Personalized medicine and the clinical laboratory / Medicina personalizada e o laboratório clínico

Personalized medicine is the use of biomarkers, most of them molecular markers, for detection of specific genetic traits to guide various approaches for preventing and treating different conditions. The identification of several genes related to heredity, oncology and infectious diseases lead to the detection of genetic polymorphisms that are involved not only in different clinical progression of these diseases but also in variations in treatment response. Currently, it is possible to detect these polymorphisms using several methodologies: detection of single nucleotide polymorphisms using polymerase chain reaction methods; nucleic acid microarray detection; and nucleic acid sequencing with automatized DNA sequencers using Sanger-derived methods and new generation sequencing. Personalized medicine assays are directed towards detecting genetic variations that alter interactions of drugs with targets or the metabolic pathways of drugs (upstream and downstream) and can be utilized for the selection of drug formulations and detect different immunogenicities of the drug. Personalized medicine applications have already been described in different areas of Medicine and allow specific treatment approaches to be applied to each patient and pathology according to the results of these assays. The application of such a protocol demands an increasing interaction between the clinical laboratory and the clinical staff. For its implementation, a coordinated team composed of basic researchers and physicians highly specialized in their areas supported by a highly specialized team of clinical analysts particularly trained in molecular biology assays is necessary.

Medicina personalizada é o uso de biomarcadores, em sua maioria marcadores moleculares, para a detecção de traços genéticos específicos, a fim de orientar diversas abordagens para a prevenção e o tratamento de diferentes doenças. A identificação de vários genes relacionados a doenças hereditárias, oncológicas e infecciosas permite a detecção de polimorfismos genéticos que estão envolvidos em diferentes evoluções clínicas dessas doenças, bem como com variações na resposta ao tratamento. Atualmente, já é possível detectar esses polimorfismos utilizando diversas metodologias: a detecção de polimorfismos de nucleotídeo único pela reação de polimerização em cadeia; a detecção de microarranjos de ácidos nucleicos; e o sequenciamento de ácidos nucleicos com sequenciadores de DNA automatizados usando métodos derivados de sequenciamento Sanger ou de nova geração. Os ensaios de medicina personalizada são dirigidos para detectar variações genéticas que alteram interações de fármacos com alvos ou vias metabólicas de fármacos (anabólicas e catabólicas), podendo ser utilizados para a seleção de formulações farmacêuticas e para detectar diferentes imunogenicidades da droga. As aplicações de medicina personalizada já foram descritas em várias áreas da Medicina e permitem que abordagens de tratamento específicas sejam aplicadas para cada paciente e para cada doença, de acordo com os resultados dos ensaios utilizados. A aplicação de um protocolo desse tipo exige uma relação intensa entre o laboratório e o corpo clínico. Para sua execução, é necessária uma equipe coordenada, composta por investigadores de pesquisa básica e médicos altamente especializados em suas áreas, apoiada por um time bastante especializado de analistas clínicos treinados em testes de biologia molecular.

Biología molecular en medicina: nuevas estrategias que originan nuevos desenlaces / Molecular biology at medicine: new strategies that leads to new outcomes

El avance científico y tecnológico de la biología molecular en el mundo trajo un nuevo abordaje de los problemas biológicos, que ha permitido dar paso a una nueva etapa de la investigación científica en la biología, la química y la física, así como a nuevas prácticas en la medicina. El uso de las herramientas de la biología molecular como apoyo diagnóstico en un amplio número de enfermedades infecciosas y de base genética es uno de los campos que mayor desarrollo tiene actualmente en la medicina. Esta área de la práctica médica se circunscribe en el uso de la información genética (ADN y ARN) de los individuos para el diagnóstico y tratamiento de la enfermedad desde la patología molecular y la terapia génica, y actualmente, en el control y prevención de las mismas desde la identificación de factores de riesgo y el uso de esta información en la epidemiología molecular. Este módulo da inicio a una completa selección de temas de medicina y biología molecular que introducirán al lector en el qué, por qué y para qué de las herramientas de la biología molecular que se usan actualmente en los mejores laboratorios clínicos y de investigación en el mundo para la prevención, apoyo diagnóstico y terapéutica de un amplio número de enfermedades.

Scientific and technological development of molecular biology in the world generated a new approach in the biological problems, which have opened a new era of scientific research in biology, chemistry, and physics, as well as to new procedures in medicine. The use of molecular biology tools in diagnosis of a wide range of infectious and genetic diseases is currently the base that supports the medical practice. This area of medicine is related with the genetic information use (DNA and RNA), of the subjects for diagnosis and treatment of the disease since molecular pathology and gene therapy, and the control and prevention of disease with the risk factors identification and the use of this information in the molecular epidemiology. This article is the beginning to a reviews series of molecular biology and medicine, that will introduce the reader in the what, why and how of the molecular biology tools currently used in clinical and research laboratories in the world for the prevention, diagnosis, and therapeutic support of a wide number of diseases.

Molecular medicine: a path towards a personalized medicine / Medicina molecular: um passo em direção à medicina personalizada

Psychiatric disorders are among the most common human illnesses; still, the molecular and cellular mechanisms underlying their complex pathophysiology remain to be fully elucidated. Over the past 10 years, our group has been investigating the molecular abnormalities in major signaling pathways involved in psychiatric disorders. Recent evidences obtained by the Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Medicina Molecular (National Institute of Science and Technology - Molecular Medicine, INCT-MM) and others using behavioral analysis of animal models provided valuable insights into the underlying molecular alterations responsible for many complex neuropsychiatric disorders, suggesting that "defects" in critical intracellular signaling pathways have an important role in regulating neurodevelopment, as well as in pathophysiology and treatment efficacy. Resources from the INCT have allowed us to start doing research in the field of molecular imaging. Molecular imaging is a research discipline that visualizes, characterizes, and quantifies the biologic processes taking place at cellular and molecular levels in humans and other living systems through the results of image within the reality of the physiological environment. In order to recognize targets, molecular imaging applies specific instruments (e.g., PET) that enable visualization and quantification in space and in real-time of signals from molecular imaging agents. The objective of molecular medicine is to individualize treatment and improve patient care. Thus, molecular imaging is an additional tool to achieve our ultimate goal.

Os transtornos psiquiátricos estão entre as doenças humanas mais comuns. Os mecanismos celulares e moleculares subjacentes à sua complexa fisiopatologia ainda não estão totalmente esclarecidos. Nosso grupo está envolvido na investigação de anormalidades moleculares nas principais vias de sinalização das doenças psiquiátricas nos últimos 10 anos. Evidências recentemente obtidas pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Medicina Molecular (INCT-MM), utilizando análise comportamental de modelos animais, forneceram informações valiosas sobre as alterações moleculares subjacentes responsáveis por muitos distúrbios neuropsiquiátricos complexos, sugerindo que os "defeitos" nas vias de sinalização intracelular têm um papel importante na regulação do neurodesenvolvimento, bem como na fisiopatologia e eficácia do tratamento. Recursos do INCT nos permitiram iniciar pesquisas na área de imagem molecular. A imagem molecular é uma disciplina de investigação que visualiza, caracteriza e quantifica processos biológicos que ocorrem em níveis celular e molecular em seres humanos, e em outros sistemas vivos, através dos resultados de imagem dentro da realidade do ambiente fisiológico. A fim de reconhecer alvos, a imagem molecular aplica instrumentos específicos (PET, por exemplo) que permitem a visualização e quantificação em espaço e tempo real dos sinais dos agentes de imagem molecular, fornecendo medições de processos a nível molecular e celular. O objetivo da medicina molecular é individualizar o tratamento e melhorar a assistência ao paciente. Desse modo, a imagem molecular consiste em mais uma ferramenta para atingirmos nosso objetivo final.