de Matière) estabeleceu em 2000 o grupo de trabalho em bioanálises (BAWG, do inglês) que visou identificar áreas prioritárias para um sistema de medição rastreável em biometrologia (Monteiro, 2007). Em 2016, após intensos estudos e discussões, o CCQM dividiu o BAWG em 3 grupos de trabalho específicos, os grupos de trabalho em Análise Celular, Proteínas, Ácidos Nucléicos e, está em fase de discussão a criação do grupo de trabalho em Microbiologia.

Histórico

Neste contexto, em 2007 foi criada a Diretoria de Programas com o objetivo de implantar a Biometrologia no INMETRO. Esta ação resultou na criação da Diretoria de Metrologia Aplicada às Ciências da Vida, Dimav, por meio do Decreto nº 7.938 de 19/02/2013, publicado no D.O.U. nº 34, de 20/02/2013.

A Portaria 165 do MDIC de 21 de junho de 2016, que estabeleceu o regimento do INMETRO, apresentou a estrutura da Dimav organizada em 5 laboratórios: 1) Microscopia Aplicada às Ciências da Vida, 2) Macromoléculas, 3) Microbiologia, 4) Bioengenharia Tecidual e 5) Química Biológica.

A partir da organização da Dimav em laboratórios estruturou-se o Sistema de Gestão da Qualidade com base na competência efetivamente instalada e em atendimento à ISO 17.025 para realização de ensaios, alguns deles inclusive ofertados como serviços, ao público.

A Dimav vem participando sistematicamente  de comparações interlaboriais para avaliar e estabelecer a qualidade dos resultados que entrega e seu desempenho na execução de procedimentos técnicos, de forma ampla e com a comparação mais rigorosa possível nos estudos piloto e comparações-chave no CCQM/BIPM, onde o desempenho institucional é comparado e discutido  com os outros Institutos Nacionais de Metrologia pares e sempre almejando, num ambiente cooperativo, promover, aprimorar e harmonizar práticas para o maior nível na qualidade da medição (Devonshire et al., 2016).

Os pesquisadores, técnicos e colaboradores da Dimav vem sendo treinados no trabalho laboratorial dentro de um ambiente com qualidade gerida e em atendimento aos documentos-chave envolvidos na execução de ensaios e calibrações (ISO 17025) e na produção e certificação de materiais de referência (ISO 17034), bem como sobre a estimativa da incerteza de medição segundo o GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement) e outros documentos.

Relevante destacar que a presidência do Inmetro, a pedido da Dimav, estruturou em 2012 a Comissão Interna de Biossegurança (CIBio) a qual aprovou o Manual de Biossegurança institucional e solicitou ao CTNBio o Certificado de Qualidade em Biossegurança (CQB) para NB-1.

Missão

À luz da missão institucional do Inmetro, considerando os princípios da metrologia e da bioanálise, bem como o contexto científico e tecnológico do país, a Dimav tem como missão:

• Contribuir para a maior articulação do Inmetro com outras instituições científicas e tecnológicas e órgãos do governo estadual e federal;
• Formar pessoal qualificado em todos os níveis para fazer face à necessidade de crescimento da infraestrutura técnico-científica do Inmetro;
• Desenvolver pesquisa científica e tecnológica em temas estratégicos;
• Desenvolver e produzir Materiais de Referência (MR) e Materiais de Referência Certificado (MRC); e,
• Promover cooperação internacional com foco em Metrologia.

Considerando o Regimento Interno (Portaria n^o 159, de 21/06/2016, Artigo 18^o), compete à Dimav:

1. Planejar, dirigir, coordenar e supervisionar a execução de atividades no âmbito da metrologia aplicada às ciências da vida;
2. Estabelecer diretrizes de atuação no âmbito da metrologia aplicada às áreas da ciência da vida;
3. Criar e preservar materiais de referência relacionados às ciências da vida;
4. Desenvolver pesquisas cientificas e tecnológicas relativas à metrologia aplicada às ciências da vida;
5. Disseminar conhecimentos para a sociedade na sua área de atuação, através de cursos, publicação de material institucional, metodologias e apresentação de trabalhos em eventos técnicos e científicos;
6. Criar mecanismos de interação entre o INMETRO e outras instituições de ensino e de pesquisa cientifica e tecnológica, para fortalecer o complexo cientifico institucional, na área biológica;
7. Gerenciar a implantação de infraestrutura nacional de apoio à área biológica, incluindo a manutenção de coleções padrão de cultura de células procariontes e eucariontes, de plasmídeos e de animais de experimentação;
8. Criar mecanismos de interação do INMETRO com agências de fomento à atividade em ciência, tecnologia e inovação, na área biológica;
9. Auxiliar a indústria brasileira na caracterização e determinação das propriedades de materiais biológicos e materiais de uso na área da saúde; e
10. Auxiliar o setor de segurança pública no desenvolvimento de materiais de referência, metodologias e serviços de ensaio úteis em atividades de criminalística.

Ainda, de acordo com o Artigo 83^o do Regimento, compete aos Laboratórios de Bioengenharia Tecidual, Microbiologia, Macromoléculas, Química Biológica e Microscopia Aplicada às Ciências da Vida:

I – Responder pelos serviços e produtos desenvolvidos e pelos resultados dos ensaios e das pesquisas realizadas;

II – Conduzir programas de pesquisa no âmbito da metrologia aplicada a matrizes, parâmetros e analitos biológicos;

III – Colaborar e manter intercâmbio com o Bureau Internacional de Pesos e Medidas e outros organismos nacionais e internacionais, no âmbito da metrologia aplicada a matrizes, parâmetros e analitos biológicos; e

IV- Realizar, reproduzir e disseminar as unidades de medida;

V – Manter e conservar os materiais de referência de ordem superior nacionais que se acham sob sua responsabilidade; e

VI – Garantir a rastreabilidade das medições.

Atividades Nacionais e Internacionais

A Dimav tem participado, sempre que recursos financeiros estejam disponíveis, de comissões especiais da ABNT, ISO e OECD, como nas áreas de materiais de referência (CEE150), biotecnologia e nanotecnologia. Na CEE089 (Nanotecnologias), participa do grupo de trabalho WG3, colaborando na normatização de estudos in vitro.

Participa também do Comitê Técnico da ISO/TC 276 – Biotecnologia, no qual o Brasil discute a harmonização de normas referentes à área. O Comitê, liderado pela Alemanha, está dividido 5 Grupos de Trabalhos: (1) Terminologia, que visa harmonizar os termos recorrentes na área de Biotecnologia; (2) Biobancos e Biorecursos que trabalha com documentos referentes ao gerenciamento de Biobancos de células humanas, de animais, de plantas e de microrganismos bem como transporte, estocagem, validação e verificação de métodos; (3) Métodos Analíticos aplicados para o estudo de células, de proteínas e de ácidos nucléicos (DNA e RNA); (4) Bioescalonamento de processos biológicos envolvendo produção de vacinas, proteínas recombinantes, microrganismos de interesse industrial e (5) Bioinformática aplicada à análise, ao gerenciamento à integração de dados de todos os outros Grupos de Trabalho. Atua ativamente do projeto FINEP “REDE CRBBR – Consolidação da Rede Brasileira de Centros de Recursos Biológicos” – coordenado pela Fiocruz, os quais atuaram em conjunto na revisão, discussão e elaboração de normas junto aos outros 24 países participantes.

A Dimav participa também da Rede Nacional de Métodos Alternativos (RENAMA – www.renama.gov.br), que tem o INMETRO como um dos laboratórios centrais. A RENAMA foi criada através da portaria nº 491, de 03 de fevereiro de 2012, do Ministério de Ciência, Tecnologia, Inovação e Comunicações (MCTIC). Sua criação vem ao encontro do panorama internacional que fomenta e privilegia o princípio dos 3Rs. Os objetivos da rede são: I – estimular a implantação de ensaios alternativos ao uso de animais através do auxílio e do treinamento técnico nas metodologias necessárias; II – monitorar periodicamente o desempenho dos laboratórios associados através de comparações interlaboratoriais; III – promover a qualidade dos ensaios através do desenvolvimento de materiais de referência químicos e biológicos certificados, quando aplicável; IV – incentivar a implementação do sistema de qualidade laboratorial e dos princípios das boas práticas de laboratório (BPL); e V – promover o desenvolvimento, a validação e a certificação de novos métodos alternativos ao uso de animais. O INMETRO tem desenvolvido ações relacionadas à definição de parâmetros para a qualidade de células utilizadas em testes toxicológicos (Carias et al., 2015), treinamento e capacitação em diversos métodos validados e disponibilizados pela OECD, além de organizar comparações interlaboratoriais para estes métodos.

A Dimav coordena a Rede de Nanotoxicologia (apoiada pelo CNPq/MCTIC), estruturando a área de toxicologia aplicada à nanotecnologia no INMETRO (Damasceno et al., 2013; Collins et al., 2016), o qual é um dos laboratórios estratégicos do Sistema Nacional de Laboratórios em Nanotecnologia (SisNano). Nessa área, teve intensa participação no consórcio europeu Nanovalid (2012-2016, FP7/UE) e, por consequência, liderou os laboratórios brasileiros que participaram no consórcio NANoREG (FP7/UE). O NANoREG é um projeto de pesquisa com foco na regulamentação em nanotecnologia proposto por um consórcio de mais de 60 instituições entre empresas, universidades, institutos de pesquisa, institutos de metrologia e órgãos de governo, cuja participação brasileira foi financiada pelo MCTIC, e que tem como objetivos: i) Disponibilizar aos legisladores um conjunto de ferramentas para avaliação de risco e instrumentos tomada de decisão a curto e médio prazo, através da análise de dados e realização de avaliação de risco, incluindo a exposição, monitoramento e controle, para um número selecionado de nanomateriais já utilizados em produtos; ii) Desenvolver a longo prazo, novas estratégias de ensaio, adaptados a um elevado número de nanomateriais em que muitos fatores podem afetar o seu impacto ambiental e de saúde; iii) Estabelecer uma estreita colaboração entre governos e indústria no que diz respeito ao conhecimento necessário para a gestão adequada dos riscos, e criar a base para abordagens comuns, conjuntos de dados mutuamente aceitáveis e práticas de gestão de risco.

Considerações Gerais

A Dimav busca ser reconhecida como referência em metrologia aplicada às ciências da vida em função da relevância e da qualidade de seus serviços, por sua excelência técnica, científica e pelo apoio à inovação tecnológica, equiparando-se às áreas afins de metrologia dos maiores institutos congêneres.

Neste sentido tem focado suas ações nas áreas industrial, ambiental, da saúde e de segurança pública tendo como premissa maior o apoio ao desenvolvimento do setor produtivo e o bem-estar da sociedade através do fortalecimento do Complexo Científico e/ou Industrial Nacional, desenvolvendo pesquisa e inovação na área de metrologia aplicada às ciências da vida; criação e preservação MR e MRC relacionados às ciências da vida, controle de qualidade de fármacos e medicamentos e análises forense; caracterização e determinação das propriedades de materiais biológicos e outros materiais pertinentes às suas áreas de atuação, através da prestação de serviços laboratoriais especializados; fornecimento da infraestrutura física para o escalonamento pré-industrial de fármacos, biofármacos e microrganismos de interesse biotecnológico; disseminação do conhecimento para sociedade através de cursos, palestras, eventos, produção de material didático ou instrucional; e, contribuição para a formação de recursos humanos especializados desde o técnico de nível médio, passando pela graduação, pós-graduação e pós-doutorado.

Ainda, pretende-se contribuir para a infraestrutura fundamental para o desenvolvimento científico brasileiro na área biomédica por meio do gerenciamento da implantação e da operacionalização do Centro Brasileiro de Materiais Biológicos (CBMB), iniciativa realizada em colaboração com o Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), com o objetivo de depositar patentes de natureza biológica e manter uma coleção de plasmídeos, vírus, bactérias, fungos, protozoários e células de mamíferos, importantes para assegurar a qualidade do material biológico utilizado pelos pesquisadores brasileiros.

Dados os desafios que o domínio e emprego disseminado de processos biotecnológicos vão oferecer de forma crescente nas sociedades, como  o aumento da prevalência de biofábricas, produção e liberação no ambiente de animais, plantas e microrganismos transgênicos, terapias que modificam o material genético do indivíduo para a cura de doenças, medicamentos e implantes funcionais baseados em material vivo, medir sistemas biológicos com a mesma qualidade que se determina, por exemplo, o grama (o Brasil mede 1 mg com incerteza de somente 0,002mg), quanto tempo para ser capaz de determinar com segurança a presença de uma célula cancerígena em um indivíduo e auxiliar o diagnóstico precoce do câncer?

Referências bibliográficas

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• CARIAS, R.B.; BOROJEVIC, R.; GRANJEIRO, J.M. Obtenção de células humanas certificadas. Um desafio da biometrologia. In Vigilância Sanitária em Debate: Sociedade, Ciência & Tecnologia. v.2, 2-12, 2014.
• COLLINS, A.R. et al., High throughput toxicity screening and intracellular detection of nanomaterials. Wires Nanomed Nanobi. v.1, 1, 2016.
• DAMASCENO, J.C. et al.. Nanometrology – challenges for health regulation. Vigilância Sanitária em Debate: Sociedade, Ciência & Tecnologia. v.1, 100-109, 2013.
• DEVONSHIRE, A.S. et al., An international comparability study on quantification of mRNA gene expression ratios: CCQM-P103.1. Biomolecular Detection and Quantification. v.8, 15-28, 2016.
• FERRAZ, José Bento Sterman; FELÍCIO, Pedro Eduardo de. Production systems – An example from Brazil. Meat Science, [s.l.], v. 84, n. 2, p.238-243, 2010. Elsevier BV. DOI: 10.1016/j.meatsci.2009.06.006. Disponível em: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0309174009001648 . Acessado em: 18 de abril 2017.
• MARKEL, H. The Day Scientists Discovered the ‘Secret of Life’, http://www.pbs.org/newshour/rundown/the-pub-where-the-secret-of-life-was-first-announced/ . Acessado em: 18 de abril 2017.
• Monteiro, E. C.. Biometrologia: confiabilidade nas biomedições e repercussões éticas. Metrologia e Instrumentação, 6, pp. 6-12, 2007.
• Resolução 11 do 21^o CGPM (1999): Metrology in biotechnology. Bureau International des Poids e Mesures. Disponível em: http://www.bipm.fr/en/CGPM/db/21/11/ Acessado em 18 de abril 2017.

Sobre os autores:

¹José Mauro Granjeiro, diretor substituto da Diretoria de Metrologia Aplicada às Ciências da Vida e Chefe da Divisão de Bioengenharia, coordenador do Programa de Pós-graduação em Biotecnologia do Inmetro, professor adjunto Faculdade de Odontologia da Universidade Federal Fluminense, membro do Conselho Nacional de Biotecnologia (CNB) e do Conselho Nacional de Controle de Experimentação Animal (CONCEA);

²Marcelo Medeiros, pesquisador-tecnologista em Metrologia e Qualidade do Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia- INMETRO;

³Marcello André Barcinski, diretor de Metrologia Aplicada às Ciências da Vida (Dimav)