BIOTHERAPEUTICS AND BIOCOMPATIBLE DRUG DELIVERY SYSTEMS

Il corso di "Biotherapeutics and biocompatible drug delivery systems" è una delle attività formative del corso di dottorato in Scienza e Tecnologia dei Biomateriali e dei Nanomateriali ed è suddiviso in due moduli: "Biotherapeutics" (modulo A) e "Biocompatible drug delivery systems" (modulo B). Il modulo A consente agli studenti di acquisire i concetti principali relativi alle proprietà, sviluppo e applicazioni delle principali biomacromolecole terapeutiche e delle terapie basate sull'utilizzo di cellule. Il modulo B consente agli studenti di acquisire le conoscenze sullo sviluppo di materiali e tecniche nell'ambito di analisi chimico-fisico-biologiche utili per lo sviluppo di biotecnologie e nanotecnologie.

Lo scopo del modulo A ("Biotherapeutics") è di introdurre gli studenti ai bioterapici, biomacromolecole ingegnerizzate e cellule sviluppate mediante processi biologici che coinvolgono tecnologie ricombinanti. Particolare attenzione sarà dedicata alle proprietà e alle metodologie utilizzate per sviluppare la maggior parte delle biomacromolecole (e.g. acidi nucleici, peptidi e proteine) e cellule (e.g. cellule del sistema immunitario, cellule staminali, globuli rossi) attualmente utilizzate nella clinica. Si suppone che gli studenti siano in grado di apprezzare i vantaggi e gli svantaggi delle diverse bioterapie e di essere in grado di riconoscere e valutare, attraverso un'analisi critica, quale formato molecolare possa essere più adatto per una determinata terapia.
Lo scopo del modulo B ("Biocompatible drug delivery systems") è quello di fornire agli studenti le conoscenze sull'applicazione dei bionanomateriali alla terapia del cancro. Gli studenti sono indirizzati nella comprensione delle strategie effettive per lo sviluppo di terapie mirate e di chemioterapie mediante l’utilizzo di nanomateriali per i pazienti oncologici. Analizzando gli eventi storici, gli studenti acquisiscono la logica dei passi chiave affrontati dagli scienziati per superare le attuali barriere biologiche e come affrontare le incomprensioni e le insidie che sono ancora presenti.

Conoscenze di base di nanomateriali, farmacologia, biologia molecolare, chimica biologica, biologia strutturale e cellulare.

I contenuti del Modulo A includono:
• Peptidi terapeutici: vantaggi e svantaggi. Peptidi derivati da prodotti naturali come punti di partenza per la scoperta di nuovi farmaci. Uso della peptidomica per l'identificazione di nuovi peptidi. Tecnologie di evoluzione diretta per la scoperta dei farmaci a base peptidica: phage display, mRNA display e display ribosomiale. Peptidi stabilizzati. Strategie per estendere l'emivita dei peptidi.
• Terapie basate su citochine: benefici e limitazioni. Interleuchine approvate per la terapia. Ingegnerizzazione di citochine per la terapia.
• Proteine non anticorpali per la terapia: benefici e limitazioni. Strategie per la generazione di farmaci basati su proteine non anticorpali. Esempi di proteine non anticorpali per applicazioni terapeutiche, diagnostiche e biotecnologiche.
• Anticorpi terapeutici: proprietà e modalità di azione. Ingegneria multidimensionale degli anticorpi: legame dell'antigene, legame del recettore Fc e modularità. Anticorpi multi-specifici. Frammenti di anticorpi. Anticorpi coniugati a farmaci citotossici (ADC).
• Terapie basate sulle cellule. Terapia cellulare basata su: i) linfociti infiltranti il tumore (TIL), ii) cellule T ingegnerizzate che esprimono i recettori dell'antigene chimerico (CAR-T), iii) cellule natural killer (NK), iv) macrofagi, v) cellule staminali e vi) cellule dendritiche (DC). Approcci terapeutici specifici dell'antigene per l'autoimmunità. Terapie basate sui globuli rossi.
• Acido nucleici terapeutici: vantaggi e svantaggi. Principio dell'evoluzione sistematica dei ligandi per arricchimento esponenziale (SELEX). DNA, aptameri di RNA. Oligonucleotide antisenso (AON). Interferenza dell'RNA (RNAi). Ribozimi.

I contenuti del Modulo B includono:
• Chemioterapia - una panoramica storica con esempi incentrati sullo sviluppo e l'applicazione di ciclofosfamide, acido folico, alcaloidi della vinca, taxani e cisplatino.
• Terapie mirate - sviluppo e applicazione di imatinib, gefitinib e bevacizumab.
• Caratteristiche dei tumori - un'analisi dei principi che regolano la complessità del cancro: segnali di proliferazione cellulare, elusione dei soppressori della crescita, resistenza alla morte cellulare, immortalità replicativa, induzione dell'angiogenesi, attivazione dell'invasione e della metastasi, riprogrammazione del metabolismo energetico ed elusione del sistema immunitario.
• Barriere nel trasporto dei farmaci – i principi della nanomedicina e delle barriere biologiche: targeting passivo vs attivo, sistema fagocitario mononucleare, distribuzione non specifica delle nanoparticelle, limitazioni emoreologiche, pressione intratumorale, internalizzazione cellulare delle nanoparticelle, via endosomiale e meccanismi di resistenza.
• Incomprensioni e insidie nel trasporto dei farmaci - errori e sottostime comuni nei test biologici sulle nanoparticelle: extravasazione delle nanoparticelle, penetrazione nei tessuti e formulazioni; differenza tra modelli murini e umani; approcci alle metastasi; terapia personalizzata.
• Doxil, una storia di successo - razionale per lo sviluppo di un farmaco liposomiale: rilascio lento di farmaci, accumulo nel tumore, legame con le proteine, interazioni con il RES, filtrazione glomerulare, permeabilità alla microvascolatura, trasporto extravascolare; tecnologia stealth e caricamento remote del farmaco; applicazioni in clinica.
• Tecnologia CRISPR / CAS9 - una panoramica storica; sistemi batterici CRISPR-CAS; tecnologia CRISPR nell'uomo; Applicazioni e limitazioni nel cancro.

Tutto il materiale necessario sarà fornito in classe.

La valutazione dell'apprendimento avviene mediante una breve presentazione orale. L'obiettivo dell'esame consiste nel verificare e valutare la capacità dello/della studente/studentessa di includere almeno un contenuto del corso nel proprio attuale progetto di ricerca di dottorato. Lo/a studente/studentessa deve dimostrare un pensiero critico e la capacità di esporre l'argomento in modo formale e conciso usando un linguaggio scientifico appropriato. La partecipazione costante e attiva alle lezioni verrà presa in considerazione nella valutazione finale.

L'insegnamento è organizzato in lezioni frontali teoriche in aula. Durante le lezioni verranno utilizzate presentazioni in PowerPoint. Il materiale didattico è presente e scaricabile dalla piattaforma di e-learning Moodle dell'Università.

Inglese

Lingua insegnamento: Inglese

orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile