ADVANCED ANALYTICAL TECHNIQUES OF BIOMATERIALS FOR BIOMEDICAL APPLICATIONS

La principale caratteristica di questo corso risiede nell'avere un forte ca-rattere d’interdisciplinarietà unendo le scienze di base a quelle applicate in diverse discipline scientifiche. Le discipline di base come Chimica, Fisica, Progettazione Molecolare, Medicina e Scienza dei Materiali saranno collegate alle discipline applicate di Diagnostica, Biologia cellulare, Microbiologia e Chimica degli alimenti. Questo corso sarà incentrato sulla spettroscopia Raman per fornire agli studenti nozioni avanzate sull'emergente campo di ricerca interdisciplinare denominato "Medical Molecular Imaging", come nuova estensione del più ampio campo della medicina molecolare, originariamente proposto da Linus Pauling nel mezzo del secolo scorso. La ricerca in Medical Molecular Imaging mira a visualizzare la dinamica a livello molecolare dei fenomeni biologici.

Questo corso mira a fornire agli studenti una nuova prospettiva interdi-sciplinare finalizzata a produrre futuri leader in nuovi campi di ricerca che abbinano nozioni avanzate di biochimica, bioinformatica e progetta-zione molecolare alla conoscenza e alla pratica medica. L'obiettivo prin-cipale del corso è di chiarire gli aspetti fisiologici dei tessuti duri e molli, delle cellule eucariotiche, dei batteri, dei funghi patogeni e dei virus, del-la fisiopatologia delle malattie infettive emergenti e delle malattie legate all'età, aprendo così la strada a diagnostica e trattamenti di nuova genera-zione basati sui nuovi strumenti Raman portatili adatti per la diagnosi precoce in loco nel follow-up immediato delle procedure ambulatoriali. Quest’approccio interdisciplinare alla scienza medica prepara gli studenti alla ricerca collaborativa con i medici.

Non ci sono prerequisiti specifici, ma ci si aspetta che gli studenti abbiano nozioni di base di chimica, fisiologia cellulare e microbio-logia. Il corso fornirà percorsi logici per comprendere i contenuti prima di procedere nei dettagli applicativi.

(1) Breve introduzione alla spettroscopia Raman
• L’effetto Raman e la sua origine quantistica
• Applicazioni della spettroscopia Raman
• Analisi di stress con la spettroscopia Raman
• Medicina Molecolare e spettroscopia Raman

(2) La spettroscopia Raman in ortopedia: Parte I
• Analisi Raman della struttura dell’osso in salute e malattia
• Analisi Raman della cartilagine articolare in salute e malattia

(3) La spettroscopia Raman in ortopedia: Parte II
• La protesi dell’anca
• Teste femorali in ceramica e coating ceramici

(4) La spettroscopia Raman in ortopedia: Parte III
• Polietilene ad altissimo peso molecolare per coppe acetabolari
• Sliding di teste femorali ceramiche contro coppe acetabolari in po-lietilene

(5) La spettroscopia Raman in odontoiatria: Parte I
• Analisi Raman delle strutture di smalto e dentina in salute e malat-tia
• Raman imaging di carie dentali

(6) La spettroscopia Raman in odontoiatria: Parte II
• Analisi Raman di batteri sopra e sotto gengivali ed il loro compor-tamento metabolico
• Analisi Raman ed imaging del biofilm dentale

(7) La spettroscopia Raman in odontoiatria: Parte III
• Identificazione e Raman imaging di specie orali di Candida
• Identificazione via Raman barcode di specie orali di Candida

(8) La spettroscopia Raman in biologia cellulare e microbiologia: Parte I
• Spettroscopia Raman delle cellule neuronali
• Raman imaging di cellule neuronali viventi in network neuronali
• In situ analisi molecolari di mielinizzazione dei nervi periferici

(9) La spettroscopia Raman in biologia cellulare e microbiologia: Parte II
• Interazione chimica tra osteoblasti e substrati ceramici
• Interazione chimica tra batteri e substrati ceramici

(10) La spettroscopia Raman in biologia cellulare e microbiologia: Parte III
• Classificazione e Raman barcoding di specie patogene di Candida
• Monitoraggio in situ dell’effetto di antimicotici su specie patogene di Candida

(11) La spettroscopia Raman in virologia: Parte I
• Monitoraggio Raman di pattern virali e inoculazione cellulare
• Speciazione Raman di virus influenzali
• Interpretazione di Raman fingerprints per interazioni virus-host

(12) La spettroscopia Raman in virologia: Parte II
• Speciazione Raman e codice a barre di varianti SARS-CoV-2
• Monitoraggio Raman dei meccanismi d’inattivazione di varianti SARS-CoV-2 dovute a idrolisi di nitruro di silicio

(13) La spettroscopia Raman nell’analisi degli alimenti: Parte I
• Analisi Raman non-distruttive del valore nutrizionale del riso
• Studio comparativo di diverse specie di riso Giapponese

(14) La spettroscopia Raman nell’analisi degli alimenti: Parte II
• Comparazione tra famose specie di risi Giapponesi e stranieri
• Analisi Raman degli zuccheri nella frutta

(15) Il futuro della spettroscopia Raman nella medicina molecolare e nell’analisi degli alimenti; Q&A time

Data la natura avanzata dei contenuti, non sono previsti libri di testo specifici per questo corso. Gli studenti saranno indirizzati a bibliografia pubblicata e review articles al termine di ogni lezione. Un possibile testo sui biomateriali per le articolazioni artificiali dell'anca potrebbe essere:

G. Pezzotti, Advanced Materials for Joint Implants, Stanford Publ., New York (2013):
https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/b15454/advanced-materials-joint-implants-giuseppe-pezzotti

Sarà richiesta la presenza alle lezioni e la presentazione di una serie di tre successive relazioni scritte sui contenuti (1)~(4), (5)~(9), e (10)~(14); ogni rapporto deve essere presentato entro due settimane dalle lezioni (4), (9) e (14). Il voto finale sarà la media aritmetica dei voti ottenuti sulle tre relazioni, contando per l'80% del punteggio, mentre il restante 20% sarà assegnato proporzionalmente al numero delle presenze. In caso di mancata presentazione di un report, il report non inoltrato sarà conteggiato zero. La mancata presentazione di due o tre relazioni comporterà la bocciatura automatica nel corso.
La valutazione sarà effettuata valutando tre relazioni scritte che dovranno essere presentate dagli studenti in tempi prestabiliti.

Lezioni in remoto e Q&A

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scritto