TISSUE ENGINEERING AND DRUG TESTING

L'insegnamento ricade tra le attività integrativa caratterizzanti del Corso di Laurea Magistrale in Chimica e Tecnologie Sostenibili - curriculum Chimica Biomolecolare e [CM12] SCIENCE AND TECHNOLOGY OF BIO AND NANOMATERIALS - Laurea magistrale (DM270) percorso comune. In particolare, riguarda le conoscenze di base sull’ingegneria tissutale e la sua applicazione in campo biomedico (medicina rigenerativa) e farmacologico.
Obiettivo formativo dell'insegnamento è quello di fornire conoscenze di base relative a:
1) materiali naturali (linee cellulari, biomacromolecole) e sintetici (biopolimeri) per la creazione di tessuti ingegnerizzati;
2) differenti tecniche e tecnologie usate per la creazione dei biomateriali;
3) modelli tissutali per il drug screening e lo sviluppo di prodotti farmaceutici.
Queste conoscenze sono quindi usate per preparare gli studenti a sviluppare criteri scientifici di base per l'introduzione nel mondo del lavoro con particolare riferimento alle tecnologie fondamentali per lo sviluppo di prodotti farmaceutici e medici atti a riparare o sostituire tessuti danneggiati.

Conoscenza e comprensione
● Conoscere la terminologia di base caratteristica dell’ingegneria tissutale, comprendere i testi specializzati nel settore di riferimento.
● Conoscere i campi di applicazione dell’ingegneria tissutale, i biomateriali coinvolti, le strategie adottate per creare un tessuto bioingegnerizzato, le tecniche di base e i biomateriali coinvolti.
● Conoscere i modelli di studio derivanti dall’ingegneria tissutale usati in campo farmacologico.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
● Saper utilizzare correttamente la terminologia in tutti i processi di applicazione e comunicazione delle conoscenze acquisite.
● Saper distinguere le dfferenti caratteristiche dei biomateriali e discutere le loro proprietà in funzione all’uso destinato. Motivare le tecniche per la produzione dei differenti biomateriali e giustificare le differenti tecniche in base alle caratteristiche chimico-fisiche, biologiche e di destinazione d’uso del tessuto bioingegnerizzato prodotto.
● Saper discutere dei biomateriali in funzione del loro uso in campo farmaceutico, come il drug delivery e drug screening. Saper motivare la scelta di dati biomateriali in funzione delle loro caratteristiche chimico-fisiche e biomimetiche.
3. Capacità di giudizio
● Sviluppare una capacità critica di giudizio nei confronti di risultati e scoperte innovative nel campo dell’ingegneria tissutale. Sapere formulare ed argomentare semplici ipotesi, sviluppando anche un approccio critico alla valutazione di ipotesi alternative.
4. Abilità comunicative
● Sapere comunicare con terminologia appropriata nel campo dell’ ingegneria tissutale
● Sapere confrontarsi con i pari e con il tutor, in modo critico e rispettoso, in aula per approfondire e sviluppare una cultura scientifica nel campo di riferimento.
5. Capacità di apprendimento
● Saper integrare con appunti, articoli e testi di riferimento i contenuti delle slides condivisi dal docente.

E’ consigliabile avere conoscenze di biologia molecolare e cellulare.

Introduzione all’ingegneria tissutale. Cenni storici e panoramica sulle applicazioni correnti e future della tecnica.
Cenni di biologia molecolare della cellula.
Cenni sull’interazione cellule e matrice extracellulare: organizzazione di un tessuto e implicazioni nell’ingegneria tissutale.
Biomateriali nell’ingegneria tissutale. Panoramica sulla matrice extracellulare (ECM): significato biologico, caratteristiche e composizione. I biomateriali ECM-mimetici: classificazione, caratteristiche e funzioni.
Linee cellulari usate per la produzione di tessuti ingegnerizzati. Linee cellulari usate, classificazione, tecniche di isolamento e coltura. Focus sulle cellule staminali, origine, classificazione, tecniche di riprogrammazione cellulare ed uso nell’ingegneria tissutale.
Produzione di tessuti ingegnerizzati in vitro: panoramica, esempi e applicazioni. Bioreattori: definizione, classificazione, tecniche. Fattori di crescita: funzione bioligica, classificazione dei GF più importanti nell’ingegneria tissutale, strategie di incorporazione dei GF nei biomateriali ECM-mimetici.
Sintesi in vivo di tessuti ed organi. Principi, strategie, caratterizzazione delle interazioni impianto-tessuto, biocompatibilità, esempi.
Rigenerazione e sostituzione dei tessuti ingegnerizzati. Ruolo del sistema immunitario e reazioni immunitarie coinvolte nell’impianto di tessuti ingegnerizzati non degradabili a base polimerica. Modelli in vitro per lo studio della risposta immunitaria e sviluppo di strategie per la progettazione di biomateriali non immunogenici. Tumorigenesi post-trapianto: panoramica, fattori di rischio, cause e possibili soluzioni.
Regolatorio ed etica associati all’ingegneria tissutale.
Tecnologie emergenti. Panoramica sulle principali tecnologie per la produzione di tessuti ingegnerizzati: elettrospinning e 3D bioprinting. Esempi di biopolimeri usati. Colture cellulari 3D: sferoidi e organoidi, tecniche e applicazioni in campo biomedico e farmaceutico.
Organ-on-chip: panoramica, classificazione, modelli di microfluidica. Applicazioni nella ricerca farmaceutica, medica e nella medicina personalizzata.
Tessuti ingegnerizzati nel campo farmaceutico. Panoramica con focus sui temi drug delivery e drug screening. Modelli e biomateriali usati.

Principles of Tissue Engineering
Editors: Robert Lanza, Robert Langer, Joseph P. Vacanti, Anthony Atala

Essential cell biology : an introduction to the molecular biology of the cell
Editors: Bruce Alberts et al.

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso una prova orale. Sarà valutata la padronanza nella esposizione degli obiettivi del corso. In particolare, verranno valutate le conoscenze relative all’organizzazione dei tessuti, alla loro bioingegnerizzazione e utilizzo. Durante la prova orale non è ammesso l'uso di libri, appunti e supporti elettronici.

L'insegnamento è organizzato in:
- lezioni frontali dove verranno esposti attraverso proiezione di slide i contenuti del corso.
- domande reciproche tra il docente e gli studenti per la verifica dell'apprendimento e l'applicazione degli argomenti trattati.

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