A calorimetria indireta para análise do metabolismo humano tem se mostrado um método não invasivo de crescente importância no estudo mais preciso das respostas metabólicas e cardio-respiratórias. Entretanto, o alto custo dos equipamentos aliado à falta de conhecimento das técnicas tem impedido a disseminação do uso de analisadores metabólicos no Brasil. Este trabalho foi desenvolvido com o intuito de oferecer uma visão global dos procedimentos de calorimetria indireta aplicados à avaliação do metabolismo humano sob a abordagem de Engenharia Biomédica. Foram avaliados três transdutores tipicamente utilizados em equipamentos de calorimetria indireta para análise metabólica humana: um transdutor eletroquímico de oxigênio, um transdutor de dióxido de carbono por radiação infravermelha e um transdutor de fluxo em volume tipo turbina. O transdutor de oxigênio mostrou-se bastante confiável, mas com um tempo de resposta bastante elevado para aplicações em análises de respiração a respiração. A principal deficiência do transdutor de dióxido de carbono está no fato de sua configuração proporcionar um aumento significativo na resistência à respiração do indivíduo. Verificou-se que o transdutor de fluxo em volume apresenta um melhor comportamento para um fluxo em torno de 20 litros/minuto. Apesar das limitações apresentadas pelos transdutores, os resultados dos ensaios foram úteis e representativos para a compreensão do funcionamento de um analisador metabólico humano porcalorimetria indireta, evidenciando quais deficiências devem ser sanadas em pesquisas futuras e os cuidados a serem considerados na implantação do laboratório para análise metabólica/respiratória sendo instalado no Laboratório de Engenharia Biomédica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. / The indirect calorimetry for analysis of the human metabolism has been a no invasive method of increasing importance in the study of metabolic and cardiorespiratory responses. However, the high cost of the equipment ally to the lack of knowledge of the techniques have been obstacles to the use of metabolic analysers in Brazil. This research was developed with the intention to offer a global vision of the applied procedures of indirect calorimetry to the evaluation of the human metabolism under the prism of the Biomedical Engineering. Three transducers typically used in equipment of indirect calorimetry for metabolic analysis had been evaluated: an electrochemical transducer of oxygen, a carbon dioxide transducer by infrared absorption and a turbine flowmeter. The oxygen transducer revealed sufficiently trustworthy, but a too high response time for applications in breath by breath analyses. The main deficiency of the transducer of carbon dioxide is to provide a significant increase in the flow resistance. It was verified that the flowmeter presents one better behavior for a stream around 20 litres/minute. Despite the limitations presented for the transducers, the results of the assays had been useful and representative for the understanding of the functioning of a human metabolic analyser for indirect calorimetry, evidencing which points have to be improved in future researches and to be considered in the implantation of the laboratory for metabolic and respiratory analysis being installed in the Laboratório de Engenharia Biomédica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

A calorimetria indireta para análise do metabolismo humano tem se mostrado um método não invasivo de crescente importância no estudo mais preciso das respostas metabólicas e cardio-respiratórias. Entretanto, o alto custo dos equipamentos aliado à falta de conhecimento das técnicas tem impedido a disseminação do uso de analisadores metabólicos no Brasil. Este trabalho foi desenvolvido com o intuito de oferecer uma visão global dos procedimentos de calorimetria indireta aplicados à avaliação do metabolismo humano sob a abordagem de Engenharia Biomédica. Foram avaliados três transdutores tipicamente utilizados em equipamentos de calorimetria indireta para análise metabólica humana: um transdutor eletroquímico de oxigênio, um transdutor de dióxido de carbono por radiação infravermelha e um transdutor de fluxo em volume tipo turbina. O transdutor de oxigênio mostrou-se bastante confiável, mas com um tempo de resposta bastante elevado para aplicações em análises de respiração a respiração. A principal deficiência do transdutor de dióxido de carbono está no fato de sua configuração proporcionar um aumento significativo na resistência à respiração do indivíduo. Verificou-se que o transdutor de fluxo em volume apresenta um melhor comportamento para um fluxo em torno de 20 litros/minuto. Apesar das limitações apresentadas pelos transdutores, os resultados dos ensaios foram úteis e representativos para a compreensão do funcionamento de um analisador metabólico humano porcalorimetria indireta, evidenciando quais deficiências devem ser sanadas em pesquisas futuras e os cuidados a serem considerados na implantação do laboratório para análise metabólica/respiratória sendo instalado no Laboratório de Engenharia Biomédica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. / The indirect calorimetry for analysis of the human metabolism has been a no invasive method of increasing importance in the study of metabolic and cardiorespiratory responses. However, the high cost of the equipment ally to the lack of knowledge of the techniques have been obstacles to the use of metabolic analysers in Brazil. This research was developed with the intention to offer a global vision of the applied procedures of indirect calorimetry to the evaluation of the human metabolism under the prism of the Biomedical Engineering. Three transducers typically used in equipment of indirect calorimetry for metabolic analysis had been evaluated: an electrochemical transducer of oxygen, a carbon dioxide transducer by infrared absorption and a turbine flowmeter. The oxygen transducer revealed sufficiently trustworthy, but a too high response time for applications in breath by breath analyses. The main deficiency of the transducer of carbon dioxide is to provide a significant increase in the flow resistance. It was verified that the flowmeter presents one better behavior for a stream around 20 litres/minute. Despite the limitations presented for the transducers, the results of the assays had been useful and representative for the understanding of the functioning of a human metabolic analyser for indirect calorimetry, evidencing which points have to be improved in future researches and to be considered in the implantation of the laboratory for metabolic and respiratory analysis being installed in the Laboratório de Engenharia Biomédica da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo.

Linhagens celulares humanas têm atraído grande interesse devido a sua capacidade de glicosilar proteínas de maneira mais semelhante às proteínas nativas humanas, reduzindo o potencial de respostas imunológicas contra epítopos não humanos. No entanto, por se tratar de uma aplicação recente, essas células ainda não foram extensamente caracterizadas e cultivadas em condições reprodutíveis da escala industrial, ou seja, em suspensão e em meios de cultura livres de soro fetal bovino (SFB). Em função disso, o objetivo principal deste trabalho foi estabelecer culturas livres de SFB e em suspensão para as linhagens celulares humanas SK-Hep-1, HepG2 e HKB-11, que têm despertado grande interesse devido ao potencial de produção de proteínas recombinantes. Para isso, quatro formulações comerciais livres de SFB foram avaliadas. As células que apresentaram bons resultados na adaptação aos meios realizada em garrafas estáticas foram então adaptadas para crescimento em suspensão. Foi possível realizar a adaptação satisfatória da célula HKB-11 ao meio FreeStyle e da célula SK-Hep-1 ao meio SFMII bem como a criopreservação das mesmas também em condições livres de SFB. A caracterização cinética das células adaptadas mostrou que a célula HKB-11 apresentou concentração celular quatro vezes superior a da célula SK-Hep-1 (8,6x106 e 1,9x106 células/mL, respectivamente) e apresentou crescimento celular durante 18 dias em cultura. A velocidade específica de crescimento máxima (?max) foi semelhante nas duas células (0,0159 h-1 para a HKB-11 e 0,0186 h-1 para SK-Hep-1). A limitação do crescimento das células adaptadas não parece estar associada à exaustão de glicose e glutamina, tampouco à formação de lactato em concentrações inibitórias. Todavia, para ambos os casos, foi observada produção de amônia em concentrações consideradas inibitórias (2 - 5 mM). De maneira geral, foi possível estabelecer culturas celulares em condições compatíveis com o desenvolvimento de um bioprocesso reprodutível, seguro e em concordância com as boas práticas de fabricação. / Human cell lines have attracted great interest since they are capable of producing glycosylated proteins in a more similar way to native human proteins, reducing the potential for immune responses against non-human epitopes. However, these human cell lines have not been extensively characterized and cultured in large scale and in serum-free suspension conditions. As a result, the main objective of this work was to adapt three human cell lines: SK-Hep-1, HepG2 and HKB-11 to serum-free suspension cultures, since they are promising systems of recombinant protein expression. For this task, four commercial serum-free media were tested. Adapted cell lines in T-flasks were further adapted to suspension cultures. Results showed that both HKB-11 and SK-Hep-1 were adapted to serum-free suspension cultures in FreeStyle and SFMII, respectively and were cryopreservated in serum-free formulations. Kinetic characterization showed that HKB-11 cell concentration was four times higher than SK-Hep-1 cell (8,6x106 and 1,9x106 cells/ml, respectively) and showed cell growth in culture over 18 days. The maximum specific growth rate (?max) was similar for both cell lines (0,0159 h-1 to HKB-11 and 0,0186h-1 to SK-Hep-1). Growth limitation of adapted human cell lines does not seem to be associated with depletion of glucose and glutamine, nor with the formation of lactate in inhibitory concentrations. However, in both cases, ammonia production achieved inhibitory concentrations (2 - 5 mM). In general, it was possible to establish human cell cultures that are compatible with reproducible and safe bioprocess conditions and in compliance with good manufacturing practices.

Linhagens celulares humanas têm atraído grande interesse devido a sua capacidade de glicosilar proteínas de maneira mais semelhante às proteínas nativas humanas, reduzindo o potencial de respostas imunológicas contra epítopos não humanos. No entanto, por se tratar de uma aplicação recente, essas células ainda não foram extensamente caracterizadas e cultivadas em condições reprodutíveis da escala industrial, ou seja, em suspensão e em meios de cultura livres de soro fetal bovino (SFB). Em função disso, o objetivo principal deste trabalho foi estabelecer culturas livres de SFB e em suspensão para as linhagens celulares humanas SK-Hep-1, HepG2 e HKB-11, que têm despertado grande interesse devido ao potencial de produção de proteínas recombinantes. Para isso, quatro formulações comerciais livres de SFB foram avaliadas. As células que apresentaram bons resultados na adaptação aos meios realizada em garrafas estáticas foram então adaptadas para crescimento em suspensão. Foi possível realizar a adaptação satisfatória da célula HKB-11 ao meio FreeStyle e da célula SK-Hep-1 ao meio SFMII bem como a criopreservação das mesmas também em condições livres de SFB. A caracterização cinética das células adaptadas mostrou que a célula HKB-11 apresentou concentração celular quatro vezes superior a da célula SK-Hep-1 (8,6x106 e 1,9x106 células/mL, respectivamente) e apresentou crescimento celular durante 18 dias em cultura. A velocidade específica de crescimento máxima (?max) foi semelhante nas duas células (0,0159 h-1 para a HKB-11 e 0,0186 h-1 para SK-Hep-1). A limitação do crescimento das células adaptadas não parece estar associada à exaustão de glicose e glutamina, tampouco à formação de lactato em concentrações inibitórias. Todavia, para ambos os casos, foi observada produção de amônia em concentrações consideradas inibitórias (2 - 5 mM). De maneira geral, foi possível estabelecer culturas celulares em condições compatíveis com o desenvolvimento de um bioprocesso reprodutível, seguro e em concordância com as boas práticas de fabricação. / Human cell lines have attracted great interest since they are capable of producing glycosylated proteins in a more similar way to native human proteins, reducing the potential for immune responses against non-human epitopes. However, these human cell lines have not been extensively characterized and cultured in large scale and in serum-free suspension conditions. As a result, the main objective of this work was to adapt three human cell lines: SK-Hep-1, HepG2 and HKB-11 to serum-free suspension cultures, since they are promising systems of recombinant protein expression. For this task, four commercial serum-free media were tested. Adapted cell lines in T-flasks were further adapted to suspension cultures. Results showed that both HKB-11 and SK-Hep-1 were adapted to serum-free suspension cultures in FreeStyle and SFMII, respectively and were cryopreservated in serum-free formulations. Kinetic characterization showed that HKB-11 cell concentration was four times higher than SK-Hep-1 cell (8,6x106 and 1,9x106 cells/ml, respectively) and showed cell growth in culture over 18 days. The maximum specific growth rate (?max) was similar for both cell lines (0,0159 h-1 to HKB-11 and 0,0186h-1 to SK-Hep-1). Growth limitation of adapted human cell lines does not seem to be associated with depletion of glucose and glutamine, nor with the formation of lactate in inhibitory concentrations. However, in both cases, ammonia production achieved inhibitory concentrations (2 - 5 mM). In general, it was possible to establish human cell cultures that are compatible with reproducible and safe bioprocess conditions and in compliance with good manufacturing practices.