Bioetanol
Definición y características del bioetanol
El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa. El bioetanol es un alcohol que se origina de la fermentación de los azúcares que se encuentran en ciertos vegetales. Básicamente, son cuatro las fuentes principales desde las que se puede obtener: alcohol etílico (proveniente de la industria vitivinícola); plantas ricas en azúcares (caña de azúcar, remolacha, sorgos dulces); cereales (trigo, cebada, maíz); material lignocelulósico (madera, celulosa, hierba).
Procesos de obtención de bioetanol
El bioetanol se obtiene a partir de la remolacha (u otras plantas ricas en azúcares), de cereales, de alcohol vínico o de biomasa. En general, se utilizan tres familias de productos para la obtención del alcohol:
• Azucares, procedentes de la caña o la remolacha, por ejemplo.
• Cereales, mediante la fermentación de los azúcares del almidón.
• Biomasa, por la fermentación de los azúcares contenidos en la celulosa y hemicelulosa.
A continuación se detallan los pasos más importantes en el proceso general de obtención del bioetanol. Diagrama 1 muestra un esquema para la obtención de bioetanol dependiendo de la materia prima.
• Dilución: Es la adición del agua para ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla o la cantidad de alcohol en el producto. Esto es indispensable para evitar la inhibición del crecimiento de la levadura durante la fermentación.
• Conversión: Es el proceso de convertir el almidón/celulosa en azúcares fermentables. Puede ser lograda por el uso de la malta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almidón (o de la celulosa) con el ácido en un proceso de hidrólisis ácida.
• Fermentación: es el proceso anaeróbico realizado por las levaduras las cuales contienen una enzima llamada invertasa, que actúa cómo catalizador ayudando a convertir los azúcares en glucosa y fructosa. La fructosa y la glucosa reaccionan con otra enzima llamada Zimasa, que también está presente en la levadura para producir el etanol y dióxido de carbono. La reacción química es la siguiente:
Diagrama 1. Proceso de obtención de bioetanol.
Otras materias primas son los materiales lignocelulósicos que ofrecen un mayor potencial para la producción de bioetanol, el uso de residuos de procesos agrícolas, forestales, industriales o RSU (Residuos Sólidos Urbanos). Estos tienen la ventaja de su bajo costo, ya que son la parte no necesaria de otros productos o procesos. Los RSU tienen un alto contenido en materia orgánica, como papel o madera, que los hace una potencial fuente de materia prima, aunque debido a su diversa procedencia pueden contener otros materiales cuyo preproceso de separación incremente el precio de la obtención del bioalcohol.
Los residuos de biomasa contienen mezclas complejas de carbohidratos (celulosa, hemicelulosa y lignina). Los principales métodos para extraer estos azúcares son tres: la hidrólisis con ácidos concentrados, la hidrólisis con ácidos diluidos y la hidrólisis enzimática.
Para la obtención de este biocombustible a partir de la producción del vino se realizan los siguientes pasos:
Destilación: Es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla (etanol/agua).
Desulfuración: eliminación del anhídrido sulfuroso (SO2) presente en el alcohol bruto.
Deshidratación: reducción del contenido en agua mediante su tamizado con zeolitas, sustancias que captan las moléculas de agua.
Desmetilización: proceso en el que el alcohol ya deshidratado (99,9%) ve separado su contenido de metanol. Esta sustancia resulta corrosiva para los vehículos y puede ser comercializada como producto químico o combustible
Almacenamiento en depósitos: desde ellos el producto se trasporta por tuberías a la cisterna de carga y en ese trayecto se le añade una sustancia que desnaturaliza el bioetanol para evitar así su derivación al consumo humano.
Subproductos de la obtención del bioetanol:
Los subproductos generados en la producción de bioetanol, así como el volumen de los mismos dependen en parte de la materia prima utilizada, la cual puede ser:
Materiales lignocelulósicos: corresponden a las partes estructurales de la planta, en general se utilizan para valorización energética en cogeneración para cubrir necesidades energéticas de la fase de destilación del bioetanol.
Materiales alimenticios: son los restos energéticos de la planta después de la fermentación y destilación del bioetanol. Son ricos en energía.
Rendimiento según las materias primas:
Los restos energéticos de la planta después de la fermentación y destilación del bioetanol se componen de un 10 a un 15% de grasa, un 40 a 55% de fibra neutra, un 30 a 35% de proteína del crudo y un 5% de cenizas. La caña de azúcar es la planta más aprovechable por la generación energética y el residuo generado en su combustión, mientras que la remolacha azucarera genera unas 0.75 toneladas de pulpa por tonelada de bioetanol producido. La producción de bioetanol a partir de trigo o maíz genera en torno a 1.2 toneladas de residuos energéticos por tonelada de bioetanol.
Balance energético de la producción de bioetanol:
Para que el etanol cumpla con las necesidades del combustible en el transporte se necesita un balance energético de producción neto positivo. Para esta evaluación se debe considerar la cantidad de energía contenida en el producto final del etanol, la cantidad de energía consumida para su producción, la calidad del etanol resultante comparado con la calidad de la gasolina refinada y la energía consumida para hacer la planta de proceso de etanol.
Existen distintas posturas acerca de este balance. Uno de ellas sugiere que el proceso toma tanta o más energía combustible fósil en el proceso, en las formas de gas natural, diesel y carbón para hacer una cantidad equivalente de energía bajo la forma de etanol.
El otro argumento responde al primero, notando que este no tiene en cuenta la calidad de la energía del bioetanol, cuyos efectos económicos son importantes, además de no dar importancia al ahorro energético para evitar la descontaminación del suelo que provocan los derrames de gasolina en el ambiente o la contaminación atmosférica de la combustión de la gasolina
Asimismo hay debates sobre otros puntos de gran importancia, ya que no hay acuerdo en que clase de valor dar para el resto del maíz, como el tallo por ejemplo, lo que se hace comúnmente como coproducto. Algunos estudios proponen que es mejor dejarlo en el campo para proteger el suelo contra la erosión y para agregar materia orgánica. Otros, sin embargo, queman este coproducto para accionar la planta de etanol, pero no evitan la erosión del suelo, lo cual requiere del uso de fertilizantes y nutrientes.
Dependiendo del estudio, la energía neta varía entre 0.7 y 1.5 unidades de etanol por unidad de energía de combustible fósil consumida. En comparación si el combustible fósil utilizado para extraer etanol se hubiese utilizado para extraer petróleo y gas se hubiesen llenado 15 unidades de gasolina, que como puede verse es mucho mas. Pero la extracción no es igual que la producción. Cada litro de petróleo extraído es un litro de petróleo agotado.
Para comparar el balance energético de la producción de la nafta a la producción de etanol debe calcularse también la energía requerida para producir petróleo de la atmosfera y para reincorporarlo nuevamente a la tierra, un proceso que haría que la eficiencia de la producción de gasolina fuese minima en comparación con el etanol.
El bioetanol tiene dos tipos de aplicaciones:
1) como combustible para automóviles, autobuses y vehículos industriales, tanto en estado prácticamente puro como mezclado en diferentes porcentajes con naftas de 95 octanos.
2) como aditivo para naftas tradicionales en forma de etil ter butil eter (ETBE).
Biocombustibles obtenidos a partir de bioetanol:
- E5: mezcla del 5% de bioetanol y el 95% de nafta normal. Esta es la mezcla habitual y mezcla máxima autorizada en la actualidad por la regulación europea.
- E10: mezcla del 10% de bioetanol y el 90% de nafta normal. Es la mezcla más utilizada en EEUU ya que hasta esta proporción los motores de los vehículos no requieren ninguna modificación e incluso produce eleva el octanaje mejorando su resultado y obteniendo una notable reducción en la emisión de gases contaminantes.
- E85: mezcla de 85% de bioetanol y 15 % de nafta, utilizada en vehículos con motores especiales como los denominados vehículos FFV o Vehículos de Combustibles Flexibles con motores adaptados que permiten una variedad de mezclas y se comercializan en EEUU, Brasil y Suecia.
- E95 y E100: Mezclas hasta el 95% y 100% de bioetanol son utilizados en algunos países como Brasil con motores especiales.
- E-DIESEL: El bioetanol permite su mezcla con gasoil utilizando un aditivo solvente y produciendo un biocombustible diesel el E-Diesel, con muy buenas características en cuanto a combustión y reducción de contaminación ofreciendo así otras alternativas al bioetanol en el campo de los vehículos diesel.
- ETBE (etil terbutil éter): es un adivito que se utiliza como antidetonante de la nafta. Se obtiene por síntesis del bioetanol con isobutileno, subproducto de la destilación del petróleo. Posee las ventajas de ser menos volátil y más miscible con la nafta que el etanol, se agrega en proporciones del 10-15%. La adición de ETBE o etanol aumenta el índice de octanaje de la nafta, evitando la adición de sales de plomo.
Producción a nivel mundial:
Actualmente, el bioetanol es el biocombustible con mayor producción mundial, del que se elaboraron más de 40.000 millones de litros durante el año 2004 en todo el mundo. Para su fabricación se pueden utilizar una gran cantidad de materias primas. Brasil produjo 15.066 millones de litros, principalmente de caña de azúcar, EE.UU. 13.351 millones de litros, procedentes del almidón del maíz, por resaltar los dos mayores productores, pero también se utiliza remolacha, cereal o residuos forestales. Se está estudiando la posibilidad de cultivar árboles, con alto contenido de celulosa, con el fin de producir etanol, como pueden ser el chopo o el sauce. Igualmente el cultivo específico de algunas plantas con el fin de producir combustible podría ser una alternativa a las tierras sin cultivo, en el marco de la Política Agraria Común (PAC).
Ventajas Medioambientales:
El bioetanol tiene un impacto medioambiental menor que los combustibles fósiles. Dado su origen vegetal, el bioetanol es 100% biodegradable. Lo que supone una ventaja ambiental en caso de vertidos accidentales.
Mejora de la calidad del aire en zonas urbanas.
No contamina el agua
Con su producción puede reducirse los residuos.
Es una fuente de combustible renovable.
Es una fuente más limpia de combustible.
Los biocarburantes emiten un 40-80% menos de gases invernaderos que los combustibles fósiles.
Reduce la formación de la lluvia ácida por un contenido menor de derivados de azufre y metales pesados.
Las emisiones de dióxido de carbono (CO2), son menores que las de las naftas siendo emisiones neutras en el ciclo de CO2, ya que los cereales con que se fabrica el bioetanol absorbieron en su crecimiento el mismo CO2 expulsado durante el uso del vehículo. Así, las emisiones son un 70% menores con el uso de bioetanol E85 y de un 3% menores con bioetanol E5.
Ventajas sociales y económicas.
La continua escalada del precio del petróleo hace pensar que en un futuro cercano el bioetanol E85 tenga un precio inferior al de la nafta. Esto hará de este biocarburante un elemento estabilizador para el precio de la nafta, lo que será una mejora para consumidores y para la economía en general, ya que reducirá la incertidumbre provocada por las continuas fluctuaciones mencionadas o sea que reduce la dependencia del petróleo del extranjero.
Consumir un biocarburante fabricado y distribuido por empresas locales generará trabajo para su producción empleando a personal local y también en el sector agrario ya que serán los proveedores del a materia prima.
Desventajas Medioambientales:
El problema de los altos precios del petróleo es el afán por producir biocombustibles aumentado la demanda de maíz (en EE.UU. la mayoría del biocombustible proviene de la fermentación del maíz), por lo tanto su producción depende de la cantidad de maíz cultivado, pero el cultivo del maíz depende a su de gran cantidad de fertilizantes y pesticidas para mantener las siembras sanas. Al parecer el maíz consume muchos más fertilizantes y pesticidas que otros cultivos semejantes.
La utilización de estos productos contamina las aguas con altos niveles de nitratos, que llegan por medio del agua que escurre, poniendo en riesgo la calidad de las aguas.
El cultivo del maíz demanda demasiada agua, lo que hace destinar gran parte de las reservas en agua para regadío. Es así como la producción de bioetanol derivado del maíz esta poniendo en serio riesgo la calidad y la cantidad de agua. Y cabe destacar que es un cultivo alimenticio primario en muchos países por lo que se generarán conflictos de intereses de los gobiernos a la hora de fomentar el bioetanol a partir de maíz.
Cultivos alternativos para la producción de bioetanol son por ejemplo la caña de azúcar, muy utilizada en Brasil, pero la siembra de caña de azúcar necesita climas más tropicales.
Deberían fomentarse otros tipos de cultivos menos exigentes para la obtención de bioetanol como la hierba, biomasa o enfocarse en la producción de biodiesel a partir de sembrados que no exijan tanta agua o plaguicidas.
Desventajas sociales:
Para poder utilizar el bioetanol como combustible puro (E100) se necesita llevar a cabo varias modificaciones dentro del motor, y así no alterar significativamente el consumo. Estas son: Aumentar la relación de compresión, variar la mezcla de combustible/ aire, contar con bujías resistentes a mayores temperaturas y presiones así como conductos resistentes al ataque de alcoholes. Además se debe agregar un mecanismo que facilite el arranque en frío.
Conclusiones.
Es muy necesario tener la posibilidad de generan energía a partir de combustibles no fósiles. La importancia no solo radica en la parte económica sino que también en el cuidado medio ambiental. Asegurar que una u otra fuente alternativa puede ser sustituta del petróleo no es una tarea fácil se requiere de inversión en la investigación y desarrollo de la producción para que sean sustentables. Y es de gran importancia que los estados definan políticas claras sobre el la regulación de los mismos pensando en las consecuencias que puede producir la falta de control. Muchos gobiernos están trabajando pero requerirá de tiempo para implementarlo en forma extensiva e intensiva.
Bioetanol en Latinoamérica
Recientemente se ha planteado una polémica sobre los efectos que produce sobre América Latina el avance mundial del consumo de los biocombustibles. Existe unanimidad de opiniones respecto que el incremento de la demanda de maíz por parte de los productores de etanol en los Estados Unidos, ha provocado un fuerte aumento de precios de los comodities agropecuarios, que ha repercutido sensiblemente en los precios de los alimentos. La discusión se plantea respecto si esto es positivo o nefasto para los países de América Latina y, por consiguiente, cual es la posición a tomar sobre el tema. Dentro de los aspectos positivos se menciona, el importante incremento del valor de las exportaciones de productos agrícolas y agroindustriales.
En toda América Latina, el etanol que se utiliza como biocombustible es obtenido a partir de la caña de azúcar. Los sectores que producen azúcar y etanol funcionan, por razones técnicas, sólo mientras dure la zafra, aproximadamente 180 días en el año. Existen tecnologías modernas que permiten utilizar estas instalaciones el resto del año utilizando otras materias primas como la mandioca, el sorgo dulce o el maíz.
Por razones económicas difícilmente la caña se transporte a más de unas decenas de kilómetros para ser procesada. Luego, la producción de etanol no solo potenciará la agricultura sino también la industria regional.
Existen, además, inmensas áreas de tierras marginales, actualmente incultativables, que requieren grandes inversiones en infraestructura, sistemas de riego y fertilizantes para entrar en producción. Los nuevos precios internacionales de los productos agrícolas potenciará el interés de los empresarios en realizar esas inversiones, aumentando de esta forma no solo el valor sino también el volumen de las exportaciones.
Todo esto traerá aparejado un aumento económico para los productores rurales y, si los sistemas impositivos funcionan correctamente, para la economía en general.
El principal argumento en contra de los biocombustibles es el impacto en el bolsillo de los consumidores del incremento de los precios de los alimentos. Además se mencionan los problemas ambientales que trae aparejada la extensión de la frontera agropecuaria y el hecho de que los sistemas impositivos regresivos producen que el incremento de los beneficios de los productores agrícolas no significará una mejora en el nivel de la población en general.
En realidad las causas del aumento de los precios de los comodities agropecuarios, son el crecimiento exponencial de las economías del sudeste de Asia, lideradas por China, el creciente uso del maíz para producir etanol en Estados Unidos y la producción de biodiesel en la Unión Europea.
En América Latina, la casi totalidad de la producción de biocombustibles, está centrada en la obtención de etanol, a partir de caña de azúcar, principalmente en Brasil, Colombia y Trinidad y Tobago. La utilización de maíz, como materia prima para la obtención de biocombustibles es menor o inexistente. Luego, la extensión del uso de biocombustibles en América Latina no ha sido lo que ha provocado el incremento de los precios de los alimentos, sino que el mismo es causado exclusivamente por la creciente demanda de alimentos del sudeste de Asia y el desarrollo de los biocombustibles en Estados Unidos y la Unión Europea. Por este motivo el argumento que el desarrollo de la industria de biocombustibles en América Latina traerá aparejado un incremento de los precios de los alimentos directamente no se condice con la realidad.
La nueva geopolítica energética de América Latina:
El interés por los agrocombustibles en América Latina también debe ser analizado a la luz del contexto geopolítico de la región. Se mantienen diversas tensiones en la comercialización energética entre exportadores e importadores, especialmente de gas natural. Los casos más destacados son las controversias entre Bolivia y Brasil por el precio, control y propiedad sobre las explotaciones y comercialización del gas boliviano hacia Brasil, su principal comprador; han tenido lugar crisis de suministro en Argentina, que han obligado a suspender las exportaciones hacia Chile y Uruguay; Bolivia no comercializa gas natural con Chile, y Perú ha comprometido casi toda su producción hacia destinos fuera del continente.
Pero por otro lado, se concretaron acuerdos energéticos (como los de Venezuela y Colombia, y Bolivia con Argentina). Asimismo, se celebró una cumbre presidencial sobre energía en Sudamérica, donde se ha conformado un Consejo Energético en el marco de la Comunidad Sudamericana de Naciones. El énfasis de estas negociaciones apunta al petróleo y el gas natural, y en establecer interconexiones de energía y liberalizar el comercio regional. Los acuerdos regionales, tales como la Comunidad Andina de Naciones o MERCOSUR, no han logrado generar estrategias supraregionales para la energía ni políticas energéticas coordinadas. Hasta ahora el énfasis se ha puesto en las interconexiones físicas (oleoductos, gasoductos, y líneas de alta tensión) .
La atención hacia los agrocombustibles se suma recientemente a esas discusiones, y lo hace por motivos muy disímiles. Por un lado, en algunos países se ha visto a los agrocombustibles como una opción para reducir la dependencia de los hidrocarburos y generar autosuficiencia (es el caso de la primera etapa de Brasil). Este es un factor muy importante en los países que son importadores netos de hidrocarburos. Posiblemente esta sea una razón sustantiva actualmente en países como Colombia. Incluso exportadores, como Ecuador, ha iniciado programas de agrocombustibles para su consumo interno (debido a sus limitaciones en disponer de combustible refinado). Por otro lado, más recientemente se han sumado los intereses exportadores, concibiendo a los agrocombustibles como otra mercadería que se puede comercializar con el mundo. Esta orientación es posible en países que cuentan con potencialidades agrícolas adecuadas, y tierra suficiente como para dedicarle superficies significativas que aseguran obtener un volumen exportable. Esta razón parece estar detrás de algunos proyectos más recientes en Brasil, y parece prevalecer en Argentina. Por lo tanto, es indispensable reconocer que existen posturas muy diferentes entre los países latinoamericanos.
Asimismo, el contexto regional se complica todavía más cuando se incorporan las influencias, presiones y promociones desde otras regiones. El caso más evidente han sido las recientes acciones desde Estados Unidos, especialmente con Brasil, y el nuevo papel que se ha autoasignado el Banco Interamericano de Desarrollo en promover los agrocombustibles
Estas tensiones desembocaron en una polémica pública entre altas figuras gubernamentales sobre el papel y los efectos de los agrocombustibles. El intercambio se originó en declaraciones críticas del presidente Hugo Chávez (Venezuela), y un artículo de prensa de Fidel Castro (Cuba), cuestionando a los agrocombustibles, por problemas como el probable desplazamiento de cultivos para la alimentación y su dependencia de las compras originadas en Estados Unidos.
A su vez, el presidente Lula da Silva (Brasil), en un artículo específicamente enfocado en los agrocombustibles y los negocios con Estados Unidos, rechaza algunas de las advertencias sobre los impactos ambientales y sobre la alimentación; otros altos funcionarios brasileños apuntaron en el mismo sentido. Esas declaraciones se dieron en el marco de la gira del presidente de Estados Unidos, G.W. Bush a varios países latinoamericanos.
A pesar de ese intercambio, el caso de los agrocombustibles fue discutido en la cumbre sudamericana de energía. Su uso y promoción fue defendido por Brasil, apoyado por otros países (especialmente Colombia, Uruguay, Chile y Argentina). En la declaración finalmente aprobada en ese encuentro por los presidentes se expresa el “reconocimiento al potencial de los biocombustibles para diversificar la matriz energética sudamericana”, y se acuerda conjugar “esfuerzos para intercambiar experiencias realizadas en la región, con miras a lograr la máxima eficiencia en el empleo de estas fuentes, de forma tal, que promueva el desarrollo social, tecnológico agrícola y productivo”.
Biocombustibles en América Latina. Impacto ambiental:
Diferentes variables influyen en la decisión política de impulsar el desarrollo y adopción de los biocombustibles. El menor impacto que su consumo tiene en el medio ambiente, el hecho de que son una fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles y, en el caso de América Latina, la gran oportunidad económica que representan son factores decisivos.
Los países desarrollados, y algunos en vías de desarrollo, han tomado la decisión de utilizar biocombustibles obtenidos del agro como el alcohol para las naftas y biodiesel de aceites vegetales para el diesel, a fin de mitigar los efectos ambientales adversos que causan los combustibles fósiles como petróleo, carbón y gas, usados para la generación de cerca de 90% de la energía en el planeta. El dióxido de carbono, CO2, quizá hasta hace poco un contaminante normal, se está convirtiendo en un contaminante de gran importancia porque es el principal causante del calentamiento global de la Tierra.
Los biocombustibles, mezclados con los combustibles fósiles tradicionales usados en el transporte automotor, mitigan el impacto del dióxido de carbono, ya que por el efecto de fotosíntesis de las plantas vegetales de donde se obtienen, como la caña de azúcar, la remolacha azucarera, la palma africana, etc., convierten el CO2 que produce su combustión, en oxígeno para purificar el aire.
La contaminación del aire es producida por la cantidad de combustibles fósiles que se quema diariamente en el planeta, equivalente en peso a 21 millones de toneladas por día, que se expulsan en forma de gases contaminantes a la atmósfera.
La concentración del dióxido de carbono en la atmósfera se ha incrementado desde la revolución industrial en cerca de 40%. Se estima que dicha concentración se puede duplicar o aun triplicar en los próximos 100 años, con efectos impredecibles.
Pero mientras se desarrolla esta tecnología a costos razonables, que según los expertos puede demorar de 20 a 30 años, se deben suavizar los efectos negativos ambientales de los combustibles fósiles con los biocombustibles: el bioetanol y el biodiesel.
Según los analistas, el crecimiento de esta reciente industria a escala mundial será vertiginoso en los próximos 20 años. Para oxigenar las gasolinas con 10% en volumen de alcohol y 10% de biodiesel en el diesel, se requerirían, cerca de 40 millones de hectáreas en el mundo, cultivables probablemente sobre la línea ecuatorial, entre los trópicos.
Quizá la región con más capacidad de buenas tierras para la producción de biocombustibles es la zona norte de Sudamérica: Brasil, Colombia, Perú, Ecuador, Venezuela, Bolivia, sin tocar, por supuesto, el Amazonas, y sin descartar a México y algunos países centroamericanos y del Caribe.
Los dos biocombustibles más importantes son el bioetanol el biodiesel. La producción de etanol en el mundo se duplicó entre 2000 y 2005, mientras la producción de biodiesel se cuadruplicó. En 2005 solamente, la producción de etanol aumentó 19% y la de biodiesel saltó en 60%, a partir de una base mucho más pequeña. Aún así, esta joven industria, altamente creciente, proporciona biocombustibles que tan sólo constituyen 1% de los combustibles líquidos para el transporte mundial.
América, líder en biocombustibles
La producción de etanol carburante hoy está cercana a los 110 millones de litros por día, y 90% de la producción la aportan Estados Unidos (52 millones de litros por día) y Brasil (48 millones de litros por día). Estados Unidos lo produce a partir de maíz en más de 30 millones de hectáreas. Brasil lo obtiene a partir de caña de azúcar en más de tres millones de hectáreas, y dispone de otros tres millones de hectáreas en caña para la producción de azúcar. La producción de biodiesel mundial es actualmente de unos 11 millones de litros por día, siendo los principales productores, en su orden, Alemania, Francia, Estados Unidos, Italia y Austria.
Colombia ya inició la producción de alcohol, gracias a la iniciativa del Congreso de la República.
La producción en el Valle del Cauca colombiano, en las cinco plantas existentes del sector azucarero, es de 1.050.000 litros/día (60% de los requerimientos del país para una mezcla de 10% de alcohol en las naftas). Este porcentaje se incrementará en la medida en la que haya disponibilidad de alcohol producido nacionalmente.
En América Latina, además de Brasil y Colombia, casi todos los países tienen serias intenciones de involucrarse en la producción de biocombustibles. Se han adelantado iniciativas gubernamentales y normas de calidad, unas más avanzadas que otras para dicho fin.
En Argentina se estableció el Programa Nacional de Biocombustibles, aprobado por la ley 26093 de 2005 para producir etanol del maíz y biodiesel de aceites oleaginosos, en un programa que se debe desarrollar en los próximos 15 años. Para 2010 se requerirán, al 5% de etanol en la gasolina, cerca de 200 millones de litros/año de alcohol, de 550.000 toneladas de maíz cultivadas en 106 mil hectáreas.
En Bolivia, algunos de los ingenios azucareros en el departamento de Santa Cruz han exportado a Italia cerca de 50 millones de litros de bioetanol a partir de caña de azúcar. Para el mercado interno están elaborando una legislación que les permita impulsar 25% de bioetanol para las gasolinas, con una demanda de 90 millones de litros/año de alcohol de caña cultivada en 30 mil hectáreas.
En Chile, la Empresa Nacional de Petróleo (Enap) ha desarrollado estudios de factibilidad para la producción de bioetanol a partir de remolacha azucarera. Se establecerá una legislación para usar 10% de bioetanol en las gasolinas. También se estudia la posibilidad de usar ETBE (Etil Terbutil Eter).
En Cuba se han hecho varios estudios, especialmente el del Centro de Investigaciones y Desarrollo del Transporte (Cetra), que probó 114 vehículos con un recorrido de millón y medio de kilómetros, concluyendo que para las condiciones cubanas, una mezcla de 20% a 25% de etanol en las gasolinas sería recomendable para alcanzar una combinación estable y efectiva.
En Paraguay, el bioetanol se ha utilizado puro o mezclado con la gasolina. En la resolución 248 de 2006 del Ministerio de Industria y Comercio, se definieron contenidos de 24% y 18% de bioetanol en la gasolina regular y súper, respectivamente.
En Ecuador (importador de gasolina de alto octanaje), el gobierno ha propuesto impulsar el programa de bioetanol por etapas, con un plan piloto en la ciudad de Guayaquil.
Perú, República Dominicana, Uruguay y México, así como algunos países centroamericanos, también están dando pasos a escala gubernamental para la implementación de proyectos similares.
Venezuela anunció recientemente la destinación de más de US$900 millones durante los próximos cinco años, para producir 4 millones de litros/día antes de 2010. PDVSA construirá 15 centrales azucareras para la producción de bioetanol, con las que se creará más de un millón de empleos entre directos e indirectos. Concretamente, Venezuela inició en agosto de 2005 la importación de 20 millones de litros/mes de Brasil para la oxigenación de las naftas en la zona oriental del país.
El precio internacional del bioetanol tiende a igualar el de la nafta sin plomo, que con los recientes altos precios del petróleo y sus derivados, hacen de esta nueva industria rentablemente interesante. Lo mismo aplica para el biodiesel de aceites vegetales, en donde el precio en comparación es el precio del diesel.
Se estima una generación de aproximadamente 500 mil empleos, entre directos e indirectos, principalmente campesinos, por cada millón de hectáreas sembradas. Socialmente hablando, por consiguiente, este proyecto tendrá un gran impacto en América Latina.
Estados Unidos y los agrocombustibles sudamericanos:
El reciente acercamiento entre Estados Unidos y otros países latinoamericanos, en particular Brasil, ha generado una polémica política, tiene impactos en los mercados de la energía, y ofrece algunas pistas sobre el posible futuro del sector de combustibles de base agrícola, ya que Brasil y Estados Unidos se disputan los dos primeros lugares en la producción de bioetanol, Estados Unidos es el mayor consumidor de combustible del planeta, mientras que Brasil es el que tiene la mayor experiencia en ese sector y posee tierra disponible para aumentar todavía más esos cultivos.
Washington está otorgando creciente atención a los agrocombustibles tanto domésticos como importados. El plan “Veinte en Diez” apunta a alcanzar a 36 millones de hectáreas cultivadas con maíz durante este año para producir bioetanol. Sin embargo allí se enfrenta el problema del menor rendimiento del grano maíz como materia prima para la elaboración del etanol, mientras que la caña de azúcar es más eficiente en este sentido. Por lo tanto el país está interesado en contar con fuentes alternativas para importar biocombustibles, y además observa con atención las tecnologías desarrolladas en Brasil.
Es así que Estados Unidos promueve este sector en América Latina, y en esa tarea se ha aliado con la administración Lula da Silva en Brasil y el apoyo del Banco Interamericano de Desarrollo (BID). El exgobernador del estado de Florida, Jeb, junto al ex ministro de Agricultura de Brasil, Roberto Rodrigues, y al presidente del Banco Interamericano de Desarrollo (BID), Luis Moreno, anunció el lanzamiento de la Comisión Interamericana de Etanol. Su propósito es fomentar el uso de etanol en el continente americano. Al momento del lanzamiento, Jeb Bush hizo hincapié en los beneficios de esta iniciativa para su país: “A través de esta Comisión, Florida tiene la oportunidad de ubicarse a la vanguardia en promover una política energética que fortalezca la seguridad nacional, estimule el desarrollo económico, aumente la protección del medio ambiente y fomente el libre comercio dentro del hemisferio”. El objetivo de Estados Unidos es el acceso al etanol brasileño de caña de azúcar, bastante más barato que el estadounidense producido a partir del grano de maíz.
Por su parte, para Brasil este acuerdo puede significar importantes ingresos en divisas por exportación de bioetanol. La posibilidad de ser el abastecedor de ese 15% del consumo de gasolina estadounidense en el 2017 implica multiplicar por ocho su producción actual. Brasil también procura mejorar sus capacidades para la investigación en la fabricación de etanol a partir de lignocelulosa.
Finalmente, Brasil es uno de los principales promotores de otorgarle el reconocimiento de “commodity” al bioetanol bajo las reglas de la OMC (Organización Mundial de Comercio), de manera de flexibilizar su comercialización. En el mismo sentido, Brasil reclama que el gobierno de Estados Unidos reduzca o elimine los aranceles que se impone a sus importaciones. Esas tarifas aduaneras y los altos costos de los fletes reducen la competitividad exportadora del bioetanol brasileño hacia Estados Unidos. A su vez, esas trabas comerciales son una protección indirecta para la producción estadounidense de bioetanol a partir del maíz, que en buena medida beneficia especialmente a las grandes empresas graneleras.
Producción en Argentina:
La Argentina, Brasil y otros países del MERCOSUR y Latinoamérica poseen algunos de los mayores cultivos mundiales de materia prima en sus campos para la fabricación de biodiesel y bioetanol. No será fácil competir con Estados Unidos y países europeos, que cuentan con la infraestructura, los medios económicos y las empresas que operan internacionalmente, como para monopolizar la producción y el comercio mundial de biocombustibles.
Es necesario advertir que las empresas petroleras ya están avanzando en la diversificación de sus negocios, abordando la producción y comercialización de los biocombustibles. La empresa española Repsol anunció una inversión de 30 millones de dólares para construir, en Ensenada, una planta que producirá 120.00 metros cúbicos anuales de biodiesel a partir de fines de 2007.
La Argentina debe responder al desafío que significa intensificar los cultivos aptos para producir biocombustibles y alentar la elaboración de estos, por eso es preciso que se establezca una alianza estratégica con Brasil, el MERCOSUR y países latinoamericanos, destinada a complementar e impulsar los cultivos aptos como materia prima, la elaboración de biocombustibles y su empleo en cada país. Tambien que el Parlamento sancione la ley, con media sanción del Senado, que garantice la seguridad jurídica, el marco regulatorio y establezca las exenciones impositivas para la producción y venta de biocombustibles (proyecto que fue frenado por el Ministerio de Economía, durante la gestión de Lavagna, quien no avaló los beneficios impositivos previstos en la iniciativa). Además se debe impulsar la creación de cooperativas de trabajo y producción formadas por agricultores, que comenzarán por autoabastecer sus propias explotaciones y maquinarias agrícolas y alentar a las empresas privadas radicadas en los lugares de producción de la materia prima, capaces de impulsar el desarrollo regional. Otro punto importante es intensificar la tarea de fomento en el marco del Programa Nacional de Biocombustibles.
Para concertar una alianza estratégica con Brasil y otros países y autoabastecer de biocombustibles en lugar de importarlos cuando su uso se haya generalizado, es imprescindible para la Argentina el comenzar por intensificar sensiblemente los cultivos aptos para emplearlos como materia prima.
Conclusión:
La nueva situación que se da en el mercado internacional de comodities agropecuarios, a latinoamérica le presenta una crisis en el doble sentido del término que significa tanto peligro como oportunidad.
Los peligros son el incremento de precios de los alimentos y la necesidad de desarrollarse en forma ambientalmente sustentable, las oportunidades están representadas por las inmensas posibilidades de desarrollo económico que la situación actual del mercado internacional de comodities agropecuarios presenta.
Si América Latina desarrolla vigorosa y rápidamente la industria de biocombustibles, obtendrá el capital necesario para paliar los incrementos de precios de los alimentos y afrontar los desafíos ambientales que se le presenten. Si no lo hace, los alimentos igual subirán de precio, también se nos presentarán problemas ambientales, sólo que en este caso no tendremos recursos para hacerles frente.
Finalmente, Brasil es uno de los principales promotores de otorgarle el reconocimiento de “commodity” al bioetanol bajo las reglas de la OMC (Organización Mundial de Comercio), de manera de flexibilizar su comercialización. En el mismo sentido, Brasil reclama que el gobierno de Estados Unidos reduzca o elimine los aranceles que se impone a sus importaciones. Esas tarifas aduaneras y los altos costos de los fletes reducen la competitividad exportadora del bioetanol brasileño hacia Estados Unidos. A su vez, esas trabas comerciales son una protección indirecta para la producción estadounidense de bioetanol a partir del maíz, que en buena medida beneficia especialmente a las grandes empresas graneleras.
Definición y características del bioetanol
El alcohol etílico o etanol es un producto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares combinados en forma de sacarosa, almidón, hemicelulosa y celulosa. El bioetanol es un alcohol que se origina de la fermentación de los azúcares que se encuentran en ciertos vegetales. Básicamente, son cuatro las fuentes principales desde las que se puede obtener: alcohol etílico (proveniente de la industria vitivinícola); plantas ricas en azúcares (caña de azúcar, remolacha, sorgos dulces); cereales (trigo, cebada, maíz); material lignocelulósico (madera, celulosa, hierba).
Procesos de obtención de bioetanol
El bioetanol se obtiene a partir de la remolacha (u otras plantas ricas en azúcares), de cereales, de alcohol vínico o de biomasa. En general, se utilizan tres familias de productos para la obtención del alcohol:
• Azucares, procedentes de la caña o la remolacha, por ejemplo.
• Cereales, mediante la fermentación de los azúcares del almidón.
• Biomasa, por la fermentación de los azúcares contenidos en la celulosa y hemicelulosa.
A continuación se detallan los pasos más importantes en el proceso general de obtención del bioetanol. Diagrama 1 muestra un esquema para la obtención de bioetanol dependiendo de la materia prima.
• Dilución: Es la adición del agua para ajustar la cantidad de azúcar en la mezcla o la cantidad de alcohol en el producto. Esto es indispensable para evitar la inhibición del crecimiento de la levadura durante la fermentación.
• Conversión: Es el proceso de convertir el almidón/celulosa en azúcares fermentables. Puede ser lograda por el uso de la malta, extractos de enzimas contenidas en la malta, o por el tratamiento del almidón (o de la celulosa) con el ácido en un proceso de hidrólisis ácida.
• Fermentación: es el proceso anaeróbico realizado por las levaduras las cuales contienen una enzima llamada invertasa, que actúa cómo catalizador ayudando a convertir los azúcares en glucosa y fructosa. La fructosa y la glucosa reaccionan con otra enzima llamada Zimasa, que también está presente en la levadura para producir el etanol y dióxido de carbono. La reacción química es la siguiente:
Diagrama 1. Proceso de obtención de bioetanol.
Otras materias primas son los materiales lignocelulósicos que ofrecen un mayor potencial para la producción de bioetanol, el uso de residuos de procesos agrícolas, forestales, industriales o RSU (Residuos Sólidos Urbanos). Estos tienen la ventaja de su bajo costo, ya que son la parte no necesaria de otros productos o procesos. Los RSU tienen un alto contenido en materia orgánica, como papel o madera, que los hace una potencial fuente de materia prima, aunque debido a su diversa procedencia pueden contener otros materiales cuyo preproceso de separación incremente el precio de la obtención del bioalcohol.
Los residuos de biomasa contienen mezclas complejas de carbohidratos (celulosa, hemicelulosa y lignina). Los principales métodos para extraer estos azúcares son tres: la hidrólisis con ácidos concentrados, la hidrólisis con ácidos diluidos y la hidrólisis enzimática.
Para la obtención de este biocombustible a partir de la producción del vino se realizan los siguientes pasos:
Destilación: Es la operación de separar, mediante calor, los diferentes componentes líquidos de una mezcla (etanol/agua).
Desulfuración: eliminación del anhídrido sulfuroso (SO2) presente en el alcohol bruto.
Deshidratación: reducción del contenido en agua mediante su tamizado con zeolitas, sustancias que captan las moléculas de agua.
Desmetilización: proceso en el que el alcohol ya deshidratado (99,9%) ve separado su contenido de metanol. Esta sustancia resulta corrosiva para los vehículos y puede ser comercializada como producto químico o combustible
Almacenamiento en depósitos: desde ellos el producto se trasporta por tuberías a la cisterna de carga y en ese trayecto se le añade una sustancia que desnaturaliza el bioetanol para evitar así su derivación al consumo humano.
Subproductos de la obtención del bioetanol:
Los subproductos generados en la producción de bioetanol, así como el volumen de los mismos dependen en parte de la materia prima utilizada, la cual puede ser:
Materiales lignocelulósicos: corresponden a las partes estructurales de la planta, en general se utilizan para valorización energética en cogeneración para cubrir necesidades energéticas de la fase de destilación del bioetanol.
Materiales alimenticios: son los restos energéticos de la planta después de la fermentación y destilación del bioetanol. Son ricos en energía.
Rendimiento según las materias primas:
Los restos energéticos de la planta después de la fermentación y destilación del bioetanol se componen de un 10 a un 15% de grasa, un 40 a 55% de fibra neutra, un 30 a 35% de proteína del crudo y un 5% de cenizas. La caña de azúcar es la planta más aprovechable por la generación energética y el residuo generado en su combustión, mientras que la remolacha azucarera genera unas 0.75 toneladas de pulpa por tonelada de bioetanol producido. La producción de bioetanol a partir de trigo o maíz genera en torno a 1.2 toneladas de residuos energéticos por tonelada de bioetanol.
Balance energético de la producción de bioetanol:
Para que el etanol cumpla con las necesidades del combustible en el transporte se necesita un balance energético de producción neto positivo. Para esta evaluación se debe considerar la cantidad de energía contenida en el producto final del etanol, la cantidad de energía consumida para su producción, la calidad del etanol resultante comparado con la calidad de la gasolina refinada y la energía consumida para hacer la planta de proceso de etanol.
Existen distintas posturas acerca de este balance. Uno de ellas sugiere que el proceso toma tanta o más energía combustible fósil en el proceso, en las formas de gas natural, diesel y carbón para hacer una cantidad equivalente de energía bajo la forma de etanol.
El otro argumento responde al primero, notando que este no tiene en cuenta la calidad de la energía del bioetanol, cuyos efectos económicos son importantes, además de no dar importancia al ahorro energético para evitar la descontaminación del suelo que provocan los derrames de gasolina en el ambiente o la contaminación atmosférica de la combustión de la gasolina
Asimismo hay debates sobre otros puntos de gran importancia, ya que no hay acuerdo en que clase de valor dar para el resto del maíz, como el tallo por ejemplo, lo que se hace comúnmente como coproducto. Algunos estudios proponen que es mejor dejarlo en el campo para proteger el suelo contra la erosión y para agregar materia orgánica. Otros, sin embargo, queman este coproducto para accionar la planta de etanol, pero no evitan la erosión del suelo, lo cual requiere del uso de fertilizantes y nutrientes.
Dependiendo del estudio, la energía neta varía entre 0.7 y 1.5 unidades de etanol por unidad de energía de combustible fósil consumida. En comparación si el combustible fósil utilizado para extraer etanol se hubiese utilizado para extraer petróleo y gas se hubiesen llenado 15 unidades de gasolina, que como puede verse es mucho mas. Pero la extracción no es igual que la producción. Cada litro de petróleo extraído es un litro de petróleo agotado.
Para comparar el balance energético de la producción de la nafta a la producción de etanol debe calcularse también la energía requerida para producir petróleo de la atmosfera y para reincorporarlo nuevamente a la tierra, un proceso que haría que la eficiencia de la producción de gasolina fuese minima en comparación con el etanol.
El bioetanol tiene dos tipos de aplicaciones:
1) como combustible para automóviles, autobuses y vehículos industriales, tanto en estado prácticamente puro como mezclado en diferentes porcentajes con naftas de 95 octanos.
2) como aditivo para naftas tradicionales en forma de etil ter butil eter (ETBE).
Biocombustibles obtenidos a partir de bioetanol:
- E5: mezcla del 5% de bioetanol y el 95% de nafta normal. Esta es la mezcla habitual y mezcla máxima autorizada en la actualidad por la regulación europea.
- E10: mezcla del 10% de bioetanol y el 90% de nafta normal. Es la mezcla más utilizada en EEUU ya que hasta esta proporción los motores de los vehículos no requieren ninguna modificación e incluso produce eleva el octanaje mejorando su resultado y obteniendo una notable reducción en la emisión de gases contaminantes.
- E85: mezcla de 85% de bioetanol y 15 % de nafta, utilizada en vehículos con motores especiales como los denominados vehículos FFV o Vehículos de Combustibles Flexibles con motores adaptados que permiten una variedad de mezclas y se comercializan en EEUU, Brasil y Suecia.
- E95 y E100: Mezclas hasta el 95% y 100% de bioetanol son utilizados en algunos países como Brasil con motores especiales.
- E-DIESEL: El bioetanol permite su mezcla con gasoil utilizando un aditivo solvente y produciendo un biocombustible diesel el E-Diesel, con muy buenas características en cuanto a combustión y reducción de contaminación ofreciendo así otras alternativas al bioetanol en el campo de los vehículos diesel.
- ETBE (etil terbutil éter): es un adivito que se utiliza como antidetonante de la nafta. Se obtiene por síntesis del bioetanol con isobutileno, subproducto de la destilación del petróleo. Posee las ventajas de ser menos volátil y más miscible con la nafta que el etanol, se agrega en proporciones del 10-15%. La adición de ETBE o etanol aumenta el índice de octanaje de la nafta, evitando la adición de sales de plomo.
Producción a nivel mundial:
Actualmente, el bioetanol es el biocombustible con mayor producción mundial, del que se elaboraron más de 40.000 millones de litros durante el año 2004 en todo el mundo. Para su fabricación se pueden utilizar una gran cantidad de materias primas. Brasil produjo 15.066 millones de litros, principalmente de caña de azúcar, EE.UU. 13.351 millones de litros, procedentes del almidón del maíz, por resaltar los dos mayores productores, pero también se utiliza remolacha, cereal o residuos forestales. Se está estudiando la posibilidad de cultivar árboles, con alto contenido de celulosa, con el fin de producir etanol, como pueden ser el chopo o el sauce. Igualmente el cultivo específico de algunas plantas con el fin de producir combustible podría ser una alternativa a las tierras sin cultivo, en el marco de la Política Agraria Común (PAC).
Ventajas Medioambientales:
El bioetanol tiene un impacto medioambiental menor que los combustibles fósiles. Dado su origen vegetal, el bioetanol es 100% biodegradable. Lo que supone una ventaja ambiental en caso de vertidos accidentales.
Mejora de la calidad del aire en zonas urbanas.
No contamina el agua
Con su producción puede reducirse los residuos.
Es una fuente de combustible renovable.
Es una fuente más limpia de combustible.
Los biocarburantes emiten un 40-80% menos de gases invernaderos que los combustibles fósiles.
Reduce la formación de la lluvia ácida por un contenido menor de derivados de azufre y metales pesados.
Las emisiones de dióxido de carbono (CO2), son menores que las de las naftas siendo emisiones neutras en el ciclo de CO2, ya que los cereales con que se fabrica el bioetanol absorbieron en su crecimiento el mismo CO2 expulsado durante el uso del vehículo. Así, las emisiones son un 70% menores con el uso de bioetanol E85 y de un 3% menores con bioetanol E5.
Ventajas sociales y económicas.
La continua escalada del precio del petróleo hace pensar que en un futuro cercano el bioetanol E85 tenga un precio inferior al de la nafta. Esto hará de este biocarburante un elemento estabilizador para el precio de la nafta, lo que será una mejora para consumidores y para la economía en general, ya que reducirá la incertidumbre provocada por las continuas fluctuaciones mencionadas o sea que reduce la dependencia del petróleo del extranjero.
Consumir un biocarburante fabricado y distribuido por empresas locales generará trabajo para su producción empleando a personal local y también en el sector agrario ya que serán los proveedores del a materia prima.
Desventajas Medioambientales:
El problema de los altos precios del petróleo es el afán por producir biocombustibles aumentado la demanda de maíz (en EE.UU. la mayoría del biocombustible proviene de la fermentación del maíz), por lo tanto su producción depende de la cantidad de maíz cultivado, pero el cultivo del maíz depende a su de gran cantidad de fertilizantes y pesticidas para mantener las siembras sanas. Al parecer el maíz consume muchos más fertilizantes y pesticidas que otros cultivos semejantes.
La utilización de estos productos contamina las aguas con altos niveles de nitratos, que llegan por medio del agua que escurre, poniendo en riesgo la calidad de las aguas.
El cultivo del maíz demanda demasiada agua, lo que hace destinar gran parte de las reservas en agua para regadío. Es así como la producción de bioetanol derivado del maíz esta poniendo en serio riesgo la calidad y la cantidad de agua. Y cabe destacar que es un cultivo alimenticio primario en muchos países por lo que se generarán conflictos de intereses de los gobiernos a la hora de fomentar el bioetanol a partir de maíz.
Cultivos alternativos para la producción de bioetanol son por ejemplo la caña de azúcar, muy utilizada en Brasil, pero la siembra de caña de azúcar necesita climas más tropicales.
Deberían fomentarse otros tipos de cultivos menos exigentes para la obtención de bioetanol como la hierba, biomasa o enfocarse en la producción de biodiesel a partir de sembrados que no exijan tanta agua o plaguicidas.
Desventajas sociales:
Para poder utilizar el bioetanol como combustible puro (E100) se necesita llevar a cabo varias modificaciones dentro del motor, y así no alterar significativamente el consumo. Estas son: Aumentar la relación de compresión, variar la mezcla de combustible/ aire, contar con bujías resistentes a mayores temperaturas y presiones así como conductos resistentes al ataque de alcoholes. Además se debe agregar un mecanismo que facilite el arranque en frío.
Conclusiones.
Es muy necesario tener la posibilidad de generan energía a partir de combustibles no fósiles. La importancia no solo radica en la parte económica sino que también en el cuidado medio ambiental. Asegurar que una u otra fuente alternativa puede ser sustituta del petróleo no es una tarea fácil se requiere de inversión en la investigación y desarrollo de la producción para que sean sustentables. Y es de gran importancia que los estados definan políticas claras sobre el la regulación de los mismos pensando en las consecuencias que puede producir la falta de control. Muchos gobiernos están trabajando pero requerirá de tiempo para implementarlo en forma extensiva e intensiva.
Bioetanol en Latinoamérica
Recientemente se ha planteado una polémica sobre los efectos que produce sobre América Latina el avance mundial del consumo de los biocombustibles. Existe unanimidad de opiniones respecto que el incremento de la demanda de maíz por parte de los productores de etanol en los Estados Unidos, ha provocado un fuerte aumento de precios de los comodities agropecuarios, que ha repercutido sensiblemente en los precios de los alimentos. La discusión se plantea respecto si esto es positivo o nefasto para los países de América Latina y, por consiguiente, cual es la posición a tomar sobre el tema. Dentro de los aspectos positivos se menciona, el importante incremento del valor de las exportaciones de productos agrícolas y agroindustriales.
En toda América Latina, el etanol que se utiliza como biocombustible es obtenido a partir de la caña de azúcar. Los sectores que producen azúcar y etanol funcionan, por razones técnicas, sólo mientras dure la zafra, aproximadamente 180 días en el año. Existen tecnologías modernas que permiten utilizar estas instalaciones el resto del año utilizando otras materias primas como la mandioca, el sorgo dulce o el maíz.
Por razones económicas difícilmente la caña se transporte a más de unas decenas de kilómetros para ser procesada. Luego, la producción de etanol no solo potenciará la agricultura sino también la industria regional.
Existen, además, inmensas áreas de tierras marginales, actualmente incultativables, que requieren grandes inversiones en infraestructura, sistemas de riego y fertilizantes para entrar en producción. Los nuevos precios internacionales de los productos agrícolas potenciará el interés de los empresarios en realizar esas inversiones, aumentando de esta forma no solo el valor sino también el volumen de las exportaciones.
Todo esto traerá aparejado un aumento económico para los productores rurales y, si los sistemas impositivos funcionan correctamente, para la economía en general.
El principal argumento en contra de los biocombustibles es el impacto en el bolsillo de los consumidores del incremento de los precios de los alimentos. Además se mencionan los problemas ambientales que trae aparejada la extensión de la frontera agropecuaria y el hecho de que los sistemas impositivos regresivos producen que el incremento de los beneficios de los productores agrícolas no significará una mejora en el nivel de la población en general.
En realidad las causas del aumento de los precios de los comodities agropecuarios, son el crecimiento exponencial de las economías del sudeste de Asia, lideradas por China, el creciente uso del maíz para producir etanol en Estados Unidos y la producción de biodiesel en la Unión Europea.
En América Latina, la casi totalidad de la producción de biocombustibles, está centrada en la obtención de etanol, a partir de caña de azúcar, principalmente en Brasil, Colombia y Trinidad y Tobago. La utilización de maíz, como materia prima para la obtención de biocombustibles es menor o inexistente. Luego, la extensión del uso de biocombustibles en América Latina no ha sido lo que ha provocado el incremento de los precios de los alimentos, sino que el mismo es causado exclusivamente por la creciente demanda de alimentos del sudeste de Asia y el desarrollo de los biocombustibles en Estados Unidos y la Unión Europea. Por este motivo el argumento que el desarrollo de la industria de biocombustibles en América Latina traerá aparejado un incremento de los precios de los alimentos directamente no se condice con la realidad.
La nueva geopolítica energética de América Latina:
El interés por los agrocombustibles en América Latina también debe ser analizado a la luz del contexto geopolítico de la región. Se mantienen diversas tensiones en la comercialización energética entre exportadores e importadores, especialmente de gas natural. Los casos más destacados son las controversias entre Bolivia y Brasil por el precio, control y propiedad sobre las explotaciones y comercialización del gas boliviano hacia Brasil, su principal comprador; han tenido lugar crisis de suministro en Argentina, que han obligado a suspender las exportaciones hacia Chile y Uruguay; Bolivia no comercializa gas natural con Chile, y Perú ha comprometido casi toda su producción hacia destinos fuera del continente.
Pero por otro lado, se concretaron acuerdos energéticos (como los de Venezuela y Colombia, y Bolivia con Argentina). Asimismo, se celebró una cumbre presidencial sobre energía en Sudamérica, donde se ha conformado un Consejo Energético en el marco de la Comunidad Sudamericana de Naciones. El énfasis de estas negociaciones apunta al petróleo y el gas natural, y en establecer interconexiones de energía y liberalizar el comercio regional. Los acuerdos regionales, tales como la Comunidad Andina de Naciones o MERCOSUR, no han logrado generar estrategias supraregionales para la energía ni políticas energéticas coordinadas. Hasta ahora el énfasis se ha puesto en las interconexiones físicas (oleoductos, gasoductos, y líneas de alta tensión) .
La atención hacia los agrocombustibles se suma recientemente a esas discusiones, y lo hace por motivos muy disímiles. Por un lado, en algunos países se ha visto a los agrocombustibles como una opción para reducir la dependencia de los hidrocarburos y generar autosuficiencia (es el caso de la primera etapa de Brasil). Este es un factor muy importante en los países que son importadores netos de hidrocarburos. Posiblemente esta sea una razón sustantiva actualmente en países como Colombia. Incluso exportadores, como Ecuador, ha iniciado programas de agrocombustibles para su consumo interno (debido a sus limitaciones en disponer de combustible refinado). Por otro lado, más recientemente se han sumado los intereses exportadores, concibiendo a los agrocombustibles como otra mercadería que se puede comercializar con el mundo. Esta orientación es posible en países que cuentan con potencialidades agrícolas adecuadas, y tierra suficiente como para dedicarle superficies significativas que aseguran obtener un volumen exportable. Esta razón parece estar detrás de algunos proyectos más recientes en Brasil, y parece prevalecer en Argentina. Por lo tanto, es indispensable reconocer que existen posturas muy diferentes entre los países latinoamericanos.
Asimismo, el contexto regional se complica todavía más cuando se incorporan las influencias, presiones y promociones desde otras regiones. El caso más evidente han sido las recientes acciones desde Estados Unidos, especialmente con Brasil, y el nuevo papel que se ha autoasignado el Banco Interamericano de Desarrollo en promover los agrocombustibles
Estas tensiones desembocaron en una polémica pública entre altas figuras gubernamentales sobre el papel y los efectos de los agrocombustibles. El intercambio se originó en declaraciones críticas del presidente Hugo Chávez (Venezuela), y un artículo de prensa de Fidel Castro (Cuba), cuestionando a los agrocombustibles, por problemas como el probable desplazamiento de cultivos para la alimentación y su dependencia de las compras originadas en Estados Unidos.
A su vez, el presidente Lula da Silva (Brasil), en un artículo específicamente enfocado en los agrocombustibles y los negocios con Estados Unidos, rechaza algunas de las advertencias sobre los impactos ambientales y sobre la alimentación; otros altos funcionarios brasileños apuntaron en el mismo sentido. Esas declaraciones se dieron en el marco de la gira del presidente de Estados Unidos, G.W. Bush a varios países latinoamericanos.
A pesar de ese intercambio, el caso de los agrocombustibles fue discutido en la cumbre sudamericana de energía. Su uso y promoción fue defendido por Brasil, apoyado por otros países (especialmente Colombia, Uruguay, Chile y Argentina). En la declaración finalmente aprobada en ese encuentro por los presidentes se expresa el “reconocimiento al potencial de los biocombustibles para diversificar la matriz energética sudamericana”, y se acuerda conjugar “esfuerzos para intercambiar experiencias realizadas en la región, con miras a lograr la máxima eficiencia en el empleo de estas fuentes, de forma tal, que promueva el desarrollo social, tecnológico agrícola y productivo”.
Biocombustibles en América Latina. Impacto ambiental:
Diferentes variables influyen en la decisión política de impulsar el desarrollo y adopción de los biocombustibles. El menor impacto que su consumo tiene en el medio ambiente, el hecho de que son una fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles y, en el caso de América Latina, la gran oportunidad económica que representan son factores decisivos.
Los países desarrollados, y algunos en vías de desarrollo, han tomado la decisión de utilizar biocombustibles obtenidos del agro como el alcohol para las naftas y biodiesel de aceites vegetales para el diesel, a fin de mitigar los efectos ambientales adversos que causan los combustibles fósiles como petróleo, carbón y gas, usados para la generación de cerca de 90% de la energía en el planeta. El dióxido de carbono, CO2, quizá hasta hace poco un contaminante normal, se está convirtiendo en un contaminante de gran importancia porque es el principal causante del calentamiento global de la Tierra.
Los biocombustibles, mezclados con los combustibles fósiles tradicionales usados en el transporte automotor, mitigan el impacto del dióxido de carbono, ya que por el efecto de fotosíntesis de las plantas vegetales de donde se obtienen, como la caña de azúcar, la remolacha azucarera, la palma africana, etc., convierten el CO2 que produce su combustión, en oxígeno para purificar el aire.
La contaminación del aire es producida por la cantidad de combustibles fósiles que se quema diariamente en el planeta, equivalente en peso a 21 millones de toneladas por día, que se expulsan en forma de gases contaminantes a la atmósfera.
La concentración del dióxido de carbono en la atmósfera se ha incrementado desde la revolución industrial en cerca de 40%. Se estima que dicha concentración se puede duplicar o aun triplicar en los próximos 100 años, con efectos impredecibles.
Pero mientras se desarrolla esta tecnología a costos razonables, que según los expertos puede demorar de 20 a 30 años, se deben suavizar los efectos negativos ambientales de los combustibles fósiles con los biocombustibles: el bioetanol y el biodiesel.
Según los analistas, el crecimiento de esta reciente industria a escala mundial será vertiginoso en los próximos 20 años. Para oxigenar las gasolinas con 10% en volumen de alcohol y 10% de biodiesel en el diesel, se requerirían, cerca de 40 millones de hectáreas en el mundo, cultivables probablemente sobre la línea ecuatorial, entre los trópicos.
Quizá la región con más capacidad de buenas tierras para la producción de biocombustibles es la zona norte de Sudamérica: Brasil, Colombia, Perú, Ecuador, Venezuela, Bolivia, sin tocar, por supuesto, el Amazonas, y sin descartar a México y algunos países centroamericanos y del Caribe.
Los dos biocombustibles más importantes son el bioetanol el biodiesel. La producción de etanol en el mundo se duplicó entre 2000 y 2005, mientras la producción de biodiesel se cuadruplicó. En 2005 solamente, la producción de etanol aumentó 19% y la de biodiesel saltó en 60%, a partir de una base mucho más pequeña. Aún así, esta joven industria, altamente creciente, proporciona biocombustibles que tan sólo constituyen 1% de los combustibles líquidos para el transporte mundial.
América, líder en biocombustibles
La producción de etanol carburante hoy está cercana a los 110 millones de litros por día, y 90% de la producción la aportan Estados Unidos (52 millones de litros por día) y Brasil (48 millones de litros por día). Estados Unidos lo produce a partir de maíz en más de 30 millones de hectáreas. Brasil lo obtiene a partir de caña de azúcar en más de tres millones de hectáreas, y dispone de otros tres millones de hectáreas en caña para la producción de azúcar. La producción de biodiesel mundial es actualmente de unos 11 millones de litros por día, siendo los principales productores, en su orden, Alemania, Francia, Estados Unidos, Italia y Austria.
Colombia ya inició la producción de alcohol, gracias a la iniciativa del Congreso de la República.
La producción en el Valle del Cauca colombiano, en las cinco plantas existentes del sector azucarero, es de 1.050.000 litros/día (60% de los requerimientos del país para una mezcla de 10% de alcohol en las naftas). Este porcentaje se incrementará en la medida en la que haya disponibilidad de alcohol producido nacionalmente.
En América Latina, además de Brasil y Colombia, casi todos los países tienen serias intenciones de involucrarse en la producción de biocombustibles. Se han adelantado iniciativas gubernamentales y normas de calidad, unas más avanzadas que otras para dicho fin.
En Argentina se estableció el Programa Nacional de Biocombustibles, aprobado por la ley 26093 de 2005 para producir etanol del maíz y biodiesel de aceites oleaginosos, en un programa que se debe desarrollar en los próximos 15 años. Para 2010 se requerirán, al 5% de etanol en la gasolina, cerca de 200 millones de litros/año de alcohol, de 550.000 toneladas de maíz cultivadas en 106 mil hectáreas.
En Bolivia, algunos de los ingenios azucareros en el departamento de Santa Cruz han exportado a Italia cerca de 50 millones de litros de bioetanol a partir de caña de azúcar. Para el mercado interno están elaborando una legislación que les permita impulsar 25% de bioetanol para las gasolinas, con una demanda de 90 millones de litros/año de alcohol de caña cultivada en 30 mil hectáreas.
En Chile, la Empresa Nacional de Petróleo (Enap) ha desarrollado estudios de factibilidad para la producción de bioetanol a partir de remolacha azucarera. Se establecerá una legislación para usar 10% de bioetanol en las gasolinas. También se estudia la posibilidad de usar ETBE (Etil Terbutil Eter).
En Cuba se han hecho varios estudios, especialmente el del Centro de Investigaciones y Desarrollo del Transporte (Cetra), que probó 114 vehículos con un recorrido de millón y medio de kilómetros, concluyendo que para las condiciones cubanas, una mezcla de 20% a 25% de etanol en las gasolinas sería recomendable para alcanzar una combinación estable y efectiva.
En Paraguay, el bioetanol se ha utilizado puro o mezclado con la gasolina. En la resolución 248 de 2006 del Ministerio de Industria y Comercio, se definieron contenidos de 24% y 18% de bioetanol en la gasolina regular y súper, respectivamente.
En Ecuador (importador de gasolina de alto octanaje), el gobierno ha propuesto impulsar el programa de bioetanol por etapas, con un plan piloto en la ciudad de Guayaquil.
Perú, República Dominicana, Uruguay y México, así como algunos países centroamericanos, también están dando pasos a escala gubernamental para la implementación de proyectos similares.
Venezuela anunció recientemente la destinación de más de US$900 millones durante los próximos cinco años, para producir 4 millones de litros/día antes de 2010. PDVSA construirá 15 centrales azucareras para la producción de bioetanol, con las que se creará más de un millón de empleos entre directos e indirectos. Concretamente, Venezuela inició en agosto de 2005 la importación de 20 millones de litros/mes de Brasil para la oxigenación de las naftas en la zona oriental del país.
El precio internacional del bioetanol tiende a igualar el de la nafta sin plomo, que con los recientes altos precios del petróleo y sus derivados, hacen de esta nueva industria rentablemente interesante. Lo mismo aplica para el biodiesel de aceites vegetales, en donde el precio en comparación es el precio del diesel.
Se estima una generación de aproximadamente 500 mil empleos, entre directos e indirectos, principalmente campesinos, por cada millón de hectáreas sembradas. Socialmente hablando, por consiguiente, este proyecto tendrá un gran impacto en América Latina.
Estados Unidos y los agrocombustibles sudamericanos:
El reciente acercamiento entre Estados Unidos y otros países latinoamericanos, en particular Brasil, ha generado una polémica política, tiene impactos en los mercados de la energía, y ofrece algunas pistas sobre el posible futuro del sector de combustibles de base agrícola, ya que Brasil y Estados Unidos se disputan los dos primeros lugares en la producción de bioetanol, Estados Unidos es el mayor consumidor de combustible del planeta, mientras que Brasil es el que tiene la mayor experiencia en ese sector y posee tierra disponible para aumentar todavía más esos cultivos.
Washington está otorgando creciente atención a los agrocombustibles tanto domésticos como importados. El plan “Veinte en Diez” apunta a alcanzar a 36 millones de hectáreas cultivadas con maíz durante este año para producir bioetanol. Sin embargo allí se enfrenta el problema del menor rendimiento del grano maíz como materia prima para la elaboración del etanol, mientras que la caña de azúcar es más eficiente en este sentido. Por lo tanto el país está interesado en contar con fuentes alternativas para importar biocombustibles, y además observa con atención las tecnologías desarrolladas en Brasil.
Es así que Estados Unidos promueve este sector en América Latina, y en esa tarea se ha aliado con la administración Lula da Silva en Brasil y el apoyo del Banco Interamericano de Desarrollo (BID). El exgobernador del estado de Florida, Jeb, junto al ex ministro de Agricultura de Brasil, Roberto Rodrigues, y al presidente del Banco Interamericano de Desarrollo (BID), Luis Moreno, anunció el lanzamiento de la Comisión Interamericana de Etanol. Su propósito es fomentar el uso de etanol en el continente americano. Al momento del lanzamiento, Jeb Bush hizo hincapié en los beneficios de esta iniciativa para su país: “A través de esta Comisión, Florida tiene la oportunidad de ubicarse a la vanguardia en promover una política energética que fortalezca la seguridad nacional, estimule el desarrollo económico, aumente la protección del medio ambiente y fomente el libre comercio dentro del hemisferio”. El objetivo de Estados Unidos es el acceso al etanol brasileño de caña de azúcar, bastante más barato que el estadounidense producido a partir del grano de maíz.
Por su parte, para Brasil este acuerdo puede significar importantes ingresos en divisas por exportación de bioetanol. La posibilidad de ser el abastecedor de ese 15% del consumo de gasolina estadounidense en el 2017 implica multiplicar por ocho su producción actual. Brasil también procura mejorar sus capacidades para la investigación en la fabricación de etanol a partir de lignocelulosa.
Finalmente, Brasil es uno de los principales promotores de otorgarle el reconocimiento de “commodity” al bioetanol bajo las reglas de la OMC (Organización Mundial de Comercio), de manera de flexibilizar su comercialización. En el mismo sentido, Brasil reclama que el gobierno de Estados Unidos reduzca o elimine los aranceles que se impone a sus importaciones. Esas tarifas aduaneras y los altos costos de los fletes reducen la competitividad exportadora del bioetanol brasileño hacia Estados Unidos. A su vez, esas trabas comerciales son una protección indirecta para la producción estadounidense de bioetanol a partir del maíz, que en buena medida beneficia especialmente a las grandes empresas graneleras.
Producción en Argentina:
La Argentina, Brasil y otros países del MERCOSUR y Latinoamérica poseen algunos de los mayores cultivos mundiales de materia prima en sus campos para la fabricación de biodiesel y bioetanol. No será fácil competir con Estados Unidos y países europeos, que cuentan con la infraestructura, los medios económicos y las empresas que operan internacionalmente, como para monopolizar la producción y el comercio mundial de biocombustibles.
Es necesario advertir que las empresas petroleras ya están avanzando en la diversificación de sus negocios, abordando la producción y comercialización de los biocombustibles. La empresa española Repsol anunció una inversión de 30 millones de dólares para construir, en Ensenada, una planta que producirá 120.00 metros cúbicos anuales de biodiesel a partir de fines de 2007.
La Argentina debe responder al desafío que significa intensificar los cultivos aptos para producir biocombustibles y alentar la elaboración de estos, por eso es preciso que se establezca una alianza estratégica con Brasil, el MERCOSUR y países latinoamericanos, destinada a complementar e impulsar los cultivos aptos como materia prima, la elaboración de biocombustibles y su empleo en cada país. Tambien que el Parlamento sancione la ley, con media sanción del Senado, que garantice la seguridad jurídica, el marco regulatorio y establezca las exenciones impositivas para la producción y venta de biocombustibles (proyecto que fue frenado por el Ministerio de Economía, durante la gestión de Lavagna, quien no avaló los beneficios impositivos previstos en la iniciativa). Además se debe impulsar la creación de cooperativas de trabajo y producción formadas por agricultores, que comenzarán por autoabastecer sus propias explotaciones y maquinarias agrícolas y alentar a las empresas privadas radicadas en los lugares de producción de la materia prima, capaces de impulsar el desarrollo regional. Otro punto importante es intensificar la tarea de fomento en el marco del Programa Nacional de Biocombustibles.
Para concertar una alianza estratégica con Brasil y otros países y autoabastecer de biocombustibles en lugar de importarlos cuando su uso se haya generalizado, es imprescindible para la Argentina el comenzar por intensificar sensiblemente los cultivos aptos para emplearlos como materia prima.
Conclusión:
La nueva situación que se da en el mercado internacional de comodities agropecuarios, a latinoamérica le presenta una crisis en el doble sentido del término que significa tanto peligro como oportunidad.
Los peligros son el incremento de precios de los alimentos y la necesidad de desarrollarse en forma ambientalmente sustentable, las oportunidades están representadas por las inmensas posibilidades de desarrollo económico que la situación actual del mercado internacional de comodities agropecuarios presenta.
Si América Latina desarrolla vigorosa y rápidamente la industria de biocombustibles, obtendrá el capital necesario para paliar los incrementos de precios de los alimentos y afrontar los desafíos ambientales que se le presenten. Si no lo hace, los alimentos igual subirán de precio, también se nos presentarán problemas ambientales, sólo que en este caso no tendremos recursos para hacerles frente.
Finalmente, Brasil es uno de los principales promotores de otorgarle el reconocimiento de “commodity” al bioetanol bajo las reglas de la OMC (Organización Mundial de Comercio), de manera de flexibilizar su comercialización. En el mismo sentido, Brasil reclama que el gobierno de Estados Unidos reduzca o elimine los aranceles que se impone a sus importaciones. Esas tarifas aduaneras y los altos costos de los fletes reducen la competitividad exportadora del bioetanol brasileño hacia Estados Unidos. A su vez, esas trabas comerciales son una protección indirecta para la producción estadounidense de bioetanol a partir del maíz, que en buena medida beneficia especialmente a las grandes empresas graneleras.
Produción de proteínas recombinantes en la Argentina
Producción de Proteínas Recombinantes
a Nivel Industrial en la Argentina
INTRODUCCION
Las proteínas recombinantes son aquellas proteínas producidas en el laboratorio mediante ingeniería genética en células distintas a las que se producen en la naturaleza. Las ventajas que presentan son varias:
• Obtención de proteínas de distintos orígenes, en organismos fácilmente cultivables.
• Obtención de grandes cantidades del producto, de una forma más fácil y reproducible, en comparación con el obtenido por extracción a partir de su fuente natural.
• Obtención de productos libres de patógenos y otros riesgos potenciales. Esto es particularmente importante en el caso de los productos farmacéuticos. Por ejemplo, los factores de coagulación o la hormona de crecimiento pueden administrarse libres de contaminación como proteínas recombinantes, en lugar de proteínas purificadas de sangre e hipófisis humanas, respectivamente.
• Pueden producirse proteínas que no existen en la naturaleza, como los anticuerpos de cadena simple, útiles en el diagnóstico y tratamiento de algunas enfermedades.
Prácticamente todas las enzimas que se emplean en la industria (farmacéutica, alimenticia, textil, papel, química, detergentes, etc.) son recombinantes. Si bien muchas de ellas son microbianas, resulta más fácil y reproducible su obtención a partir de microbios conocidos en profundidad y fácilmente cultivables. Entre los sistemas utilizados para la producción de las proteínas recombinantes se encuentran Escherischia coli , células de ovario de hámster chino CHO , líneas celulares de riñón de hámster bebe y Sacharomyces cerevisiae , siendo el más elegido para la producción de fármacos en uso humano la expresión en células eucariotas, como las levaduras y CHO, debido a la necesidad del procesamiento postraduccionales ( por ejemplo, glicosilaciones).
Además existen sistemas alternativos que podrían abaratar los costos de producción, como las plantas y los animales transgénicos, pero estos están aún en etapas de desarrollo o evaluación.
El área con mayor impacto es la de biofármacos, debido a la posibilidad de producir de manera más eficiente medicamentos para un gran número de enfermedades (diabetes, cáncer, insuficiencias cardiovasculares, hemofilia, etc).
El primer biofármaco (o medicamento biológico) apareció en 1982. Era la insulina recombinante humana, producida en las instalaciones del laboratorio Eli Lilly, en Indianápolis, Estados Unidos. El gen de la insulina humana fue introducido en una bacteria que produjo la misma sustancia que elabora el páncreas, y así se benefició a millones de diabéticos de todo el mundo.
Comparado con las drogas químicas pequeñas, las proteínas tienen alta especificidad y actividad en concentraciones relativamente bajas.
Actualmente, más de 350 biofármacos están siendo probados para el tratamiento de más de 150 enfermedades y se estima que para el año 2012 los medicamentos biotecnológicos representarán el 12% del total de las ventas mundiales de medicamentos de prescripción.
Para asegurar la consistencia en las características de los productos finales, y los perfiles de seguridad y eficacia, tanto la fuente del material, los procesos de manufactura, la formulación así como las condiciones de almacenaje deben ser cuidadosamente seguidas y controladas, cumpliendo las exigencias GMP específicas para los productos biotecnológicos. Para tal fin existen organismos encargados de hacer cumplir dichas normas, en la Argentina esta tarea la lleva a cabo la ANMAT (Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología médica) a través de su dependencia el INAME (Instituto Nacional de Medicamentos).
CAPITULO 1: Qué es una proteína recombinante
Las proteínas recombinantes son aquellas proteínas producidas en el laboratorio mediante ingeniería genética en células distintas a las que se producen en la naturaleza, por ejemplo insulina humana producida en E. coli. Se aplican en uso médico, veterinario e industrial, siendo las más promocionadas las aplicadas en medicina clasificadas como Biofármacos con base a proteína.
Los Biofármacos son medicamentos de origen biológico, o sea producidos a partir de un ser vivo, pueden tener base a proteína o ácido nucleico. Los de base a proteína son de alta similitud o iguales a proteínas humanas, siendo más complejos y lábiles que gran parte de los medicamentos compuestos de pequeñas moléculas (fármacos de síntesis química).
Otro elemento distintivo de los productos con base a proteínas es que en la mayoría de los casos son difíciles de caracterizar. La proteína más básica y simple es compleja en sí misma, y hay estructuras moleculares de las proteínas que no pueden ser diferenciadas con la tecnología disponible hoy en día. Por este motivo la producción de medicamentos biológicos genéricos (Biogenéricos) suele ser más difícil que la producción de medicamentos de síntesis química.
Las proteínas recombinantes humanas revolucionaron el tratamiento de diversas enfermedades, como por ejemplo diabetes, hepatitis, cáncer.
El ejemplo más conocido de proteína recombinante ( debido a su uso por parte del jugador de futbol Lionel Messí) es la hormona de crecimiento humano, una sustancia que la hipófisis produce en forma natural, pero que en algunas personas está disminuida y causa diversas alteraciones y enfermedades. Una de ellas, baja estatura.
Como ya se menciono, igualmente existen proteínas recombinantes aplicadas a otras áreas fuera del área terapéutica, como por ejemplo área alimenticia, investigación y diagnóstico
CAPITULO 3: Uso salud humana, uso alimenticio, uso agropecuario
Empresas biotecnológicas
Las empresas de biotecnología realizan procesos tanto en fases de investigación y desarrollo como en aplicaciones productivas. Entre sus productos se encuentran las proteínas recombinantes, a continuación separadas en tres áreas mayoritarias:
Producción agropecuaria:
- Inoculantes: producidos a partir de cepas de bacterias, destinados a aumentar la fertilidad de la producción agropecuaria.
- Biopesticidas y bioherbicidas
- Sanidad animal: vacunas y marcadores genéticos.
Ingredientes alimentarios para bioprocesamiento:
-Coadyuvantes tecnológicos: enzimas y cultivos.
Algunas enzimas recombinantes destinadas a la industria alimenticia son:
• quimosina que sustituye a la natural obtenida del estómago de terneros, y que se obtiene a partir de los hongos Kluyveromyces lactis y Aspergillus niger transformados genéticamente con genes de vacuno. Uso coagulación de las proteínas de la leche (caseína). Influencia en el sabor y aceleración de la maduración.
• α-amilasa obtenida a partir de Bacillus subtilis recombinante. Esta enzima licua el almidón y lo convierte en dextrina en la producción de jarabes. En la industria cervecera, favorece la retención de la humedad del producto y baja el contenido calórico del producto. Además mejora la calidad del pan disminuyendo la viscosidad de la pasta. Produce una miga muy blanca y mejora la coloración de la superficie.
• Pectinasas producidas por Aspergillus oryzae transformada con el gen de A. aculeatus. Permiten la clarificación de jugos concentrados al degradar las pectinas provenientes de restos de semillas.
• Glucosa oxidasa y catalasa obtenidas a partir de Aspergillus niger recombinantes. Estas enzimas se utilizan para eliminar azúcares de huevos y evitan que aparezcan olores anormales durante la deshidratación de los mismos.
• Lipasa obtenida en Aspergillus oryzae recombinante se utilizan en la fabricación de concentrados de aceites de pescado.
• Glucosa isomerasa proveniente de Streptomyces lividens al que se le ha inserto el gen de Actinoplanes. Permite obtener, a partir de glucosa, jarabes ricos en fructosa, con mayor poder endulzante.
• β-glucanasa producida por levaduras cerveceras recombinantes, que facilitan la filtración del producto.
Salud humana:
-Actividades de diagnóstico (biosensores, inmunodiagnósticos, pruebas de genes, entre otros)
- Actividades terapéuticas (producción de vacunas, reactivos, terapia genética, estimulantes inmunes, biofarmacéuticos).
Tabla 1: Proteínas recombinantes para uso en salud humana. (1)
En el año 2005 en la Argentina la ANMAT aprobó la producción de insulina recombinante por parte de un laboratorio nacional, Denver Farma, cubriendo de esta manera un espacio hasta el momento dominado por empresas extranjeras. La empresa Denver Farma dijo que el mercado de las insulinas es difícil de cuantificar con exactitud en la Argentina, sin embargo según la auditora IMS que mide la venta de insulinas a salida de droguerías, entre mayo del 2005 y abril del 2006 se vendieron 927.237 unidades. La Federación Argentina de Diabetes determinó que de los cerca de 1.5 millones de pacientes diagnosticados, alrededor de 200 mil personas deben administrarse insulina diariamente.
CAPITULO 4: Proteínas recombinantes más vendidas en la Argentina
ERITROPOYETINA (EPO):
La eritropoyetina se utiliza en el tratamiento de la anemia asociada con insuficiencia renal crónica en pacientes adultos y pediátricos en hemodiálisis y en pacientes adultos en diálisis peritoneal.
Al contrario que la insulina, que se obtenía del páncreas de cerdo antes del empleo de insulina recombinante, la EPO no tuvo un origen tan arcaico. Sólo mediante el aislamiento del gen de la EPO, así como mediante clonación y expresión in vitro, fue posible producir la hormona en cantidades suficientes para la terapia con la ayuda de procedimientos de fabricación biotecnológicos.
EPO se produce en Argentina desde 1990 por la compañía Sidus también bajo el nombre de Hemax.
El vehículo de expresión recombinante para la producción de las variantes de Epoetina α y β es en cada caso un subclon genéticamente modificado de una línea celular del ovario de hámster chino (Cricetulus griseus), llamadas células CHO (de Chinese Hamster Ovary). Para la producción de la variante de Epoetina-ω se usa una línea celular genéticamente modificada y subclonada del riñón de hámster dorado sirio (Mesocricetus auratus auratus), conocida como células BHK (de Baby Hamster Kidney).
Todas las variantes de EPO recombinante difieren de las nativas en la composición de las estructuras de azúcares y diferencias entre las propias variantes recombinante.
INSULINA:
La insulina es la hormona secretada por el páncreas, cuya actividad principal es la de regular el metabolismo de los hidratos de carbono y grasas. Se usa para el tratamiento de Diabetes Miellitus.
Las insulinas de tipo recombinante ocupan el 93% de la demanda mundial y se diferencian de las anteriores versiones en que en vez de obtenerse a partir de bovinos o porcinos, se logra mediante fermentación.
Denver Farma, que es el encargado de producir en el país insulina humana, denominada Densulin, constituyéndose en el primer establecimiento de América Latina en fabricar ese medicamento.
Denver Farma es una empresa farmacéutica argentina de capitales y técnicos argentinos, con sólida formación científica y demostrables recursos tecnológicos.
INTERFERON Alfa 2b (IFN 2b):
El interferón alfa es una citoquina de potente actividad inmunomoduladora, antiviral y antiproliferativa. Su complejo mecanismo de acción involucra a la regulación de la transcripción de genes para distintas proteínas celulares y a la estimulación de células efectoras del sistema inmune, resultando en una acción antiviral y antitumoral.
A partir de células de origen humano, se aisla el fragmento de ADN que contiene el gen correspondiente para la síntesis de hu-IFN beta y se clona en un plásmido recombinante capaz de transfectar una línea celular en cultivo.
La construcción genética es integrada al genoma celular permitiendo la expresión de hu-IFNß, que se secreta al medio extracelular.
El interferón beta humano recombinante así sintetizado, es idéntico en su estructura y funcionalidad al nativo.
En Argentina es producido por Bio Sidus S.A. y Laboratorio Delta Farma S.A.
HORMONA DE CRECIMENTO (hGH):
La hormona de crecimiento es una proteína producida por la glándula hipófisis situada en la cara anterior del cerebro. Circula en el torrente sanguíneo y tiene efectos en todo el organismo. En ocasiones es llamada somatotropina o somatotrofina. La hormona de crecimiento utilizada para el tratamiento se denomina somatropina.
Durante muchos años el tratamiento del enanismo hipofisiario fue dificultoso. La única fuente de obtención de hormona de crecimiento era a partir de glándulas hipofisarias extraídas de cadáveres. Estas primeras producciones de hGH no sólo eran escasas, sino que tampoco ofrecían seguridad dado su origen extractivo de glándulas cadavéricas.
A mediados de los años 80', la exitosa producción de hGH a partir de organismos genéticamente modificados, como bacterias o células de mamífero, permitió una amplia disponibilidad de esta proteína que rápidamente se convirtió en el tratamiento de elección para aquella patología. Desde 1997, aplicando la tecnología de ADN recombinante, Bio Sidus produce hGH a partir de la fermentación de bacterias que poseen el gen humano para dicha proteína.
FACTOR ESTIMULANTE DE COLONIAS DE GRANULOCITOS (G-CSF):
El G-CSF recombinante (fligastrim, NEUPOGEN) es una glucoproteína producida en Escherichia coli. Aumenta las funciones fagocíticas y citotóxicas de los neutrófilos. Es eficaz en el tratamiento de neutropenia grave consecutiva a trasplante de médula ósea y quimioterapia a altas dosis.
En Argentina lo producen los laboratorios Pablo Cassará y Bio Sidus SA.
INTERFERON BETA (IFN ):
El interferón beta en la Esclerosis Múltiple tiene efectos inhibitorios en la proliferación de leucocitos y en la presentación de antígenos. Además modula la síntesis de citoquinas hacia la producción de las de tipo antiinflamatorio sobre todo a nivel del SNC.
El Interferón beta 1 a es un interferón glicosilado, producido por tecnología de DNA recombinante por células CHO (ovario de hamster chino) genéticamente modificado. La secuencia aminoacídica es idéntica a la del interferón beta natural. El interferón beta 1 b es un interferón no glicosilado producido por tecnología de DNA recombinante por una cepa de E.Coli. Posee sutiles diferencias estructurales con el interferón.
Biogen Idec Argentina comercializa interferon beta-1a intramuscular. En la actualidad, es el medicamento para la esclerosis múltiple más prescripto en todo el mundo, con más de 135.000 pacientes en tratamiento, y el primero en ser aprobado para pacientes que han sufrido un primer brote de esta enfermedad. En nuestro país, Interferon beta-1a IM fue comercializado anteriormente por Abbott Laboratories S.A.
CAPITULO 5: Laboratorios que producen proteínas recombinantes
A continuación se mencionarán los laboratorios argentinos o internacionales con sede en Argentina que producen proteínas recombinantes.
Baxter
Baxter es una empresa internacional con cede en la Argentina desde 1993. Baxter Argentina SA adquirió Inmuno SA, con lo cual se produjo la integración de ambas compañías. Pertenece al sector productivo salud médica y medicamentos. Produce proteínas recombinantes, tecnología y servicios que contribuyen al tratamiento de la enfermedad renal crónica, hemofilia, enfermedades infecciosas, trastornos del sistema inmune y otras graves enfermedades. En el presente, se desarrolla a través de las siguientes áreas:
• Bioscience
• Transfusión therapies
• Medication delivery. Soluciones
• Parentales_ Sistemas de Infusión_ Nutrición_ anestesia
• Renal
Las proteínas recombinantes que produce se muestran a continuación.
Factor VIII de la coagulación recombinante
Composición: Factor VIII obtenido mediante ingeniería genética a partir de una línea celular de ovario de hamster chino (CHO). El F VIII recombinante posee las mismas propiedades que el F VIII humano.
Indicaciones: Tratamiento de la hemofilia A, complemento en el tratammiento de la hemofilia A agravada por inhibidores y deficiencia de Factor VIII adquirida.
Presentación: Producto liofilizado de 500 y 1000 Ul de Factor VIII, frasco ampolla de 10 ml de solvente y equipo de infusión descartable.
Factor VIII de la coagulación 100 % recombinante, sin derivados de plasma/albumina humano ni animal.
Composición: Factor VIII obtenido mediante ingeniería genética a partir de una línea celular de ovario de hamster chino (CHO). El F VIII recombinante posee las mismas propiedades que el F VIII humano. No hay componentes humanos no animales en la producción del factor.
Indicaciones: Tratamiento de la hemofilia A, complemento en el tratamiento de la hemofilia A agravada por inhibidores y deficiencia de Factor VIII adquirida.
Presentación: Producto liofilizado de 250, 500 y 1000 Ul de Factor VIII, frasco ampolla de 10 ml de solvente y dispositivo Baxject para su preparación.
BioSidus
BioSidus es una empresa que se encuentra dentro del sector productivo salud humana y medicamentos. Se especializa en la generación de materias primas biotecnológicas, en desarrollo biotecnológico en campos vegetal, animal, y salud humana. Producen eritropoyetina recombinante.
Boheringer Ingelheim Argentina.
Dentro de los numerosos medicamentos que produce, desarrolla Actilyce, activador de plasminógeno tisular humano recombinante. A nivel mundial ocupa uno de los principales lugares en el mercado, lo que la ubica como una de las compañías más importantes en el rubro farmacéutico.
GEMA Biotech
Compañía biotecnológica privada con sede central en Buenos Aires Argentina. Focalizada en el desarrollo, producción, purificación, caracterización y ensayos de citoquinas humanas producidas en medio libre de suero para el uso terapéutico.
Algunos de sus productos son: -interleuquina 2 (IL-2) proteína recombinante humana producida en E. coli, indicada para carcinoma renal y melanoma. –Eritropoyetina proteína recombinante producida en células de mamífero, indicada para tratar la anemia. – Interferon alfa 2ª producido en E. coli e indicado para tratar sarcoma de Kaposi, leucemia y hepatitis C crónica.
IDEAR
INDEAR, Instituto de Agrobiotecnología Rosario es la compañía de I+D de Bioceres, la cual tiene en foco a dos áreas temáticas: el mejoramiento de cultivos para aumentar su productividad y la producción de enzimas industriales en plantas. Para esto, INDEAR utiliza las herramientas de la biología molecular moderna vía estrategias de organismos modificados genéticamente y no modificados genéticamente. El proyecto se basa en la producción de la quimosina en plantas de cártamo, la cual es una enzima de amplia utilización en la industria láctea, para la coagulación de la leche en la producción de quesos. El proyecto está completo respecto de las etapas de I+D y actualmente busca socios interesados en la producción y comercialización del producto.
Laboratorio Pablo Cassará SRL
El Laboratorio Pablo Cassará se especializa en el sector productivo salud humana y medicamentos. Produce proteínas recombinantes en sistemas procariontes. Uno de sus principales productos es el GCSF.
Laboratorio Purissimus
Las proteínas recombinantes que produce Laboratorio Purissimus son inmunoglobulinas, albúmina, factor VIII, IgG anti D, IgG ant hepatitis B, factor IX y complejo protombínico. Se trata de una empresa argentina que consiste en una planta de hemoderivados en donde se purifican derivados del plasma. La empresa se dedica, además a la seguridad viral de hemoderivados.
PBL
PBL, Productos Bio-Lógicos, pertenece al sector productivo de reactivos y diagnóstico. Es un emprendimiento que surgió en el 2001 dentro del programa de incubación de empresas de la UNQ. Se especializa en desarrollo, producción de reactivos e insumos para las tareas de investigación, diagnóstico e industria mediante ingeniería genética y la biotecnología. Producen Taq Pegasus, una ADN polimerasa termoestable recombinante.
PC Gen
El laboratorio PC gen una empresa incubada y pertenece al sector productivo salud humana y medicamentos. PC-Gen ha desarrollado productos como Interferón alfa, Interleukina 2 y GM-CSF y eritropoyetina.
En el caso de eritropoyetina, ha desarrollado clones y establecido los criterios de purificación de la proteína. Por otra parte, se han establecido todos los criterios analíticos de acuerdo a Farmacopea Europea. PC-Gen cuenta con un departamento de control de calidad en el análisis y caracterización de productos biotecnológicos.
Zelltek
El laboratorio Zelltek pertenece al sector productivo salud humana y medicamentos. Es una empresa de desarrollo, producción y comercialización de productos de interés terapéutico destinado al mercado farmacéutico. Produce eritropoyetina humana recombinante. Focalizados en la producción de nuevos productos para el tratamiento del cáncer e infecciones virales.
CAPITULO 6: Desarrollos en curso
En estos momentos, el laboratorio BioSidus S.A. maneja distintos productos que se producen en la planta y se comercializan en el país y en distintas partes del mundo. Las dos grandes líneas que se trabajan en la actualidad son, por un lado, los productos de fermentación en bacterias y por el otro, los expresados en células.
En cuanto a inversión y desarrollo, para sus proyectos, Bio Sidus cuenta con un presupuesto anual de inversión que ronda los u$s 8 millones y hay tres principales megaproyectos de investigación.
- El primero se refiere al desarrollo de terapias génicas en el que están trabajando fuertemente en la aplicación del gen del factor de revascularización para problemas coronarios y obstrucciones periféricas. Este proyecto lleva un par de años de trabajo con la Fundación Favaloro y con el Instituto de la Inmaculata de Roma. Por ahora, permanecen en la etapa de estudio con animales. Una gran posibilidad sería, en lugar de usar los genes para insertarlos en algún elemento biológico y producir proteínas que se puedan llevar al organismo, que el gen actúe en él directamente.
- El segundo gran proyecto se basa en animales transgénicos, con lo cual están trabajando hace 4 años tratando de buscar el animal como reactor biológico para la producción de proteínas recombinantes que necesitan mayor masa y, por consiguiente, mayor volumen de reactor. Una solución podría ser producir un gen y expresar esa proteína, por ejemplo, en la leche de la vaca o de la cabra, donde, luego, se hace un proceso de purificación hasta aislar la proteína. Actualmente están en la fase de desarrollo de trabajo con animales y es un proceso que debe madurar en los próximos 5 años.
Los animales transgénicos son aquellos que poseen un gen que no les pertenece a su especie. Generalmente, y la forma más sencilla para generar un animal transgénico requiere primero aislar el gen que se desea introducir en el genoma del animal. Este gen que no pertenece al genoma de la especie del animal se denomina transgen. Esto requiere el empleo de tecnología de ADN recombinante e ingeniería genética, técnicas básicas de biología molecular y su uso es muy extendido en biotecnología.
Esta tecnología requiere clonación y manipulación del genoma para que pueda ser insertado en el genoma y expresado por el nuevo organismo. A fin de que las células del organismo expresen este nuevo gen o transgen, se debe incorporar dicho transgen en un embrión en sus estadios iniciales, cuando es un cigoto. Luego de asegurarse que el transgen fue efectivamente clonado en el embrión, se debe proceder a implantar el embrión en un animal receptivo. Todo este procedimiento requiere una cuidadosa tecnología de fertilización “in vitro” .
En el caso que no interese que todas las células del animal contengan el transgen, sino algunas células específicas o tejido específicos se debe efectuar un procedimiento similar al ya descripto, pero en lugar de inyectar el transgen en el cigoto, se inyecta en el embrión en etapas más tardías. Por medio de aplicar este tipo de tecnología de transgénesis se obtiene un animal donde algunas células contienen el genoma normal de la especie, y otras células tienen incorporado en su genoma el transgen.
En Argentina se ha efectuado con éxito la tecnología de transgénesis en animales, llevando a la creación de las vacas transgénicas. Estas vacas transgénicas se han diseñado para que produzcan en su leche la hormona de crecimiento humano y otras productoras de insulina, de la misma forma. Este desarrollo biotecnológico fue un emprendimiento efectuado entre la Universidad de Buenos Aires y la empresa Bio Sidus. Sin lugar a dudas es un desarrollo en biotecnología de avanzada en la región y porque no también a nivel internacional.
La aplicación de la tecnología de animales transgénicos presenta nuevas oportunidades de desarrollo biotecnológico y puede brindar a la sociedad la oportunidad de su aplicación tanto en biomedicina, como en otras áreas de la biotecnología, abarcando un amplio espectro en las áreas de desarrollo y producción. Sin lugar a dudas la transgénesis ha causado una revolución en biotecnología, planteando además nuevos desafíos éticos y morales.
Esquema 3: pasos generales en el desarrollo de animales transgénicos de Bio Sidus S.A.
- Por último, la otra línea importante es un proyecto con plantas transgénicas a 5/6 años, Bio Sidus tiene una División de Biotecnología Vegetal, donde está trabajando en el desarrollo de herramientas para la aplicación de la biotecnología vegetal con el propósito de que, en un futuro, se pueda trabajar en un modelo de planta transgénica que pueda servir para producir proteína recombinante.
Productos (desarrollo en curso) por Bio Sidus:
- Parathormona humana por síntesis química: Hormona que induce la formación de tejido óseo; entre otros usos sobresale su potencial eficacia en el tratamiento de la osteoporosis.
- Estreptoquinasa recombinante: Trombolítico.
- Producción de hGH en animales transgénicos: Se procura direccionar la síntesis de hGH humana a la glándula mamaria buscando su secreción en leche de vacas transgénicas.
- Terapia Génica de Revascularización: Mediante el uso de vectores no virales se trata de restablecer la red de arterias en tejidos con problemas circulatorios (isquemias cardíacas y problemas de circulación periférica en piernas y brazos)
- Biotecnología Vegetal: trabaja en la producción de distintas proteínas en plantas transgénicas, así como en la mejora de varias especies vegetales, otorgándoles resistencia a virus y/o herbicidas.
- Terapia anti-IFN
- Vacuna anti TAT
Productos (desarrollo en curso) por Universidad del Litoral
Fármaco contra el cáncer “GM-CSF”, sigla en inglés correspondiente a “Factor Estimulante de Colonias de Granulocitos y Macrófagos”: contribuye a la quimio y radioterapia contra el cáncer al proteger a las células defensivas del organismo, que así puede tolerar dosis mayores contra el tumor. El “GM-CSF” que hay en el mercado proviene de bacterias o levaduras; el de la Universidad del Litoral se produce a partir de células de mamíferos, lo cual evita efectos adversos. El proyecto está prácticamente terminado y estan por poner en marcha ensayos clínicos de este producto. Hay otros dos productos en desarrollo pero, como son patentables, no pueden darlos a conocer por razones de confidencialidad.
CAPITULO 7: Buenas prácticas de manufactura y
procedimientos operativos estandarizados
Las Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) ó Good Manufacturing Practices (GMP) son prácticas de higiene recomendadas para que el manejo de materiales garantice la obtención de productos inocuos.
Procedimientos Operativos Estandarizados (POES ó SSOP Sanitation Standard Operating Procedures): son aquellos procedimientos escritos que describen y explican como realizar una tarea para lograr un fin específico, de la mejor manera posible. Existen varia actividades/operaciones, además de las de limpieza y desinfección, que se llevan a cabo en un establecimiento elaborador que resulta conveniente estandarizar y dejar constancia escrita de ello para evitar errores que pudieran atentar contra la inocuidad del producto final.
Según la Food And Drug Administration (FDA) POES abarcan:
* Manutención general
* Sustancias usadas para limpieza y saneamiento
* Almacenamiento de materiales tóxicos
* Control de plagas
* Higiene de las superficies de contacto con alimentos
* Almacenamiento y manipulación de equipos y utensilios limpios
* Retirada de la basura y residuos
Si el establecimiento o la autoridad sanitaria detectaran que el POES falló en la prevención de la contaminación ó adulteración del producto, se deben implementar medidas correctivas. Estas incluirán la correcta disposición del producto afectado, la reinstauración de las condiciones sanitarias adecuadas y la toma de medidas para prevenir su recurrencia.
El establecimiento debe llevar además, registros diarios suficientes para documentar la implementación y el monitoreo de los POES y de toda acción correctiva tomada. Estos registros deben estar disponibles cuando la Autoridad Sanitaria así lo solicite.
Cada establecimiento de contar con su propio “ Manual de POES” donde se describen todos los procedimientos de limpieza y desinfección que se realizan periódicamente antes y durante las operaciones que sean suficientes para prevenir la contaminación ó adulteración de los productos que allí se manipulan.
Una vez desarrollado cada POES será firmado y fechado por un empleado responsable/supervisor con autoridad superior. Esta firma significa que el establecimiento implementará los POES tal cual han sido escritos y, en caso de ser necesario, revisará los POES de acuerdo a los requerimientos normativos para mantener la inocuidad los productos que allí se manipulan.
Los POES son realizados para todas las operaciones y todos los turnos de actividad.
Estos procedimientos deben ser monitoreados, verificada su eficacia y en caso de considerarse necesario, revisados con cierta frecuencia.
Resulta esencial el entrenamiento de los empleados para la aplicación de POES y el énfasis en la importancia de seguir las instrucciones de cada procedimiento para lograr la inocuidad de los productos.
CAPITULO 8: Entidades regulatorias. Exigencias
Los procesos de producción atienden ciertas normas que difieren según el producto que se elabore: medicamentos por un lado, alimentos por otro, etc. El producto, además, requiere de una evaluación exhaustiva que determine que es inocuo para la gente, los animales y/o el ambiente, y que tenga el efecto esperado. Dependiendo del producto, y del proceso para obtenerlo, las normas reguladoras cambian.
En Argentina, la Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología médica (ANMAT) se encarga de registrar, controlar, fiscalizar y vigilar la sanidad y calidad de:
• Medicamentos
• Alimentos
• Productos médicos
• Cosméticos, de Higiene y Tocador
• Domisanitarios
• Reactivos de Diagnóstico
• Suplementos Dietarios
• Y todos aquellos que se consumen o utilizan en la medicina, alimentación y cosmética humana
Para la reglamentación de los distintos productos, existen dentro del ANMAT institutos particulares. Por ejemplo.
• el INAME (Instituto Nacional de Medicamentos) controla y fiscaliza la sanidad y la calidad de las drogas, productos químicos, reactivos, medicamentos, elementos de diagnóstico, productos de higiene, tocador, y cosmética humana, ya se trate de productos de origen nacional o importados. También, ejerce las actividades de fiscalización de los establecimientos que realizan actividades de elaboración, importación y en algunos casos de distribución de dichos productos.
El campo de acción de este Instituto debe abarcar además, el estudio, generación y proposición de legislaciones y normativas que contemplen nuevos desarrollos de productos o procesos de forma tal que el proceso de evaluación y aprobación de los mismos no constituya una traba burocrática que retarde el acceso de la población a nuevos productos de competencia del INAME.
• el INAL (Instituto Nacional de Alimentos), controla y fiscaliza la sanidad y la calidad de los alimentos, incluyendo aditivos, colorantes, edulcorantes e ingredientes utilizados en la alimentación humana, como también de los suplementos dietarios, productos de uso doméstico y de los materiales en contacto con los alimentos.
• la DEM (Dirección de Evaluación de Medicamentos) tiene a su cargo la evaluación clínica de los medicamentos.
• CONVISA, Comisión Nacional de Biotecnología y Salud,es la autoridad reguladora de la biotecnología aplicada a la salud. La misma fue creada por la Resolución Nº 413/93, del director de la Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología (ANMAT). Tiene como misión asesorar al gobierno nacional en lo referido al desarrollo y la aplicación de la biotecnología en el campo de la salud. Estudia y recomienda las normas vigentes que rigen el desarrollo, elaboración y aprobación de productos biotecnológicos destinados a la salud y el consumo humano.
En lo referente a la regulación de proteínas recombinantes, en la Argentina no hay disposiciones específicamente desarrolladas para la regulación de dichos productos biológicos/biotecnológicos. Es decir, no existe una clasificación que se encuentre integrada por estos productos, más bien serán clasificados y regulados de acuerdo a otras propiedades de los mismos. Por ejemplo, la insulina, la cual pertenece a un grupo especial de medicamentos denominados de ventana estrecha, es decir, que por debajo de ciertas dosis no tienen eficacia y por encima de ciertas dosis son tóxicas. Cualquier nuevo producto que se apruebe debería demostrar algún tipo de equivalencia con las cuatro que se comercializan en la actualidad. Pero el año pasado, por ejemplo, fue aprobada una insulina que si bien no se comercializa, no presentó ningún tipo de estudio de biosimilaridad. De esta manera, es posible encontrar productos no avalados por ningún ensayo o estudio serio.
Protocolos de investigación clínica
Para que un producto farmacéutico llegue al mercado y al público, antes debe pasar por una serie de exhaustivos análisis, en su conjunto conocidos como Ensayos preclínicos y Ensayos clínicos. En una primera etapa de desarrollo, la nueva droga debe ser evaluada en animales modelo, para investigar cómo se distribuye en el organismo, y cuáles son sus efectos positivos y negativos. Si esta etapa se supera con éxito, comienzan los ensayos clínicos con personas voluntarias, que deben cumplir una serie estricta de requisitos para poder participar de los mismos. Dentro de los ensayos clínicos, se distinguen distintas fases (I, II, III) en las cuáles se evalúa la dosis óptima, la efectividad para el tratamiento de la enfermedad en estudio, y los efectos adversos o no deseados. En función de los resultados, la droga es aprobada o no para su uso como medicamento en seres humanos.
En algunos casos el marco regulador es el mismo independientemente de la forma de obtención. Pero, en otros casos es diferente, como en la obtención de insulina en leche de vacas transgénicas, o el caso del maíz Bt.
Ejemplo en la realización de un protocolo de ensayos clínicos en la Argentina para el componente A, el cual es una proteína recombinante .
Visita de iniciación 7 de noviembre del 2007. Estudio abierto en Fase IIIb para el tratamiento en primera línea del componente A más taxanos en monoterapia o combinación, de pacientes con cáncer de mama metastático o con recidivia local.
El protocolo del componente A tiene como objetivo primario evaluar el perfil de seguridad del componente A cuando se combina con otros medicamentos en pacientes con CMm o RL. Como objetivo secundario, se intenta evaluar la eficacia, en las mismas condiciones para determinar el perfil de seguridad. La eficacia del componente A se mide como el tiempo hasta la progresión de la enfermedad (TP) y sobrevida total (ST). Por otra parte, se pretende evaluar la seguridad del componente A en pacientes que desarrollan metástasis en SNC, durante el tratamiento y en los seis meses siguientes al mismo. Los objetivos mencionados para este protocolo en particular, evaluación de la seguridad y eficacia, se comparten con otros protocolos ya que, son indispensables para determinar la aprobación del medicamento que esta siendo evaluado.
Generalidades
El número de pacientes a fines de octubre fue de 1146 incluidos a nivel mundial y el número de centros que participaron del protocolo fueron 400 para el protocolo del componente A. Las cifras mencionadas para este protocolo en particular, dan a entender la importancia de ampliar el número poblacional para evaluar la acción terapéutica de los medicamentos en vías de aprobación. Dado que el número de pacientes sobre el cual se evalúa es de gran magnitud y recoge datos a nivel mundial, permite hacer los análisis estadísticos correspondientes y más representativos.
Duración del estudio
La duración del protocolo mencionado tiene implicancias generales a los demás protocolos de investigación clínica. En este caso particular, los pacientes recibirán el componente A hasta la progresión de la enfermedad, el desarrollo de la toxicidad inaceptable, retiro del consentimiento del paciente o hasta el fin del estudio. Es en este punto donde interviene las normativas sobre los estudios clínicos. El investigador a cargo deberá ser responsable en permitir la salida de un paciente del protocolo, si está su salud y vida en peligro. Aquí juega un rol importante las normas de ética médica, a saber:
• Declaración de Helsinki de la asociación Médica Mundial,
• Principios Éticos para las Investigaciones Médicas en seres humanos y sus sucesivas modificaciones,
• Guidelines For Good Clinical Practice E6 ,
• Pautas Éticas Internacionales para la Investigación Biomédica en seres humanos, preparadas por el Consejo de Organizaciones Internacionales de las Ciencias Médicas (CIOMS) en colaboración con la OMS,
• Principios éticos básicos enunciados en el reporte de Belmont,
• Finalmente, las leyes y reglamentos emanados por las autoridades de la salud de la República Argentina.
El cumplimiento de las normas y reglamentos vigentes son evaluados por el Comité de Ética Independiente, tanto interno como externo pertenecientes al protocolo puesto en marcha y la entidad nacional reguladora correspondiente: ANMAT. Las pautas involucradas en el protocolo no solo afectan la dedición del investigador principal, sino de todos los participantes del mismo.
Criterios de elegibilidad
Los pacientes que integren el protocolo deberán adecuarse a los criterios de elegibilidad para ser seleccionados. Estos son dos, los criterios de inclusión y los criterios de exclusión. El paciente podrá cumplir algún requisito explicitado en el criterio de inclusión pero, no deberá reunir ningún criterio de exclusión. Por ejemplo, para el protocolo del componente A los criterios de inclusión comprenden el consentimiento informado por escrito obtenido antes de cualquier procedimiento específico del estudio, función hematológica, hepática y renal adecuada y prueba sérica de embarazo. Por otra parte, puede mencionarse ejemplos del criterio de exclusión como, quimioterapia previa a CMm o RL y cirugía mayor.
Esquemas del protocolo
El protocolo esta constituido por una serie de estapas, las cuales son enrolamiento o screening, visita baseline, visitas por ciclo, visita final, visitas de seguimiento, finalmente, visita de sobrevida. El esquema a llevar a cabo durante la realización del protocolo se muestra a continuación.
Esquema 4: realización de un protocolo
Sreening y evaluaciones iniciales
Durante esta fase del tratamiento se debe obtener la firma del consentimiento informado de todos los pacientes antes de cualquier procedimiento específico del estudio. El investigador deberá confirmar la elegibilidad del paciente según los criterios de inclusión y exclusión del estudio. Las evaluaciones de screening y la visita de evaluación basal deberán realizarse dentro de los 28 días de la primera infusión del medicamento en evaluación. Los pacientes que no reúnan los criterios de elegibilidad no serán enrolados. Una vez que se haya confirmado la elegibilidad del paciente, se le asignará un número de enrolamiento, para el protocolo ejemplificado, mediante el sitio web del eCRF
Fases del tratamiento
En cada ciclo, se registran datos en el eCRF, los cuales consisten en análisis clínicos del paciente enrolado. Puede mencionarse a modo de ejemplo, algunos datos requeridos como peso, PA y análisis de orina. Se informa regularmente la evaluación de la respuesta al tratamiento según el estándar de atención. Se deberá monitoriar los siguientes ítems en forma continúa y, en cada ciclo, se registran los datos en el eCRF.
• EAs, eventos adversos.
• EAs de interés especial
• Medicación y terapia concomitante
Final del tratamiento
El final del tratamiento, con el componente A, el cual puede aplicarse cualquier otro medicamento en fase de evaluación, finalizará cuando se presente alguno de los siguientes:
• Se diagnostique progresión de la enfermedad
• Se presente toxicidad inaceptable en opinión del investigador o del paciente
• El paciente abandone el estudio prematuramente
• Se llegue al final del estudio.
• Si el paciente suspendiera el medicamento en fase de evaluación debido a toxicidad inaceptable o por cualquier otro motivo antes de la progresión de la enfermedad, pero continuara con quimioterapia, ingresará a la fase de seguimiento.
Confidencialidad de los registros
Cada uno de los datos que se obtienen sobre los pacientes durante la realización del protocolo son confidenciales. Por ejemplo, la información recabada en el formulario de información y autorización para la recolección de datos de la pareja embarazada es confidencial dentro de los límites permitidos por la ley vigente en la República Argentina de Protección de Datos personales Nº 25326. Si bien los datos no serán revelados, las autoridades sanitarias, ANMAT y el Comité Independiente de Ética para ensayos en Farmacología Clínica, pueden examinar estos datos para asegurar que el estudio sea realizado apropiadamente.
Regulación para OGM
Cuando de organismos transgénicos (OGM) se trata, en Argentina se requiere de su evaluación satisfactoria por distintas entidades públicas:
• la CONABIA (Comisión Nacional de Biotecnología Agropecuaria) evalúa la inocuidad del OGM para el medio ambiente;
• el SENASA (Servicio Nacional de Sanidad y Calidad Agroalimentaria) evalúa su inocuidad alimentaria,
• la DNMA (Dirección Nacional de Mercados Agroalimentarios), evalúa el impacto que la comercialización del OGM en estudio tendrá sobre los mercados internos y externos.
Además, si el producto será usado como medicamento, también debe evaluarse mediante ensayos clínicos en el marco de la ANMAT, como se mencionó previamente.
De esta forma se garantiza que el producto llegue a la población de una manera correcta y aprovechable.
Regulación de biosimilares en la Argentina
En este momento muchas patentes sobre proteínas recombinantes y otros productos biotecnológicos han expirado o están próximos a hacerlo. En estas condiciones legales surgen productos no innovadores o biosimilares, es decir, se pretenden generar productos similares a los innovadores de referencia. Los biosimilares intentan tener el mismo mecanismo de acción y buscan ser utilizados para la misma indicación terapéutica del biofármaco original. Es crítico considerar que, la producción de proteínas recombinantes no es idéntica en un sistema de expresión diferente, aún si el mismo está enteramente emparentado. Las normas y regulaciones sujetas a aprobación los productos no innovadores deberían construirse sobre la base de una consciencia sobre las potenciales diferencias entre ambos productos biotecnológicos.
Existen numerosas razones por las cuales un biosimilar no puede ser aprobado sin determinar su similaridad, rigurosidad y calidad. Un biosimilar no puede ser considerado biogenérico, en analogía con los productos de síntesis química. Estas razones se enuncian a continuación.
• Existe una gran dificultad o una imposibilidad en la generación de una proteína como réplica de otra en condiciones similares pero no idénticas. De hecho dentro de un mismo lote, es posible que se encuentren muestras que difieran de otras. No es posible, en condiciones de semejanza garantizar la identidad en la estructura química, la estabilidad, farmacocinética, la farmacodinámica, la biodisponibilidad y bioequivalencia, debido al gran tamaño molecular de las proteínas y al proceso de manufactura.
• Los métodos tradicionales de análisis químico no son suficientes para determinar la similitud en la identidad de las proteínas. Las alteraciones que pueden sufrir son diversas, por ejemplo, alteraciones en los enlaces no covalentes, en los enlaces no covalentes: hidrólisis, deaminación, formación de iminas, racemización (formas tridimensionales diferentes) mediante una oxidación, intercambio de bisulfitos, isomerización (diferentes posiciones en le espacio) y fotodescomposición.
• Secuencia de aminoácidos, glicosilación, pureza, excipientes, estabilidad, dosis y vias de administración, intervalos de dosis, sistema inmune del huésped y el almacenaje.
• La potencial inmunogenicidad no evaluada en los productos no innovadores
Las modificaciones en el producto no innovador que lo diferencian del producto innovador de referencia pueden conducir a consecuencias graves en la acción terapéutica del mismo, la principal desventaja que presentan los biosimilares es su potencial efecto inmunogénico, el cual debería ser evaluado mediante ensayos en humanos. El efecto inmunogénico implica la formación de anticuerpos dirigidos contra el mismo producto biológico o proteínas propias del paciente.
La ruta de administración, también puede provocar inmunogenicidad. La vía intravenosa produce menos inmunogenicidad que la ruta intramuscular o subcutánea. También la calidad del producto puede dispara la generación de anticuerpos. Se reportó inmunogenicidad en un producto por presentar grumos, mientras que el producto soluble, no. La inmunogenicidad, también está asociada al estado de salud del paciente.
La principal implicancia en la inmunogenicidad es la incapacidad de determinarla sin investigación clínica, por lo cual no puede rápidamente aprobarse el biosimilar, de esta manera se requiere disponer del recurso económico para llevar a cabo dichos estudios en humanos.
Posición de la Argentina frente a la regulación de los productos biosimilares.
El 25 de junio de 1999, la ANMAT promulgó la Disposición 3185/99, tomando parcialmente en consideración las recomendaciones de WHO-96 y contemplando comenzar con un listado de drogas críticas seleccionadas por prioridades.
El producto de referencia natural es el innovador y, en su efecto, el establecido por la autoridad sanitaria. La ANMAT disiente en algunos de los criterios armonizados (WHO-96), como por ejemplo, el hecho de que se exonera de estudios de bioequivalencia in vivo, a todos los productos orales bajo la forma de comprimidos y cápsulas de liberación simple, consideradas "sin riesgo sanitario significativo". Asimismo, a todos los productos de aplicación tópica (ótica, oftálmica, nasal, dermatológica, inhalaciones / aerosoles nasales) cuando tengan esencialmente los mismos excipientes que el producto de referencia, pero definiendo que dos excipientes son esencialmente los mismos, si cumplen la misma función en la formulación del producto (dispersante, agregante, espesante), 'aunque no tengan la misma molécula'.
Regulación de los biosimilares por los organismos Internacionales
En la actualidad, no todos los países de Latinoamérica tienen legislaciones robustas sobre la regulación de los biosimilares o quizá como Argentina solo comparten parcialmente con criterios establecidos. Por ello, es de suma importancia, tomar como referente a aquellos países que se han adelantado en la redacción de normas y se encuentran en mayor medida consolidados en esta dinámica. La FDA; la EMEA, European Mediacal Agency; la OPS/OMS, Organización Panamericana de la Salud en conjunción con la Organización Mundial de Salud y FIFARMA, Federación Latinoamericana de la Industria Farmacéutica, son aquellas organizaciones que han desarrollado su propio sistema de legislación.
FIFARMA ha dado a conocer su posición acerca del modo de aprobación de los productos no innovadores, los biosimilares. Su posición es conciente y responsable, ya que considera con gran claridad las condiciones de regularización en América Latina. Su posición fue especificada en el Documento Oficial de posición de la Federación Latinoamericana de la Industria Farmacéutica (FIFARMA), en marzo del 2006. Se menciona en dicho documento, que no promueven la aprobación de los biosimilares del mismo modo a como se realiza con los genéricos para medicamentos de síntesis química. Se requieren estudios clínicos para establecer la eficacia y seguridad de los productos farmacéuticos biológicos, incluso si afirman igualdad en composición, manufactura y control. Expone, además, que la ausencia de un sistema de farmacovigilancia en la mayoría de los países de Latinoamérica es una razón más para evitar incorporar al mercado los mencionados productos, ya que, los mismos no serán estudiados en el tiempo posterior a su comercialización. No obstante, esta situación no es la que se presenta en nuestro país. La farmacovigilancia es llevada a cabo por el ANMAT y los laboratorios de alto prestigio incluyen sistemas de farmacovigilancia propios, como es el caso de Roche.
Criterios propuestos por la OPS
La OPS ha propuesto una serie de criterios científicos para la determinación de la bioquivalencia, de acuerdo a "Multisource (generic) pharmaceutical products: Guidelines on registration requirements to establish interchangeability", WHO Technical Report Series, Nº 863, 1996 (WHO-96). Asimismo, la OPS realizó una Reunión de Consulta de Expertos en Bioequivalencia de Productos Farmacéuticos en Caracas, 13-15 de enero de 1999 (REBQ-Caracas 99) con el objetivo de orientar la implementación de normativas de bioequivalencia armonizadas en nuestros países y patrocinó la 2ª Conferencia Panamericana sobre Armonización de la Reglamentación Farmacéutica, que tomó las conclusiones y recomendaciones de la REBQ-Caracas 99.
A nivel mundial han sido estandarizadas metodologías clínicas, bioanalíticas y estadísticas usuales de estos estudios. Para el análisis del nivel seguridad en un estudio de bioequivalencia, los voluntarios saludables son expuestos en dosis únicas seguidas de un período de lavado entre ellas (caso general) o regímenes múltiples con el mínimo de dosificaciones que sea posible, a una droga que no hubiese sido aprobada por las Autoridades Regulatorias para ser usada en humanos. Además, se explicita la necesidad de estudios bioanalíticos, que requiere la recolección de muestras de sangre u orina; la infraestructura humana necesaria, es decir, los investigadores y el resto del personal que compone un esquema de trabajo para el protocolo. Estos estudios deben ser efectuados de acuerdo con las Buenas Prácticas Clínicas. Además, se menciona el requerimiento de infraestructura material para el componente bioanalítico, el cual debe cumplir las GMP para asegurar la valides de los estudios realizados. Por otra parte, se menciona la necesidad de infraestructura material para el componente estadístico, el cual consiste en los materiales requeridos para la evaluación estadística de los datos recolectados. Finalmente, se menciona acerca de los procedimientos de inspección y de auditoría, los cuales controlan el cumplimiento de los protocolos, la selección de los sujetos, la verificación del cumplimiento del diseño cruzado (u otro) previsto en el protocolo y de la administración de los productos de acuerdo a los lotes seleccionados para el estudio, la recolección, manipulación y almacenamiento de las muestras biológicas y la validación de los métodos analíticos y los procedimientos.
a Nivel Industrial en la Argentina
INTRODUCCION
Las proteínas recombinantes son aquellas proteínas producidas en el laboratorio mediante ingeniería genética en células distintas a las que se producen en la naturaleza. Las ventajas que presentan son varias:
• Obtención de proteínas de distintos orígenes, en organismos fácilmente cultivables.
• Obtención de grandes cantidades del producto, de una forma más fácil y reproducible, en comparación con el obtenido por extracción a partir de su fuente natural.
• Obtención de productos libres de patógenos y otros riesgos potenciales. Esto es particularmente importante en el caso de los productos farmacéuticos. Por ejemplo, los factores de coagulación o la hormona de crecimiento pueden administrarse libres de contaminación como proteínas recombinantes, en lugar de proteínas purificadas de sangre e hipófisis humanas, respectivamente.
• Pueden producirse proteínas que no existen en la naturaleza, como los anticuerpos de cadena simple, útiles en el diagnóstico y tratamiento de algunas enfermedades.
Prácticamente todas las enzimas que se emplean en la industria (farmacéutica, alimenticia, textil, papel, química, detergentes, etc.) son recombinantes. Si bien muchas de ellas son microbianas, resulta más fácil y reproducible su obtención a partir de microbios conocidos en profundidad y fácilmente cultivables. Entre los sistemas utilizados para la producción de las proteínas recombinantes se encuentran Escherischia coli , células de ovario de hámster chino CHO , líneas celulares de riñón de hámster bebe y Sacharomyces cerevisiae , siendo el más elegido para la producción de fármacos en uso humano la expresión en células eucariotas, como las levaduras y CHO, debido a la necesidad del procesamiento postraduccionales ( por ejemplo, glicosilaciones).
Además existen sistemas alternativos que podrían abaratar los costos de producción, como las plantas y los animales transgénicos, pero estos están aún en etapas de desarrollo o evaluación.
El área con mayor impacto es la de biofármacos, debido a la posibilidad de producir de manera más eficiente medicamentos para un gran número de enfermedades (diabetes, cáncer, insuficiencias cardiovasculares, hemofilia, etc).
El primer biofármaco (o medicamento biológico) apareció en 1982. Era la insulina recombinante humana, producida en las instalaciones del laboratorio Eli Lilly, en Indianápolis, Estados Unidos. El gen de la insulina humana fue introducido en una bacteria que produjo la misma sustancia que elabora el páncreas, y así se benefició a millones de diabéticos de todo el mundo.
Comparado con las drogas químicas pequeñas, las proteínas tienen alta especificidad y actividad en concentraciones relativamente bajas.
Actualmente, más de 350 biofármacos están siendo probados para el tratamiento de más de 150 enfermedades y se estima que para el año 2012 los medicamentos biotecnológicos representarán el 12% del total de las ventas mundiales de medicamentos de prescripción.
Para asegurar la consistencia en las características de los productos finales, y los perfiles de seguridad y eficacia, tanto la fuente del material, los procesos de manufactura, la formulación así como las condiciones de almacenaje deben ser cuidadosamente seguidas y controladas, cumpliendo las exigencias GMP específicas para los productos biotecnológicos. Para tal fin existen organismos encargados de hacer cumplir dichas normas, en la Argentina esta tarea la lleva a cabo la ANMAT (Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología médica) a través de su dependencia el INAME (Instituto Nacional de Medicamentos).
CAPITULO 1: Qué es una proteína recombinante
Las proteínas recombinantes son aquellas proteínas producidas en el laboratorio mediante ingeniería genética en células distintas a las que se producen en la naturaleza, por ejemplo insulina humana producida en E. coli. Se aplican en uso médico, veterinario e industrial, siendo las más promocionadas las aplicadas en medicina clasificadas como Biofármacos con base a proteína.
Los Biofármacos son medicamentos de origen biológico, o sea producidos a partir de un ser vivo, pueden tener base a proteína o ácido nucleico. Los de base a proteína son de alta similitud o iguales a proteínas humanas, siendo más complejos y lábiles que gran parte de los medicamentos compuestos de pequeñas moléculas (fármacos de síntesis química).
Otro elemento distintivo de los productos con base a proteínas es que en la mayoría de los casos son difíciles de caracterizar. La proteína más básica y simple es compleja en sí misma, y hay estructuras moleculares de las proteínas que no pueden ser diferenciadas con la tecnología disponible hoy en día. Por este motivo la producción de medicamentos biológicos genéricos (Biogenéricos) suele ser más difícil que la producción de medicamentos de síntesis química.
Las proteínas recombinantes humanas revolucionaron el tratamiento de diversas enfermedades, como por ejemplo diabetes, hepatitis, cáncer.
El ejemplo más conocido de proteína recombinante ( debido a su uso por parte del jugador de futbol Lionel Messí) es la hormona de crecimiento humano, una sustancia que la hipófisis produce en forma natural, pero que en algunas personas está disminuida y causa diversas alteraciones y enfermedades. Una de ellas, baja estatura.
Como ya se menciono, igualmente existen proteínas recombinantes aplicadas a otras áreas fuera del área terapéutica, como por ejemplo área alimenticia, investigación y diagnóstico
CAPITULO 2: Sectores en la empresa - Pasos hasta el producto final
La empresa.
La empresa debe contar con departamentos o áreas coordinadas y especializadas para el desarrollo de proteínas recombinantes.
Es muy importante contar con una Dirección de Desarrollo Tecnológico (DDT) con la misión de convertir resultados científicos en productos finales y/o tecnologías. El proceso completo de desarrollo abarca desde el establecimiento de las tecnologías a nivel de laboratorio con todos los parámetros de calidad requeridos, hasta su escalado y producción de lotes. Todo este proceso debe ser planeado metodológicamente en una dirección integrada de proyectos, que garantice una correcta planificación de los objetivos y una revisión sistemática de su avance. En esta Dirección se combinan las normas de buenas prácticas de laboratorio y buenas prácticas de producción sustentadas en un sistema de calidad documentado que garantiza la máxima calidad y seguridad de los productos y tecnologías que se desarrollan.
Se debe contar con laboratorios especializados en microbiología, fermentación de microorganismos, purificación de biomoléculas, formulación, métodos analíticos y sector de producción de lotes además de un personal formado por científicos y tecnólogos con experiencia en diversas áreas de la biotecnología, farmacia, bioquímica, biología entre otros, para desarrollar temas que incluyen modificación genética de microorganismos, fermentación de bacterias, purificación de proteínas, formulación y pruebas de estabilidad y desarrollo de técnicas analíticas.
Se debe evaluar periódicamente la influencia de los aditivos y del material de empaque en la actividad biológica del principio activo, de los excipientes para la estabilización de un producto, estudiar la estabilidad acelerada de un producto y la estabilidad en tiempo real, el diseño de nuevos envases primario y secundario para los productos en fase de estudios clínicos.
Esta actividad permite lograr presentaciones para los productos que le confieren, entre otros, facilidad y seguridad de administración, alto valor agregado y así un alto nivel competitivo.
El Departamento de Aseguramiento de la Calidad debe garantizar que se lleven a cabo las acciones planificadas y sistemáticas que son necesarias para proporcionar la confianza de que los productos y servicios cumplen los requisitos de calidad establecidos. Debe controlar el cumplimiento de las Buenas Prácticas de Producción (BPP), Buenas Prácticas de Laboratorio (BPL) y Buenas Prácticas Clínicas (BPC). Las siglas en inglés son GPP, GLP y GCP, respectivamente.
El Departamento de Regulaciones debe tener a su cargo la confección de los expedientes de registro de todos los productos de la empresa y los trámites correspondientes a nuevos registros, renovaciones, autorizaciones de ensayos clínicos y modificaciones de registros ante las autoridades reguladoras del país de producción y otros países. Debe participar en la etapa de desarrollo de nuevos productos y en la evaluación de los cambios, asesorando desde el punto de vista de las regulaciones vigentes. Para esos propósitos recibe información e interactúa con otras áreas de la institución.
Tratamiento de efluentes y residuos de laboratorio
En el laboratorio se manejan gran cantidad de productos y se efectúan diversas operaciones que generan residuos, en la mayoría de los casos peligrosos para la salud y el medio ambiente.
Unas adecuadas condiciones de trabajo en el laboratorio implican inevitablemente el control, tratamiento y eliminación de los residuos generados en el mismo, por lo que su gestión es un aspecto imprescindible en la organización de todo laboratorio.
Residuos biológicos y orgánicos deben almacenarse en recipientes específicos convenientemente señalizados y retirarse siguiendo procesos preestablecidos y validados. Normalmente se esterilizan y se incineran. Debe controlarse la temperatura y la posible toxicidad de los humos producidos. La instalación de un incinerador sólo está justificada por un volumen importante de residuos a incinerar o por una especial peligrosidad de los mismos. En ciertos casos se pueden emplear las propias calderas disponibles en los edificios.
La gestión es el conjunto de actividades encaminadas a dar a los residuos tóxicos y peligrosos el destino final más adecuado de acuerdo con sus características; comprende las operaciones de recolección, clasificación, almacenamiento, transporte, tratamiento, recuperación y eliminación.
La adecuada gestión de los residuos en el laboratorio no es solamente una necesidad con el objeto de mejorar las condiciones de trabajo sino que constituye una pieza fundamental en la aplicación de criterios de calidad y gestión ambiental, siendo también una de las exigencias de aplicación de las buenas prácticas (BPL o GLP). A primera vista todo ello implica un costo, pero es evidente que repercute positivamente en la gestión del laboratorio, siendo rentable a mediano plazo.
Existe un grupo de residuos que están afectados por disposiciones legales específicas, como son los residuos radiactivos, los residuos cancerígenos y los residuos biológicos. Ello implica que dichos residuos deben tener una identificación propia que permita reconocerlos claramente y gestionarlos de manera diferenciada de acuerdo con las prescripciones legislativas específicas.
Proceso de producción de una proteína recombinante en bacterias (E. Coli).
Estrategias de diseño de procesos
Al diseñar un proceso se deben tener en cuenta varios ítems:
A- Conocer las propiedades físicas y químicas básicas del principio activo y características del producto final, como definir pureza requerida.
El uso determina la pureza. Para agentes terapéuticos se requiere un alto grado de pureza del principio activo. Se tolera un máximo de 100 ppm de impurezas ó de 10 pg/dosis, además de estar libre de pirógenos.
B- Definir perfectamente el material de partida. Muchas veces la metodología de purificación condiciona etapas de producción. Por ejemplo, pueden existir componentes del medio de cultivo que posean sustancias muy similares al producto final que, por lo tanto, interfieren en la purificación del mismo. En este caso se debe eliminar ese componente del medio de cultivo.
C- Trazar diferentes esquemas tentativos de separación y purificación y llevarlos a etapas de laboratorio y piloto.
Algunas reglas que se siguen para esto son:
a. Elegir etapas sucesivas de procesos basados en diferentes propiedades fisicoquímicas.
b. Separar las impurezas de mayor proporción en las primeras etapas.
c. Luego de concentrar, usar en las primeras etapas de purificación un método con mayor resolución. Estos poseen un alto rendimiento aunque no brinden la mayor pureza. En cierta medida lo que se hace es seguir concentrando para reducir la cantidad de muestra (volumen) a tratar en las etapas posteriores.
d. Dejar el proceso más complejo (y por lo general más caro) para el final.
Desarrollo y obtención de la cepa por ingeniería genética.
Para el desarrollo del proceso y la obtención del producto, una vez que se ha comprobado la función del principio activo y que posee un potencial comercial, el siguiente paso es diseñar un proceso a nivel de laboratorio para determinar las mejores condiciones para el cultivo con el objetivo de alcanzar una alta productividad que haga rentable al proceso.
A nivel laboratorio las formas más sencillas y productivas que actualmente se utilizan son las del crecimiento de un microorganismo que genere el producto de interés.
Contando con la información de la secuencia del factor de interés, por medio de ingeniería genética se puede hacer que el gen o parte del mismo se exprese en un sistema bacteriano. De los sistemas más usualmente utilizados se encuentra el de Escherichia coli. El gen codificante para la proteína químicamente sintetizado se inserta en el vector controlada por el promotor, obteniéndose el plásmido.
Con la elección de cepa y vector se busca expresar la proteína en el medio facilitando enormemente la extracción y purificación, no son muchos los sistemas que trabajan de esta manera y sean altamente eficientes. De no ser posible esto la preferencia es la expresión de la proteína en su forma soluble o en última instancia, formando cuerpos de inclusión. La elección del vector no solo se basa en la capacidad de expresar las proteínas en el destino deseado sino que también sea un sistema económico para inducir.
Igualmente, depende de que producto se desea obtener.
La empresa.
La empresa debe contar con departamentos o áreas coordinadas y especializadas para el desarrollo de proteínas recombinantes.
Es muy importante contar con una Dirección de Desarrollo Tecnológico (DDT) con la misión de convertir resultados científicos en productos finales y/o tecnologías. El proceso completo de desarrollo abarca desde el establecimiento de las tecnologías a nivel de laboratorio con todos los parámetros de calidad requeridos, hasta su escalado y producción de lotes. Todo este proceso debe ser planeado metodológicamente en una dirección integrada de proyectos, que garantice una correcta planificación de los objetivos y una revisión sistemática de su avance. En esta Dirección se combinan las normas de buenas prácticas de laboratorio y buenas prácticas de producción sustentadas en un sistema de calidad documentado que garantiza la máxima calidad y seguridad de los productos y tecnologías que se desarrollan.
Se debe contar con laboratorios especializados en microbiología, fermentación de microorganismos, purificación de biomoléculas, formulación, métodos analíticos y sector de producción de lotes además de un personal formado por científicos y tecnólogos con experiencia en diversas áreas de la biotecnología, farmacia, bioquímica, biología entre otros, para desarrollar temas que incluyen modificación genética de microorganismos, fermentación de bacterias, purificación de proteínas, formulación y pruebas de estabilidad y desarrollo de técnicas analíticas.
Se debe evaluar periódicamente la influencia de los aditivos y del material de empaque en la actividad biológica del principio activo, de los excipientes para la estabilización de un producto, estudiar la estabilidad acelerada de un producto y la estabilidad en tiempo real, el diseño de nuevos envases primario y secundario para los productos en fase de estudios clínicos.
Esta actividad permite lograr presentaciones para los productos que le confieren, entre otros, facilidad y seguridad de administración, alto valor agregado y así un alto nivel competitivo.
El Departamento de Aseguramiento de la Calidad debe garantizar que se lleven a cabo las acciones planificadas y sistemáticas que son necesarias para proporcionar la confianza de que los productos y servicios cumplen los requisitos de calidad establecidos. Debe controlar el cumplimiento de las Buenas Prácticas de Producción (BPP), Buenas Prácticas de Laboratorio (BPL) y Buenas Prácticas Clínicas (BPC). Las siglas en inglés son GPP, GLP y GCP, respectivamente.
El Departamento de Regulaciones debe tener a su cargo la confección de los expedientes de registro de todos los productos de la empresa y los trámites correspondientes a nuevos registros, renovaciones, autorizaciones de ensayos clínicos y modificaciones de registros ante las autoridades reguladoras del país de producción y otros países. Debe participar en la etapa de desarrollo de nuevos productos y en la evaluación de los cambios, asesorando desde el punto de vista de las regulaciones vigentes. Para esos propósitos recibe información e interactúa con otras áreas de la institución.
Tratamiento de efluentes y residuos de laboratorio
En el laboratorio se manejan gran cantidad de productos y se efectúan diversas operaciones que generan residuos, en la mayoría de los casos peligrosos para la salud y el medio ambiente.
Unas adecuadas condiciones de trabajo en el laboratorio implican inevitablemente el control, tratamiento y eliminación de los residuos generados en el mismo, por lo que su gestión es un aspecto imprescindible en la organización de todo laboratorio.
Residuos biológicos y orgánicos deben almacenarse en recipientes específicos convenientemente señalizados y retirarse siguiendo procesos preestablecidos y validados. Normalmente se esterilizan y se incineran. Debe controlarse la temperatura y la posible toxicidad de los humos producidos. La instalación de un incinerador sólo está justificada por un volumen importante de residuos a incinerar o por una especial peligrosidad de los mismos. En ciertos casos se pueden emplear las propias calderas disponibles en los edificios.
La gestión es el conjunto de actividades encaminadas a dar a los residuos tóxicos y peligrosos el destino final más adecuado de acuerdo con sus características; comprende las operaciones de recolección, clasificación, almacenamiento, transporte, tratamiento, recuperación y eliminación.
La adecuada gestión de los residuos en el laboratorio no es solamente una necesidad con el objeto de mejorar las condiciones de trabajo sino que constituye una pieza fundamental en la aplicación de criterios de calidad y gestión ambiental, siendo también una de las exigencias de aplicación de las buenas prácticas (BPL o GLP). A primera vista todo ello implica un costo, pero es evidente que repercute positivamente en la gestión del laboratorio, siendo rentable a mediano plazo.
Existe un grupo de residuos que están afectados por disposiciones legales específicas, como son los residuos radiactivos, los residuos cancerígenos y los residuos biológicos. Ello implica que dichos residuos deben tener una identificación propia que permita reconocerlos claramente y gestionarlos de manera diferenciada de acuerdo con las prescripciones legislativas específicas.
Proceso de producción de una proteína recombinante en bacterias (E. Coli).
Estrategias de diseño de procesos
Al diseñar un proceso se deben tener en cuenta varios ítems:
A- Conocer las propiedades físicas y químicas básicas del principio activo y características del producto final, como definir pureza requerida.
El uso determina la pureza. Para agentes terapéuticos se requiere un alto grado de pureza del principio activo. Se tolera un máximo de 100 ppm de impurezas ó de 10 pg/dosis, además de estar libre de pirógenos.
B- Definir perfectamente el material de partida. Muchas veces la metodología de purificación condiciona etapas de producción. Por ejemplo, pueden existir componentes del medio de cultivo que posean sustancias muy similares al producto final que, por lo tanto, interfieren en la purificación del mismo. En este caso se debe eliminar ese componente del medio de cultivo.
C- Trazar diferentes esquemas tentativos de separación y purificación y llevarlos a etapas de laboratorio y piloto.
Algunas reglas que se siguen para esto son:
a. Elegir etapas sucesivas de procesos basados en diferentes propiedades fisicoquímicas.
b. Separar las impurezas de mayor proporción en las primeras etapas.
c. Luego de concentrar, usar en las primeras etapas de purificación un método con mayor resolución. Estos poseen un alto rendimiento aunque no brinden la mayor pureza. En cierta medida lo que se hace es seguir concentrando para reducir la cantidad de muestra (volumen) a tratar en las etapas posteriores.
d. Dejar el proceso más complejo (y por lo general más caro) para el final.
Desarrollo y obtención de la cepa por ingeniería genética.
Para el desarrollo del proceso y la obtención del producto, una vez que se ha comprobado la función del principio activo y que posee un potencial comercial, el siguiente paso es diseñar un proceso a nivel de laboratorio para determinar las mejores condiciones para el cultivo con el objetivo de alcanzar una alta productividad que haga rentable al proceso.
A nivel laboratorio las formas más sencillas y productivas que actualmente se utilizan son las del crecimiento de un microorganismo que genere el producto de interés.
Contando con la información de la secuencia del factor de interés, por medio de ingeniería genética se puede hacer que el gen o parte del mismo se exprese en un sistema bacteriano. De los sistemas más usualmente utilizados se encuentra el de Escherichia coli. El gen codificante para la proteína químicamente sintetizado se inserta en el vector controlada por el promotor, obteniéndose el plásmido.
Con la elección de cepa y vector se busca expresar la proteína en el medio facilitando enormemente la extracción y purificación, no son muchos los sistemas que trabajan de esta manera y sean altamente eficientes. De no ser posible esto la preferencia es la expresión de la proteína en su forma soluble o en última instancia, formando cuerpos de inclusión. La elección del vector no solo se basa en la capacidad de expresar las proteínas en el destino deseado sino que también sea un sistema económico para inducir.
Igualmente, depende de que producto se desea obtener.
Esquema 1. Pasos generales más comunes a realizar en ingeniería genética para obtener una cepa productora.
La síntesis del gen
Se realiza por el método de reacción en cadena de la polimerasa conocido como PCR, en donde el ADN del gen de interés se amplifica por medio de la acción de una polimerasa como puede ser la Taq polimerasa.
- Extracción de cualquier vector de una célula
El procedimiento suele ser, lisar la célula con detergentes y quelantes de Ca y Mg para romper y desestabilizar la membrana, respectivamente. La centrifugación separa los cuerpos más grandes de los pequeños, el uso de solventes orgánicos (como el ácido tricloroacético), de proteasas y RNAsas permite la separación de proteínas y ARN del ADN. El uso de una base fuerte (NaOH) permite la desnaturalización del ADN y luego el cambio brusco de pH permite que los ADNs de menor peso (el del vector) se renaturalicen rápidamente mientras que los de mayor peso forman agregados (ADN bacteriano) lo que luego por centrifugación se logra la separación de ambas ADN. Todos los procesos se llevan a cabo en sistemas donde están regulados el pH, concentraciones de cofactores para el funcionamiento de las enzimas, la temperatura, la presión osmótica y la fuerza iónica.
- Digestión enzimática con enzimas de restricción
En este paso conociendo la secuencia del inserto y que los vectores tienen un sitio de restricción se elige con que enzimas digerir para que luego la unión inserto y el vector sea óptima.
- Unión inserto vector (ligación)
Obtenidos los cortes de restricción en este paso se utiliza la parte de la maquinaria de síntesis de ADN que se encarga de unir las bases. La encargada de este proceso es la enzima ligasa.
- Transformación
En este paso a las bacterias se les introduce el vector con el inserto, para ello las bacterias se las vuelve competentes, es decir que pueden captar ADN del medio, en este caso el del vector. Esto se logra utilizando energía eléctrica (electroporación) o lavados con soluciones de Ca o Mg, estos procesos tienen como objetivo crear poros parciales en las membranas para permitir el paso del vector.
- Búsqueda de los clones positivos (screening)
Es el proceso por el cual se buscan los clones que han incorporado el vector con el inserto para realizar su separación de los que no lo han incorporado.
Controles durante la obtención de la cepa recombinante
Al menos se deben realizar los siguientes controles:
- La Presencia del plásmido o vector por medio de gel en condiciones desnaturalizantes (SDS-PAGE). Si al correr el gel se observa que la banda de la muestra es distinta al del vector original, es indicación de que el vector fue modificado. Al introducir el inserto y hacer el SDS-PAGE los vectores corren distintos.
- Durante la digestión enzimática se observa hasta que punto llegó la digestión del vector por medio de un gel en condiciones nativas. En estas condiciones el vector genera tres bandas que corresponde a su forma lineal (corre más rápido) que se encuentra primero (desde abajo hacia arriba del gel) le sigue su forma enrollada pero con cortes que le quitan tensión a la molécula, y por último el vector sin cortes en su forma plegada. Si la digestión fue bien realizada en el caso de utilizar dos enzimas de restricción, en el gel se deberá observar dos bandas, correspondientes a dos ADNs lineales, una al fragmento más pequeño en donde se liberan lo sitios de restricción y la otra al resto de la molécula del vector. En el caso de utilizar una sola enzima se deberá observar la banda correspondiente al vector lineal.
- En el proceso de unión vector-gen sintético, se verifica que porcentaje se ha alcanzado. Solo sobreviven en el medio de cultivo con antibiótico las bacterias que hayan incorporado el vector ligado ya que de lo contrario morirán por no poder generan la resistencia que llevan (el DNA lineal no puede ser transcripto).
En la selección, las células transformadas se someten a un cultivo con antibiótico si sobreviven es porque incorporaron el vector de lo contrario mueren debido a que el vector lleva la resistencia al antibiótico. Generalmente los vectores tienen un segundo sistema de diferenciación en donde se inserta el gen en estudio esto le da cierta característica a la colonia que incorporaron el gen-sintético. Uno de los sistemas más comunes es el de gen lacZ que hace que las colonias se vean azules y las que recibieron el plásmido junto con el gen sintético se ven blancas debido a que el gen fue cortado por la secuencia del inserto.
Investigación y desarrollo de las condiciones para el cultivo
Una vez obtenida la cepa productora, en el caso del estudio elegido E. coli con el vector, se procede al estudio de las mejores condiciones del cultivo para la producción de la proteína.
A nivel laboratorio
- Cultivo continuo.
En un primer paso se utiliza el cultivo continuo para determinar las características fisiológicas de la cepa como la velocidad de crecimiento y como varía su producción según la fuente de sustrato, que factores de crecimiento son necesarios, y cuales son las condiciones óptimas de pH y temperatura, entre las características más importantes.
Con este sistema se puede mantener constante la velocidad de crecimiento variando la composición del medio y parámetros del cultivo o viceversa.
Inconvenientes.
• Inestabilidad genética de la cepa, pérdida de plásmidos.
• Alta probabilidad de contaminación.
• Dificultad en establecer estado estacionario.
Debido a esto en la industria muchas veces se recurre a datos bibliográficos de esta manera se evita la inversión en investigación.
- Cultivo batch alimentado.
Determinados los estudios en el cultivo continuo se procede a utilizar un cultivo batch alimentado. Este cultivo se inicia a partir de un cultivo en batch. Aquí un cultivo en batch se alimenta continuamente con medio nutritivo fresco. Si el nutriente que se alimenta es el limitante del crecimiento, esta técnica permite controlar la velocidad de crecimiento (μ) del microorganismo.
Es útil en procesos en los que el crecimiento celular y/o la formación de producto son sensibles a la concentración del sustrato limitante, o sea cuando el rendimiento celular o la productividad de biomasa o del producto es lo que interesa. Este método evita fenómenos de inhibición por sustrato.
Metodología de trabajo. (Las condiciones de cultivo pueden cambiar. Las que se expresan son a modo de ejemplo).
- Cultivo primario: 1mL del medio almacenado se cultivan en 30mL de medio suplementado con el antibiótico de selección en frascos 250mL. Incubado a 37ºC y 200 rpm durante 10 h.
- Cultivo secundario: 0.7mL del cultivo primario se cultivan en 70mL de medio de cultivo en frascos de 500mL, mismas condiciones que el cultivo primario durante 9h. 140 ml de cultivo se inoculan en 2.5L de medio de producción en un fermentador de 5L.
- Fermentación:
- pH: 7 regulado con 2M NaOH y 1M H2SO4,
- Temperatura: generalmente 37ºC,
- RPM: 600,
- Caudal de aireación: 4L/min,
- Oxígeno disuelto: aproximadamente 20% de la saturación del aire.
- Alimentación: fuente de carbono y energía (glucosa, glicerol, etc.)
- Controles:
- Determinación de la densidad celular por densidad óptica a 600nm (OD600). El peso seco se estima relacionado linealmente el peso seco y la OD600.
- La concentración de glucosa (o glicerol) se puede medir con ensayos enzimáticos utilizados en glucemia ( o triglicéridos).
- La concentración de fosfato se determina por un kit de diagnóstico basado en la reacción entre el fosfato y el amonio molibdato para formar ácido fosfomolibdico, que forma un complejo azul con sulfato amónico ferroso. Las proteínas en las muestras se precipitan con ácido tricloroacético antes de analizar el fosfato para evitar interferencia.
-La proteína recombinante producida se mide con el ensayo inmunoabsorbente ligado a enzima (ELISA) y rutinariamente medido por SDS-PAGE y Western Blot para determinar su presencia. Este último es cualitativo ya que sus valores son mayores comparado con el método ELISA que es más sensible (que es cuantitativo).
A nivel producción.
Escalado
Del proceso de laboratorio se debe pasar a los procesos de escalado piloto y producción.
- Escalado piloto: Se determinan las condiciones óptimas al ir escalando el proceso de laboratorio. Este paso es importante ya que aquí se validan los procesos por los entes reguladores y son los que se utilizarán para las condiciones de producciones mayores. También es necesario para corregir inconvenientes ya que en instalaciones mayores serían muy costosas.
Los posibles cambios de bioreactor son una posibilidad que en muchos casos se ve limitada en la empresa por el costo de los mismos. Si se considera el valor del producto final y la rentabilidad del mismo, la mejora productiva que puede acarrear el pasaje a otro bioreactor (o sistema en el mismo), se ve reflejado en una gran inversión.
- Producción: Una vez puesto a punto y validado el proceso de escalado piloto, se diseña la planta para una mayor producción. En este proceso se tienen los siguientes inconvenientes:
• Disminución del rendimiento
• Cambio de cinética
• Efecto de la esterilización
• Efecto del inóculo
• Problemas de transporte
Entre los criterios de escalado se encuentran:
• Mantener constante la potencia por volumen utilizada, P/V.
• Mantener constante el coeficiente volumétrico de transferencia de masa, kLa.
• Mantener constante la velocidad de la punta de las paletas del agitador, nd.
• Mantener constante el tiempo de mezclado.
- Purificación
Para la extracción de la preparación cruda del material de origen se utiliza una centrífuga de discos de tazón abierto, o se realiza una filtración que retenga partículas más pequeñas que no pude separar la centrífuga. Los dos son sistemas cerrados que evitan la formación de aerosoles, lo que los hacen ideal para el manejo de microorganismos patógenos o sustancias tóxicas.
Estos equipos deben contar con instalaciones que regulen y controlen los fenómenos de generación de calor, formación de aerosoles y de ruido.
La más grave limitación es el taponamiento (fouling) de las membranas, lo que disminuye el flujo.
El taponamiento irreversible puede ocurrir por las siguientes circunstancias
• Ciertas proteínas se adsorben a la superficie de la membrana.
• Los desechos celulares forman una fina capa sobre la membrana.
• Los compuestos químicos utilizados normalmente como antiespumantes en una fermentación pueden ocluir irreversiblemente los poros de las membranas.
Existen protocolos de ciclos de lavado para eliminar los depósitos sobre la superficie de las membranas dependiente del tipo de muestra y las características químicas de las membranas.
A medida que aumenta el diámetro de la partícula a separar, el costo de separación por centrifugación decrece mientras que para la filtración no se ve afectado. Con la filtración puede ser que las membranas no sean compatibles con el producto o no se pueda eliminar la interacción con los antiespumantes.
La centrifugación requiere un mayor capital inicial y poco de mantenimiento en cambio en los sistemas de filtración se requiere la compra de cartuchos de membranas periódicamente lo que se lleva el mayor capital.
Para la elección de estas técnicas se depende de la escala del proceso, cuando se requieren procesar volúmenes muy grandes la centrifugación se hace mucha más competitiva a la filtración. Pero en este caso se complementan.
En el caso de tratarse de una proteína con destino extracelular, los métodos antes descriptos serían suficientes para entrar en el siguiente paso de purificación, pero lo que ocurre con mayor frecuencia es que las proteínas recombinantes formen cuerpos de inclusión o en menor medida, encontrarse en el citoplasma, de forma soluble.
Si se trata de los últimos dos casos, es necesaria la lisis celular para liberar el material proteico.
A escala de laboratorio, esto se logra mediante ruptura con ultrasonido o lisis química. A gran escala lo más común es el uso de homogeneizadores por tener mayor capacidad. El material biológico se coloca bajo una fuerte presión hidrostática (alrededor de 500 atmósferas) y la presión se libera bruscamente permitiendo que el líquido salga por una válvula, lo que ocasiona la lisis celular.
Si la proteína es soluble, una vez que se han lisado las células, los restos celulares se retiran bien por centrifugación de gran capacidad a baja velocidad o por filtración en membrana. Al final se obtiene un líquido libre de células que es el que sufre los tratamientos posteriores para aislar y en su caso purificar el producto de interés.
Si la proteína será purificada a partir de los cuerpos de inclusión, el producto de interés es el precipitado de la solución lisada, tras la centrifugación. Este material luego debe ser resuspendido para su purificación.
La purificación final forma parte de las etapas más caras en la recuperación del producto implican el uso de métodos cromatográficos. Tales métodos son de especial valor para la purificación de materiales biológicos sensibles y encuentran un amplio uso en la preparación de materiales farmacéuticos, reactivos de diagnóstico y reactivos para investigación. Los distintos métodos cromatográficos que existen según su mecanismo de separación son: filtración en gel (peso molecular), cromatografía de adsorción (interacciones hidrofóbicas), cromatografía de intercambio iónico (carga), cromatografía de afinidad (actividad biológica) y electroenfoque (punto isoeléctrico).
Esquema general del proceso (microorganismo que genera el producto de interés)
Esquema 2: Procesos generales a desarrollar para la obtención de una proteína recombinante en bacterias
No solo el producto debe ser purificado sino también los insumos del proceso como también las instalaciones o sea contar con materias primas y elementos esterilizados libres de potenciales contaminantes del proceso. Los siguientes esquemas muestran posibles diseño para la esterilización de los insumos del reactor por medios de filtros.
- Parámetros de evaluación de la purificación.
Durante los procesos de purificación se llevan a cabo controles para determinar su eficiencia y determinar si los métodos utilizados son los óptimos. Este paso es el que determina el tipo de inversión a realizar.
Rendimiento: % = cantidad de producto después de la purificación x 100/cantidad de producto en el material de partida
Pureza: Actividad específica (AE) = cantidad de proteínas de interés /cantidad total de proteínas
Factor de purificación = AE luego de la purificación/AE antes de la purificación
Costo del producto = costo del material de partida + expensas /rendimiento
Expensas = f (costo de materiales de purificación, equipamiento, personal, etc.)
- Estabilización final del producto.
Los ensayos de estabilidad demuestran cómo cambian los productos farmacéuticos envasados y no envasados con el tiempo según las condiciones de temperatura, humedad y luz. Los datos obtenidos se emplean para establecer duración de almacenaje y las condiciones de almacenamiento de los productos.
- Secado del producto.
En este paso se utilizaría uno de los procesos más utilizados que es el liofilizado que consiste en deshidratar una sustancia congelándolo en un primer paso y luego eliminando el agua por vaporización mediante presiones bajas cercanas al vacío.
- Empaque.
Dependiendo el mercado a donde se dirija el producto el envase deberá cumplir con normas preestablecidas para asegurar el producto bajo ciertas condiciones de almacenaje además de la estética de la cual se encargará el Departamento de Marketing.
- Aseguramiento de la calidad.
Una vez terminado el proceso todo lote debe estar identificado junto con un certificado de calidad.
CAPITULO 3: Uso salud humana, uso alimenticio, uso agropecuario
Empresas biotecnológicas
Las empresas de biotecnología realizan procesos tanto en fases de investigación y desarrollo como en aplicaciones productivas. Entre sus productos se encuentran las proteínas recombinantes, a continuación separadas en tres áreas mayoritarias:
Producción agropecuaria:
- Inoculantes: producidos a partir de cepas de bacterias, destinados a aumentar la fertilidad de la producción agropecuaria.
- Biopesticidas y bioherbicidas
- Sanidad animal: vacunas y marcadores genéticos.
Ingredientes alimentarios para bioprocesamiento:
-Coadyuvantes tecnológicos: enzimas y cultivos.
Algunas enzimas recombinantes destinadas a la industria alimenticia son:
• quimosina que sustituye a la natural obtenida del estómago de terneros, y que se obtiene a partir de los hongos Kluyveromyces lactis y Aspergillus niger transformados genéticamente con genes de vacuno. Uso coagulación de las proteínas de la leche (caseína). Influencia en el sabor y aceleración de la maduración.
• α-amilasa obtenida a partir de Bacillus subtilis recombinante. Esta enzima licua el almidón y lo convierte en dextrina en la producción de jarabes. En la industria cervecera, favorece la retención de la humedad del producto y baja el contenido calórico del producto. Además mejora la calidad del pan disminuyendo la viscosidad de la pasta. Produce una miga muy blanca y mejora la coloración de la superficie.
• Pectinasas producidas por Aspergillus oryzae transformada con el gen de A. aculeatus. Permiten la clarificación de jugos concentrados al degradar las pectinas provenientes de restos de semillas.
• Glucosa oxidasa y catalasa obtenidas a partir de Aspergillus niger recombinantes. Estas enzimas se utilizan para eliminar azúcares de huevos y evitan que aparezcan olores anormales durante la deshidratación de los mismos.
• Lipasa obtenida en Aspergillus oryzae recombinante se utilizan en la fabricación de concentrados de aceites de pescado.
• Glucosa isomerasa proveniente de Streptomyces lividens al que se le ha inserto el gen de Actinoplanes. Permite obtener, a partir de glucosa, jarabes ricos en fructosa, con mayor poder endulzante.
• β-glucanasa producida por levaduras cerveceras recombinantes, que facilitan la filtración del producto.
Salud humana:
-Actividades de diagnóstico (biosensores, inmunodiagnósticos, pruebas de genes, entre otros)
- Actividades terapéuticas (producción de vacunas, reactivos, terapia genética, estimulantes inmunes, biofarmacéuticos).
Tabla 1: Proteínas recombinantes para uso en salud humana. (1)
En el año 2005 en la Argentina la ANMAT aprobó la producción de insulina recombinante por parte de un laboratorio nacional, Denver Farma, cubriendo de esta manera un espacio hasta el momento dominado por empresas extranjeras. La empresa Denver Farma dijo que el mercado de las insulinas es difícil de cuantificar con exactitud en la Argentina, sin embargo según la auditora IMS que mide la venta de insulinas a salida de droguerías, entre mayo del 2005 y abril del 2006 se vendieron 927.237 unidades. La Federación Argentina de Diabetes determinó que de los cerca de 1.5 millones de pacientes diagnosticados, alrededor de 200 mil personas deben administrarse insulina diariamente.
CAPITULO 4: Proteínas recombinantes más vendidas en la Argentina
ERITROPOYETINA (EPO):
La eritropoyetina se utiliza en el tratamiento de la anemia asociada con insuficiencia renal crónica en pacientes adultos y pediátricos en hemodiálisis y en pacientes adultos en diálisis peritoneal.
Al contrario que la insulina, que se obtenía del páncreas de cerdo antes del empleo de insulina recombinante, la EPO no tuvo un origen tan arcaico. Sólo mediante el aislamiento del gen de la EPO, así como mediante clonación y expresión in vitro, fue posible producir la hormona en cantidades suficientes para la terapia con la ayuda de procedimientos de fabricación biotecnológicos.
EPO se produce en Argentina desde 1990 por la compañía Sidus también bajo el nombre de Hemax.
El vehículo de expresión recombinante para la producción de las variantes de Epoetina α y β es en cada caso un subclon genéticamente modificado de una línea celular del ovario de hámster chino (Cricetulus griseus), llamadas células CHO (de Chinese Hamster Ovary). Para la producción de la variante de Epoetina-ω se usa una línea celular genéticamente modificada y subclonada del riñón de hámster dorado sirio (Mesocricetus auratus auratus), conocida como células BHK (de Baby Hamster Kidney).
Todas las variantes de EPO recombinante difieren de las nativas en la composición de las estructuras de azúcares y diferencias entre las propias variantes recombinante.
INSULINA:
La insulina es la hormona secretada por el páncreas, cuya actividad principal es la de regular el metabolismo de los hidratos de carbono y grasas. Se usa para el tratamiento de Diabetes Miellitus.
Las insulinas de tipo recombinante ocupan el 93% de la demanda mundial y se diferencian de las anteriores versiones en que en vez de obtenerse a partir de bovinos o porcinos, se logra mediante fermentación.
Denver Farma, que es el encargado de producir en el país insulina humana, denominada Densulin, constituyéndose en el primer establecimiento de América Latina en fabricar ese medicamento.
Denver Farma es una empresa farmacéutica argentina de capitales y técnicos argentinos, con sólida formación científica y demostrables recursos tecnológicos.
INTERFERON Alfa 2b (IFN 2b):
El interferón alfa es una citoquina de potente actividad inmunomoduladora, antiviral y antiproliferativa. Su complejo mecanismo de acción involucra a la regulación de la transcripción de genes para distintas proteínas celulares y a la estimulación de células efectoras del sistema inmune, resultando en una acción antiviral y antitumoral.
A partir de células de origen humano, se aisla el fragmento de ADN que contiene el gen correspondiente para la síntesis de hu-IFN beta y se clona en un plásmido recombinante capaz de transfectar una línea celular en cultivo.
La construcción genética es integrada al genoma celular permitiendo la expresión de hu-IFNß, que se secreta al medio extracelular.
El interferón beta humano recombinante así sintetizado, es idéntico en su estructura y funcionalidad al nativo.
En Argentina es producido por Bio Sidus S.A. y Laboratorio Delta Farma S.A.
HORMONA DE CRECIMENTO (hGH):
La hormona de crecimiento es una proteína producida por la glándula hipófisis situada en la cara anterior del cerebro. Circula en el torrente sanguíneo y tiene efectos en todo el organismo. En ocasiones es llamada somatotropina o somatotrofina. La hormona de crecimiento utilizada para el tratamiento se denomina somatropina.
Durante muchos años el tratamiento del enanismo hipofisiario fue dificultoso. La única fuente de obtención de hormona de crecimiento era a partir de glándulas hipofisarias extraídas de cadáveres. Estas primeras producciones de hGH no sólo eran escasas, sino que tampoco ofrecían seguridad dado su origen extractivo de glándulas cadavéricas.
A mediados de los años 80', la exitosa producción de hGH a partir de organismos genéticamente modificados, como bacterias o células de mamífero, permitió una amplia disponibilidad de esta proteína que rápidamente se convirtió en el tratamiento de elección para aquella patología. Desde 1997, aplicando la tecnología de ADN recombinante, Bio Sidus produce hGH a partir de la fermentación de bacterias que poseen el gen humano para dicha proteína.
FACTOR ESTIMULANTE DE COLONIAS DE GRANULOCITOS (G-CSF):
El G-CSF recombinante (fligastrim, NEUPOGEN) es una glucoproteína producida en Escherichia coli. Aumenta las funciones fagocíticas y citotóxicas de los neutrófilos. Es eficaz en el tratamiento de neutropenia grave consecutiva a trasplante de médula ósea y quimioterapia a altas dosis.
En Argentina lo producen los laboratorios Pablo Cassará y Bio Sidus SA.
INTERFERON BETA (IFN ):
El interferón beta en la Esclerosis Múltiple tiene efectos inhibitorios en la proliferación de leucocitos y en la presentación de antígenos. Además modula la síntesis de citoquinas hacia la producción de las de tipo antiinflamatorio sobre todo a nivel del SNC.
El Interferón beta 1 a es un interferón glicosilado, producido por tecnología de DNA recombinante por células CHO (ovario de hamster chino) genéticamente modificado. La secuencia aminoacídica es idéntica a la del interferón beta natural. El interferón beta 1 b es un interferón no glicosilado producido por tecnología de DNA recombinante por una cepa de E.Coli. Posee sutiles diferencias estructurales con el interferón.
Biogen Idec Argentina comercializa interferon beta-1a intramuscular. En la actualidad, es el medicamento para la esclerosis múltiple más prescripto en todo el mundo, con más de 135.000 pacientes en tratamiento, y el primero en ser aprobado para pacientes que han sufrido un primer brote de esta enfermedad. En nuestro país, Interferon beta-1a IM fue comercializado anteriormente por Abbott Laboratories S.A.
CAPITULO 5: Laboratorios que producen proteínas recombinantes
A continuación se mencionarán los laboratorios argentinos o internacionales con sede en Argentina que producen proteínas recombinantes.
Baxter
Baxter es una empresa internacional con cede en la Argentina desde 1993. Baxter Argentina SA adquirió Inmuno SA, con lo cual se produjo la integración de ambas compañías. Pertenece al sector productivo salud médica y medicamentos. Produce proteínas recombinantes, tecnología y servicios que contribuyen al tratamiento de la enfermedad renal crónica, hemofilia, enfermedades infecciosas, trastornos del sistema inmune y otras graves enfermedades. En el presente, se desarrolla a través de las siguientes áreas:
• Bioscience
• Transfusión therapies
• Medication delivery. Soluciones
• Parentales_ Sistemas de Infusión_ Nutrición_ anestesia
• Renal
Las proteínas recombinantes que produce se muestran a continuación.
Factor VIII de la coagulación recombinante
Composición: Factor VIII obtenido mediante ingeniería genética a partir de una línea celular de ovario de hamster chino (CHO). El F VIII recombinante posee las mismas propiedades que el F VIII humano.
Indicaciones: Tratamiento de la hemofilia A, complemento en el tratammiento de la hemofilia A agravada por inhibidores y deficiencia de Factor VIII adquirida.
Presentación: Producto liofilizado de 500 y 1000 Ul de Factor VIII, frasco ampolla de 10 ml de solvente y equipo de infusión descartable.
Factor VIII de la coagulación 100 % recombinante, sin derivados de plasma/albumina humano ni animal.
Composición: Factor VIII obtenido mediante ingeniería genética a partir de una línea celular de ovario de hamster chino (CHO). El F VIII recombinante posee las mismas propiedades que el F VIII humano. No hay componentes humanos no animales en la producción del factor.
Indicaciones: Tratamiento de la hemofilia A, complemento en el tratamiento de la hemofilia A agravada por inhibidores y deficiencia de Factor VIII adquirida.
Presentación: Producto liofilizado de 250, 500 y 1000 Ul de Factor VIII, frasco ampolla de 10 ml de solvente y dispositivo Baxject para su preparación.
BioSidus
BioSidus es una empresa que se encuentra dentro del sector productivo salud humana y medicamentos. Se especializa en la generación de materias primas biotecnológicas, en desarrollo biotecnológico en campos vegetal, animal, y salud humana. Producen eritropoyetina recombinante.
Boheringer Ingelheim Argentina.
Dentro de los numerosos medicamentos que produce, desarrolla Actilyce, activador de plasminógeno tisular humano recombinante. A nivel mundial ocupa uno de los principales lugares en el mercado, lo que la ubica como una de las compañías más importantes en el rubro farmacéutico.
GEMA Biotech
Compañía biotecnológica privada con sede central en Buenos Aires Argentina. Focalizada en el desarrollo, producción, purificación, caracterización y ensayos de citoquinas humanas producidas en medio libre de suero para el uso terapéutico.
Algunos de sus productos son: -interleuquina 2 (IL-2) proteína recombinante humana producida en E. coli, indicada para carcinoma renal y melanoma. –Eritropoyetina proteína recombinante producida en células de mamífero, indicada para tratar la anemia. – Interferon alfa 2ª producido en E. coli e indicado para tratar sarcoma de Kaposi, leucemia y hepatitis C crónica.
IDEAR
INDEAR, Instituto de Agrobiotecnología Rosario es la compañía de I+D de Bioceres, la cual tiene en foco a dos áreas temáticas: el mejoramiento de cultivos para aumentar su productividad y la producción de enzimas industriales en plantas. Para esto, INDEAR utiliza las herramientas de la biología molecular moderna vía estrategias de organismos modificados genéticamente y no modificados genéticamente. El proyecto se basa en la producción de la quimosina en plantas de cártamo, la cual es una enzima de amplia utilización en la industria láctea, para la coagulación de la leche en la producción de quesos. El proyecto está completo respecto de las etapas de I+D y actualmente busca socios interesados en la producción y comercialización del producto.
Laboratorio Pablo Cassará SRL
El Laboratorio Pablo Cassará se especializa en el sector productivo salud humana y medicamentos. Produce proteínas recombinantes en sistemas procariontes. Uno de sus principales productos es el GCSF.
Laboratorio Purissimus
Las proteínas recombinantes que produce Laboratorio Purissimus son inmunoglobulinas, albúmina, factor VIII, IgG anti D, IgG ant hepatitis B, factor IX y complejo protombínico. Se trata de una empresa argentina que consiste en una planta de hemoderivados en donde se purifican derivados del plasma. La empresa se dedica, además a la seguridad viral de hemoderivados.
PBL
PBL, Productos Bio-Lógicos, pertenece al sector productivo de reactivos y diagnóstico. Es un emprendimiento que surgió en el 2001 dentro del programa de incubación de empresas de la UNQ. Se especializa en desarrollo, producción de reactivos e insumos para las tareas de investigación, diagnóstico e industria mediante ingeniería genética y la biotecnología. Producen Taq Pegasus, una ADN polimerasa termoestable recombinante.
PC Gen
El laboratorio PC gen una empresa incubada y pertenece al sector productivo salud humana y medicamentos. PC-Gen ha desarrollado productos como Interferón alfa, Interleukina 2 y GM-CSF y eritropoyetina.
En el caso de eritropoyetina, ha desarrollado clones y establecido los criterios de purificación de la proteína. Por otra parte, se han establecido todos los criterios analíticos de acuerdo a Farmacopea Europea. PC-Gen cuenta con un departamento de control de calidad en el análisis y caracterización de productos biotecnológicos.
Zelltek
El laboratorio Zelltek pertenece al sector productivo salud humana y medicamentos. Es una empresa de desarrollo, producción y comercialización de productos de interés terapéutico destinado al mercado farmacéutico. Produce eritropoyetina humana recombinante. Focalizados en la producción de nuevos productos para el tratamiento del cáncer e infecciones virales.
CAPITULO 6: Desarrollos en curso
En estos momentos, el laboratorio BioSidus S.A. maneja distintos productos que se producen en la planta y se comercializan en el país y en distintas partes del mundo. Las dos grandes líneas que se trabajan en la actualidad son, por un lado, los productos de fermentación en bacterias y por el otro, los expresados en células.
En cuanto a inversión y desarrollo, para sus proyectos, Bio Sidus cuenta con un presupuesto anual de inversión que ronda los u$s 8 millones y hay tres principales megaproyectos de investigación.
- El primero se refiere al desarrollo de terapias génicas en el que están trabajando fuertemente en la aplicación del gen del factor de revascularización para problemas coronarios y obstrucciones periféricas. Este proyecto lleva un par de años de trabajo con la Fundación Favaloro y con el Instituto de la Inmaculata de Roma. Por ahora, permanecen en la etapa de estudio con animales. Una gran posibilidad sería, en lugar de usar los genes para insertarlos en algún elemento biológico y producir proteínas que se puedan llevar al organismo, que el gen actúe en él directamente.
- El segundo gran proyecto se basa en animales transgénicos, con lo cual están trabajando hace 4 años tratando de buscar el animal como reactor biológico para la producción de proteínas recombinantes que necesitan mayor masa y, por consiguiente, mayor volumen de reactor. Una solución podría ser producir un gen y expresar esa proteína, por ejemplo, en la leche de la vaca o de la cabra, donde, luego, se hace un proceso de purificación hasta aislar la proteína. Actualmente están en la fase de desarrollo de trabajo con animales y es un proceso que debe madurar en los próximos 5 años.
Los animales transgénicos son aquellos que poseen un gen que no les pertenece a su especie. Generalmente, y la forma más sencilla para generar un animal transgénico requiere primero aislar el gen que se desea introducir en el genoma del animal. Este gen que no pertenece al genoma de la especie del animal se denomina transgen. Esto requiere el empleo de tecnología de ADN recombinante e ingeniería genética, técnicas básicas de biología molecular y su uso es muy extendido en biotecnología.
Esta tecnología requiere clonación y manipulación del genoma para que pueda ser insertado en el genoma y expresado por el nuevo organismo. A fin de que las células del organismo expresen este nuevo gen o transgen, se debe incorporar dicho transgen en un embrión en sus estadios iniciales, cuando es un cigoto. Luego de asegurarse que el transgen fue efectivamente clonado en el embrión, se debe proceder a implantar el embrión en un animal receptivo. Todo este procedimiento requiere una cuidadosa tecnología de fertilización “in vitro” .
En el caso que no interese que todas las células del animal contengan el transgen, sino algunas células específicas o tejido específicos se debe efectuar un procedimiento similar al ya descripto, pero en lugar de inyectar el transgen en el cigoto, se inyecta en el embrión en etapas más tardías. Por medio de aplicar este tipo de tecnología de transgénesis se obtiene un animal donde algunas células contienen el genoma normal de la especie, y otras células tienen incorporado en su genoma el transgen.
En Argentina se ha efectuado con éxito la tecnología de transgénesis en animales, llevando a la creación de las vacas transgénicas. Estas vacas transgénicas se han diseñado para que produzcan en su leche la hormona de crecimiento humano y otras productoras de insulina, de la misma forma. Este desarrollo biotecnológico fue un emprendimiento efectuado entre la Universidad de Buenos Aires y la empresa Bio Sidus. Sin lugar a dudas es un desarrollo en biotecnología de avanzada en la región y porque no también a nivel internacional.
La aplicación de la tecnología de animales transgénicos presenta nuevas oportunidades de desarrollo biotecnológico y puede brindar a la sociedad la oportunidad de su aplicación tanto en biomedicina, como en otras áreas de la biotecnología, abarcando un amplio espectro en las áreas de desarrollo y producción. Sin lugar a dudas la transgénesis ha causado una revolución en biotecnología, planteando además nuevos desafíos éticos y morales.
Esquema 3: pasos generales en el desarrollo de animales transgénicos de Bio Sidus S.A.
- Por último, la otra línea importante es un proyecto con plantas transgénicas a 5/6 años, Bio Sidus tiene una División de Biotecnología Vegetal, donde está trabajando en el desarrollo de herramientas para la aplicación de la biotecnología vegetal con el propósito de que, en un futuro, se pueda trabajar en un modelo de planta transgénica que pueda servir para producir proteína recombinante.
Productos (desarrollo en curso) por Bio Sidus:
- Parathormona humana por síntesis química: Hormona que induce la formación de tejido óseo; entre otros usos sobresale su potencial eficacia en el tratamiento de la osteoporosis.
- Estreptoquinasa recombinante: Trombolítico.
- Producción de hGH en animales transgénicos: Se procura direccionar la síntesis de hGH humana a la glándula mamaria buscando su secreción en leche de vacas transgénicas.
- Terapia Génica de Revascularización: Mediante el uso de vectores no virales se trata de restablecer la red de arterias en tejidos con problemas circulatorios (isquemias cardíacas y problemas de circulación periférica en piernas y brazos)
- Biotecnología Vegetal: trabaja en la producción de distintas proteínas en plantas transgénicas, así como en la mejora de varias especies vegetales, otorgándoles resistencia a virus y/o herbicidas.
- Terapia anti-IFN
- Vacuna anti TAT
Productos (desarrollo en curso) por Universidad del Litoral
Fármaco contra el cáncer “GM-CSF”, sigla en inglés correspondiente a “Factor Estimulante de Colonias de Granulocitos y Macrófagos”: contribuye a la quimio y radioterapia contra el cáncer al proteger a las células defensivas del organismo, que así puede tolerar dosis mayores contra el tumor. El “GM-CSF” que hay en el mercado proviene de bacterias o levaduras; el de la Universidad del Litoral se produce a partir de células de mamíferos, lo cual evita efectos adversos. El proyecto está prácticamente terminado y estan por poner en marcha ensayos clínicos de este producto. Hay otros dos productos en desarrollo pero, como son patentables, no pueden darlos a conocer por razones de confidencialidad.
CAPITULO 7: Buenas prácticas de manufactura y
procedimientos operativos estandarizados
Las Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) ó Good Manufacturing Practices (GMP) son prácticas de higiene recomendadas para que el manejo de materiales garantice la obtención de productos inocuos.
Procedimientos Operativos Estandarizados (POES ó SSOP Sanitation Standard Operating Procedures): son aquellos procedimientos escritos que describen y explican como realizar una tarea para lograr un fin específico, de la mejor manera posible. Existen varia actividades/operaciones, además de las de limpieza y desinfección, que se llevan a cabo en un establecimiento elaborador que resulta conveniente estandarizar y dejar constancia escrita de ello para evitar errores que pudieran atentar contra la inocuidad del producto final.
Según la Food And Drug Administration (FDA) POES abarcan:
* Manutención general
* Sustancias usadas para limpieza y saneamiento
* Almacenamiento de materiales tóxicos
* Control de plagas
* Higiene de las superficies de contacto con alimentos
* Almacenamiento y manipulación de equipos y utensilios limpios
* Retirada de la basura y residuos
Si el establecimiento o la autoridad sanitaria detectaran que el POES falló en la prevención de la contaminación ó adulteración del producto, se deben implementar medidas correctivas. Estas incluirán la correcta disposición del producto afectado, la reinstauración de las condiciones sanitarias adecuadas y la toma de medidas para prevenir su recurrencia.
El establecimiento debe llevar además, registros diarios suficientes para documentar la implementación y el monitoreo de los POES y de toda acción correctiva tomada. Estos registros deben estar disponibles cuando la Autoridad Sanitaria así lo solicite.
Cada establecimiento de contar con su propio “ Manual de POES” donde se describen todos los procedimientos de limpieza y desinfección que se realizan periódicamente antes y durante las operaciones que sean suficientes para prevenir la contaminación ó adulteración de los productos que allí se manipulan.
Una vez desarrollado cada POES será firmado y fechado por un empleado responsable/supervisor con autoridad superior. Esta firma significa que el establecimiento implementará los POES tal cual han sido escritos y, en caso de ser necesario, revisará los POES de acuerdo a los requerimientos normativos para mantener la inocuidad los productos que allí se manipulan.
Los POES son realizados para todas las operaciones y todos los turnos de actividad.
Estos procedimientos deben ser monitoreados, verificada su eficacia y en caso de considerarse necesario, revisados con cierta frecuencia.
Resulta esencial el entrenamiento de los empleados para la aplicación de POES y el énfasis en la importancia de seguir las instrucciones de cada procedimiento para lograr la inocuidad de los productos.
CAPITULO 8: Entidades regulatorias. Exigencias
Los procesos de producción atienden ciertas normas que difieren según el producto que se elabore: medicamentos por un lado, alimentos por otro, etc. El producto, además, requiere de una evaluación exhaustiva que determine que es inocuo para la gente, los animales y/o el ambiente, y que tenga el efecto esperado. Dependiendo del producto, y del proceso para obtenerlo, las normas reguladoras cambian.
En Argentina, la Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología médica (ANMAT) se encarga de registrar, controlar, fiscalizar y vigilar la sanidad y calidad de:
• Medicamentos
• Alimentos
• Productos médicos
• Cosméticos, de Higiene y Tocador
• Domisanitarios
• Reactivos de Diagnóstico
• Suplementos Dietarios
• Y todos aquellos que se consumen o utilizan en la medicina, alimentación y cosmética humana
Para la reglamentación de los distintos productos, existen dentro del ANMAT institutos particulares. Por ejemplo.
• el INAME (Instituto Nacional de Medicamentos) controla y fiscaliza la sanidad y la calidad de las drogas, productos químicos, reactivos, medicamentos, elementos de diagnóstico, productos de higiene, tocador, y cosmética humana, ya se trate de productos de origen nacional o importados. También, ejerce las actividades de fiscalización de los establecimientos que realizan actividades de elaboración, importación y en algunos casos de distribución de dichos productos.
El campo de acción de este Instituto debe abarcar además, el estudio, generación y proposición de legislaciones y normativas que contemplen nuevos desarrollos de productos o procesos de forma tal que el proceso de evaluación y aprobación de los mismos no constituya una traba burocrática que retarde el acceso de la población a nuevos productos de competencia del INAME.
• el INAL (Instituto Nacional de Alimentos), controla y fiscaliza la sanidad y la calidad de los alimentos, incluyendo aditivos, colorantes, edulcorantes e ingredientes utilizados en la alimentación humana, como también de los suplementos dietarios, productos de uso doméstico y de los materiales en contacto con los alimentos.
• la DEM (Dirección de Evaluación de Medicamentos) tiene a su cargo la evaluación clínica de los medicamentos.
• CONVISA, Comisión Nacional de Biotecnología y Salud,es la autoridad reguladora de la biotecnología aplicada a la salud. La misma fue creada por la Resolución Nº 413/93, del director de la Administración Nacional de Medicamentos, Alimentos y Tecnología (ANMAT). Tiene como misión asesorar al gobierno nacional en lo referido al desarrollo y la aplicación de la biotecnología en el campo de la salud. Estudia y recomienda las normas vigentes que rigen el desarrollo, elaboración y aprobación de productos biotecnológicos destinados a la salud y el consumo humano.
En lo referente a la regulación de proteínas recombinantes, en la Argentina no hay disposiciones específicamente desarrolladas para la regulación de dichos productos biológicos/biotecnológicos. Es decir, no existe una clasificación que se encuentre integrada por estos productos, más bien serán clasificados y regulados de acuerdo a otras propiedades de los mismos. Por ejemplo, la insulina, la cual pertenece a un grupo especial de medicamentos denominados de ventana estrecha, es decir, que por debajo de ciertas dosis no tienen eficacia y por encima de ciertas dosis son tóxicas. Cualquier nuevo producto que se apruebe debería demostrar algún tipo de equivalencia con las cuatro que se comercializan en la actualidad. Pero el año pasado, por ejemplo, fue aprobada una insulina que si bien no se comercializa, no presentó ningún tipo de estudio de biosimilaridad. De esta manera, es posible encontrar productos no avalados por ningún ensayo o estudio serio.
Protocolos de investigación clínica
Para que un producto farmacéutico llegue al mercado y al público, antes debe pasar por una serie de exhaustivos análisis, en su conjunto conocidos como Ensayos preclínicos y Ensayos clínicos. En una primera etapa de desarrollo, la nueva droga debe ser evaluada en animales modelo, para investigar cómo se distribuye en el organismo, y cuáles son sus efectos positivos y negativos. Si esta etapa se supera con éxito, comienzan los ensayos clínicos con personas voluntarias, que deben cumplir una serie estricta de requisitos para poder participar de los mismos. Dentro de los ensayos clínicos, se distinguen distintas fases (I, II, III) en las cuáles se evalúa la dosis óptima, la efectividad para el tratamiento de la enfermedad en estudio, y los efectos adversos o no deseados. En función de los resultados, la droga es aprobada o no para su uso como medicamento en seres humanos.
En algunos casos el marco regulador es el mismo independientemente de la forma de obtención. Pero, en otros casos es diferente, como en la obtención de insulina en leche de vacas transgénicas, o el caso del maíz Bt.
Ejemplo en la realización de un protocolo de ensayos clínicos en la Argentina para el componente A, el cual es una proteína recombinante .
Visita de iniciación 7 de noviembre del 2007. Estudio abierto en Fase IIIb para el tratamiento en primera línea del componente A más taxanos en monoterapia o combinación, de pacientes con cáncer de mama metastático o con recidivia local.
El protocolo del componente A tiene como objetivo primario evaluar el perfil de seguridad del componente A cuando se combina con otros medicamentos en pacientes con CMm o RL. Como objetivo secundario, se intenta evaluar la eficacia, en las mismas condiciones para determinar el perfil de seguridad. La eficacia del componente A se mide como el tiempo hasta la progresión de la enfermedad (TP) y sobrevida total (ST). Por otra parte, se pretende evaluar la seguridad del componente A en pacientes que desarrollan metástasis en SNC, durante el tratamiento y en los seis meses siguientes al mismo. Los objetivos mencionados para este protocolo en particular, evaluación de la seguridad y eficacia, se comparten con otros protocolos ya que, son indispensables para determinar la aprobación del medicamento que esta siendo evaluado.
Generalidades
El número de pacientes a fines de octubre fue de 1146 incluidos a nivel mundial y el número de centros que participaron del protocolo fueron 400 para el protocolo del componente A. Las cifras mencionadas para este protocolo en particular, dan a entender la importancia de ampliar el número poblacional para evaluar la acción terapéutica de los medicamentos en vías de aprobación. Dado que el número de pacientes sobre el cual se evalúa es de gran magnitud y recoge datos a nivel mundial, permite hacer los análisis estadísticos correspondientes y más representativos.
Duración del estudio
La duración del protocolo mencionado tiene implicancias generales a los demás protocolos de investigación clínica. En este caso particular, los pacientes recibirán el componente A hasta la progresión de la enfermedad, el desarrollo de la toxicidad inaceptable, retiro del consentimiento del paciente o hasta el fin del estudio. Es en este punto donde interviene las normativas sobre los estudios clínicos. El investigador a cargo deberá ser responsable en permitir la salida de un paciente del protocolo, si está su salud y vida en peligro. Aquí juega un rol importante las normas de ética médica, a saber:
• Declaración de Helsinki de la asociación Médica Mundial,
• Principios Éticos para las Investigaciones Médicas en seres humanos y sus sucesivas modificaciones,
• Guidelines For Good Clinical Practice E6 ,
• Pautas Éticas Internacionales para la Investigación Biomédica en seres humanos, preparadas por el Consejo de Organizaciones Internacionales de las Ciencias Médicas (CIOMS) en colaboración con la OMS,
• Principios éticos básicos enunciados en el reporte de Belmont,
• Finalmente, las leyes y reglamentos emanados por las autoridades de la salud de la República Argentina.
El cumplimiento de las normas y reglamentos vigentes son evaluados por el Comité de Ética Independiente, tanto interno como externo pertenecientes al protocolo puesto en marcha y la entidad nacional reguladora correspondiente: ANMAT. Las pautas involucradas en el protocolo no solo afectan la dedición del investigador principal, sino de todos los participantes del mismo.
Criterios de elegibilidad
Los pacientes que integren el protocolo deberán adecuarse a los criterios de elegibilidad para ser seleccionados. Estos son dos, los criterios de inclusión y los criterios de exclusión. El paciente podrá cumplir algún requisito explicitado en el criterio de inclusión pero, no deberá reunir ningún criterio de exclusión. Por ejemplo, para el protocolo del componente A los criterios de inclusión comprenden el consentimiento informado por escrito obtenido antes de cualquier procedimiento específico del estudio, función hematológica, hepática y renal adecuada y prueba sérica de embarazo. Por otra parte, puede mencionarse ejemplos del criterio de exclusión como, quimioterapia previa a CMm o RL y cirugía mayor.
Esquemas del protocolo
El protocolo esta constituido por una serie de estapas, las cuales son enrolamiento o screening, visita baseline, visitas por ciclo, visita final, visitas de seguimiento, finalmente, visita de sobrevida. El esquema a llevar a cabo durante la realización del protocolo se muestra a continuación.
Esquema 4: realización de un protocolo
Sreening y evaluaciones iniciales
Durante esta fase del tratamiento se debe obtener la firma del consentimiento informado de todos los pacientes antes de cualquier procedimiento específico del estudio. El investigador deberá confirmar la elegibilidad del paciente según los criterios de inclusión y exclusión del estudio. Las evaluaciones de screening y la visita de evaluación basal deberán realizarse dentro de los 28 días de la primera infusión del medicamento en evaluación. Los pacientes que no reúnan los criterios de elegibilidad no serán enrolados. Una vez que se haya confirmado la elegibilidad del paciente, se le asignará un número de enrolamiento, para el protocolo ejemplificado, mediante el sitio web del eCRF
Fases del tratamiento
En cada ciclo, se registran datos en el eCRF, los cuales consisten en análisis clínicos del paciente enrolado. Puede mencionarse a modo de ejemplo, algunos datos requeridos como peso, PA y análisis de orina. Se informa regularmente la evaluación de la respuesta al tratamiento según el estándar de atención. Se deberá monitoriar los siguientes ítems en forma continúa y, en cada ciclo, se registran los datos en el eCRF.
• EAs, eventos adversos.
• EAs de interés especial
• Medicación y terapia concomitante
Final del tratamiento
El final del tratamiento, con el componente A, el cual puede aplicarse cualquier otro medicamento en fase de evaluación, finalizará cuando se presente alguno de los siguientes:
• Se diagnostique progresión de la enfermedad
• Se presente toxicidad inaceptable en opinión del investigador o del paciente
• El paciente abandone el estudio prematuramente
• Se llegue al final del estudio.
• Si el paciente suspendiera el medicamento en fase de evaluación debido a toxicidad inaceptable o por cualquier otro motivo antes de la progresión de la enfermedad, pero continuara con quimioterapia, ingresará a la fase de seguimiento.
Confidencialidad de los registros
Cada uno de los datos que se obtienen sobre los pacientes durante la realización del protocolo son confidenciales. Por ejemplo, la información recabada en el formulario de información y autorización para la recolección de datos de la pareja embarazada es confidencial dentro de los límites permitidos por la ley vigente en la República Argentina de Protección de Datos personales Nº 25326. Si bien los datos no serán revelados, las autoridades sanitarias, ANMAT y el Comité Independiente de Ética para ensayos en Farmacología Clínica, pueden examinar estos datos para asegurar que el estudio sea realizado apropiadamente.
Regulación para OGM
Cuando de organismos transgénicos (OGM) se trata, en Argentina se requiere de su evaluación satisfactoria por distintas entidades públicas:
• la CONABIA (Comisión Nacional de Biotecnología Agropecuaria) evalúa la inocuidad del OGM para el medio ambiente;
• el SENASA (Servicio Nacional de Sanidad y Calidad Agroalimentaria) evalúa su inocuidad alimentaria,
• la DNMA (Dirección Nacional de Mercados Agroalimentarios), evalúa el impacto que la comercialización del OGM en estudio tendrá sobre los mercados internos y externos.
Además, si el producto será usado como medicamento, también debe evaluarse mediante ensayos clínicos en el marco de la ANMAT, como se mencionó previamente.
De esta forma se garantiza que el producto llegue a la población de una manera correcta y aprovechable.
Regulación de biosimilares en la Argentina
En este momento muchas patentes sobre proteínas recombinantes y otros productos biotecnológicos han expirado o están próximos a hacerlo. En estas condiciones legales surgen productos no innovadores o biosimilares, es decir, se pretenden generar productos similares a los innovadores de referencia. Los biosimilares intentan tener el mismo mecanismo de acción y buscan ser utilizados para la misma indicación terapéutica del biofármaco original. Es crítico considerar que, la producción de proteínas recombinantes no es idéntica en un sistema de expresión diferente, aún si el mismo está enteramente emparentado. Las normas y regulaciones sujetas a aprobación los productos no innovadores deberían construirse sobre la base de una consciencia sobre las potenciales diferencias entre ambos productos biotecnológicos.
Existen numerosas razones por las cuales un biosimilar no puede ser aprobado sin determinar su similaridad, rigurosidad y calidad. Un biosimilar no puede ser considerado biogenérico, en analogía con los productos de síntesis química. Estas razones se enuncian a continuación.
• Existe una gran dificultad o una imposibilidad en la generación de una proteína como réplica de otra en condiciones similares pero no idénticas. De hecho dentro de un mismo lote, es posible que se encuentren muestras que difieran de otras. No es posible, en condiciones de semejanza garantizar la identidad en la estructura química, la estabilidad, farmacocinética, la farmacodinámica, la biodisponibilidad y bioequivalencia, debido al gran tamaño molecular de las proteínas y al proceso de manufactura.
• Los métodos tradicionales de análisis químico no son suficientes para determinar la similitud en la identidad de las proteínas. Las alteraciones que pueden sufrir son diversas, por ejemplo, alteraciones en los enlaces no covalentes, en los enlaces no covalentes: hidrólisis, deaminación, formación de iminas, racemización (formas tridimensionales diferentes) mediante una oxidación, intercambio de bisulfitos, isomerización (diferentes posiciones en le espacio) y fotodescomposición.
• Secuencia de aminoácidos, glicosilación, pureza, excipientes, estabilidad, dosis y vias de administración, intervalos de dosis, sistema inmune del huésped y el almacenaje.
• La potencial inmunogenicidad no evaluada en los productos no innovadores
Las modificaciones en el producto no innovador que lo diferencian del producto innovador de referencia pueden conducir a consecuencias graves en la acción terapéutica del mismo, la principal desventaja que presentan los biosimilares es su potencial efecto inmunogénico, el cual debería ser evaluado mediante ensayos en humanos. El efecto inmunogénico implica la formación de anticuerpos dirigidos contra el mismo producto biológico o proteínas propias del paciente.
La ruta de administración, también puede provocar inmunogenicidad. La vía intravenosa produce menos inmunogenicidad que la ruta intramuscular o subcutánea. También la calidad del producto puede dispara la generación de anticuerpos. Se reportó inmunogenicidad en un producto por presentar grumos, mientras que el producto soluble, no. La inmunogenicidad, también está asociada al estado de salud del paciente.
La principal implicancia en la inmunogenicidad es la incapacidad de determinarla sin investigación clínica, por lo cual no puede rápidamente aprobarse el biosimilar, de esta manera se requiere disponer del recurso económico para llevar a cabo dichos estudios en humanos.
Posición de la Argentina frente a la regulación de los productos biosimilares.
El 25 de junio de 1999, la ANMAT promulgó la Disposición 3185/99, tomando parcialmente en consideración las recomendaciones de WHO-96 y contemplando comenzar con un listado de drogas críticas seleccionadas por prioridades.
El producto de referencia natural es el innovador y, en su efecto, el establecido por la autoridad sanitaria. La ANMAT disiente en algunos de los criterios armonizados (WHO-96), como por ejemplo, el hecho de que se exonera de estudios de bioequivalencia in vivo, a todos los productos orales bajo la forma de comprimidos y cápsulas de liberación simple, consideradas "sin riesgo sanitario significativo". Asimismo, a todos los productos de aplicación tópica (ótica, oftálmica, nasal, dermatológica, inhalaciones / aerosoles nasales) cuando tengan esencialmente los mismos excipientes que el producto de referencia, pero definiendo que dos excipientes son esencialmente los mismos, si cumplen la misma función en la formulación del producto (dispersante, agregante, espesante), 'aunque no tengan la misma molécula'.
Regulación de los biosimilares por los organismos Internacionales
En la actualidad, no todos los países de Latinoamérica tienen legislaciones robustas sobre la regulación de los biosimilares o quizá como Argentina solo comparten parcialmente con criterios establecidos. Por ello, es de suma importancia, tomar como referente a aquellos países que se han adelantado en la redacción de normas y se encuentran en mayor medida consolidados en esta dinámica. La FDA; la EMEA, European Mediacal Agency; la OPS/OMS, Organización Panamericana de la Salud en conjunción con la Organización Mundial de Salud y FIFARMA, Federación Latinoamericana de la Industria Farmacéutica, son aquellas organizaciones que han desarrollado su propio sistema de legislación.
FIFARMA ha dado a conocer su posición acerca del modo de aprobación de los productos no innovadores, los biosimilares. Su posición es conciente y responsable, ya que considera con gran claridad las condiciones de regularización en América Latina. Su posición fue especificada en el Documento Oficial de posición de la Federación Latinoamericana de la Industria Farmacéutica (FIFARMA), en marzo del 2006. Se menciona en dicho documento, que no promueven la aprobación de los biosimilares del mismo modo a como se realiza con los genéricos para medicamentos de síntesis química. Se requieren estudios clínicos para establecer la eficacia y seguridad de los productos farmacéuticos biológicos, incluso si afirman igualdad en composición, manufactura y control. Expone, además, que la ausencia de un sistema de farmacovigilancia en la mayoría de los países de Latinoamérica es una razón más para evitar incorporar al mercado los mencionados productos, ya que, los mismos no serán estudiados en el tiempo posterior a su comercialización. No obstante, esta situación no es la que se presenta en nuestro país. La farmacovigilancia es llevada a cabo por el ANMAT y los laboratorios de alto prestigio incluyen sistemas de farmacovigilancia propios, como es el caso de Roche.
Criterios propuestos por la OPS
La OPS ha propuesto una serie de criterios científicos para la determinación de la bioquivalencia, de acuerdo a "Multisource (generic) pharmaceutical products: Guidelines on registration requirements to establish interchangeability", WHO Technical Report Series, Nº 863, 1996 (WHO-96). Asimismo, la OPS realizó una Reunión de Consulta de Expertos en Bioequivalencia de Productos Farmacéuticos en Caracas, 13-15 de enero de 1999 (REBQ-Caracas 99) con el objetivo de orientar la implementación de normativas de bioequivalencia armonizadas en nuestros países y patrocinó la 2ª Conferencia Panamericana sobre Armonización de la Reglamentación Farmacéutica, que tomó las conclusiones y recomendaciones de la REBQ-Caracas 99.
A nivel mundial han sido estandarizadas metodologías clínicas, bioanalíticas y estadísticas usuales de estos estudios. Para el análisis del nivel seguridad en un estudio de bioequivalencia, los voluntarios saludables son expuestos en dosis únicas seguidas de un período de lavado entre ellas (caso general) o regímenes múltiples con el mínimo de dosificaciones que sea posible, a una droga que no hubiese sido aprobada por las Autoridades Regulatorias para ser usada en humanos. Además, se explicita la necesidad de estudios bioanalíticos, que requiere la recolección de muestras de sangre u orina; la infraestructura humana necesaria, es decir, los investigadores y el resto del personal que compone un esquema de trabajo para el protocolo. Estos estudios deben ser efectuados de acuerdo con las Buenas Prácticas Clínicas. Además, se menciona el requerimiento de infraestructura material para el componente bioanalítico, el cual debe cumplir las GMP para asegurar la valides de los estudios realizados. Por otra parte, se menciona la necesidad de infraestructura material para el componente estadístico, el cual consiste en los materiales requeridos para la evaluación estadística de los datos recolectados. Finalmente, se menciona acerca de los procedimientos de inspección y de auditoría, los cuales controlan el cumplimiento de los protocolos, la selección de los sujetos, la verificación del cumplimiento del diseño cruzado (u otro) previsto en el protocolo y de la administración de los productos de acuerdo a los lotes seleccionados para el estudio, la recolección, manipulación y almacenamiento de las muestras biológicas y la validación de los métodos analíticos y los procedimientos.
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