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 sarà effettuata tramite una prova orale, durante la quale verranno valutate le seguenti competenze:
Padronanza degli Argomenti Teorici: Conoscenza e comprensione dell'impatto delle sostanze inquinanti sugli ecosistemi, dei criteri per determinare quando una sostanza contaminante diventa inquinante e delle metodologie previsionali per valutare l'esposizione, gli effetti degli inquinanti e la stima del rischio ambientale.
Capacità di Analisi e Applicazione Pratica: Abilità del candidato nell’applicare i concetti teorici a casi specifici di contaminazione e inquinamento, con particolare attenzione alla valutazione dell'esposizione e del rischio.
Capacità di Esposizione e Comunicazione: Chiarezza nell'esposizione, organizzazione logica del discorso e abilità nel rispondere in modo efficace e strutturato alle domande.
Il voto finale sarà calcolato sulla base dei punteggi ottenuti in ciascuna di queste tre aree, secondo i seguenti criteri:
18-23: Conoscenze di base adeguate, ma con alcune incertezze nell’esposizione. Lo studente dimostra una comprensione generale degli argomenti, evidenziando lacune o difficoltà nell’applicazione pratica.
24-26: Conoscenze solide e capacità di applicare i concetti in modo corretto. Esposizione chiara, con buona padronanza della terminologia e delle applicazioni pratiche.
27-29: Ottima comprensione e capacità di collegare e integrare i concetti teorici e pratici. Presentazione fluida, precisa e ben strutturata.
30 e 30L: Conoscenza esaustiva, esposizione impeccabile e capacità di analizzare criticamente e stabilire collegamenti complessi. La lode viene assegnata per performance eccezionali, dimostrando abilità superiori alla media.
Durante la prova orale non è consentito l'uso di libri, appunti o dispositivi 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