FISICA APPLICATA ALLA BIOMEDICINA E AI BIOMATERIALI

FISICA APPLICATA ALLA BIOMEDICINA E AI BIOMATERIALI

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iten
Codice
87011
ANNO ACCADEMICO
2018/2019
CFU
6 cfu al 2° anno di 9012 FISICA (LM-17) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
FIS/07
SEDE
GENOVA (FISICA)
periodo
1° Semestre
materiale didattico

PRESENTAZIONE

In questo corso si vogliono presentare diversi approcci che prevedono l'uso di metodologie fisiche nei campi della biomedicina e dei biomateriali.

Tali metodologie sono di interesse per l'industria farmaceutica e chimica, ma anche per le ditte produttrici di strumentazione scientifica per la caratterizzazione dei prodotti di tali industrie. 

Il corso si avvarrà di docenti esterni, direttamente legati, o fortemente in contatto, con realtà industriali/aziendali.

 

 

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

La diffrazione di raggi X è stata applicata con successo allo studio della struttura di macromolecole biologiche, come per esempio le proteine. Questi studi strutturali si sono rivelati di fondamentale importanza nella ricerca applicata alla produzione di composti organici e di farmaci in particolare. Di qui l’interesse delle industrie chimiche e farmaceutiche a questa tecnica

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’obiettivo del corso è fornire allo studente una panoramica sulle applicazioni che i metodi tipici della Fisca e delle Scienze dei Materiali trovano in ambiti industriali/produttivi. Alla fine del corso gli studenti avranno acquisito conoscenze sulle tecniche di produzione e caratterizzazione di biomateriali/molecole per utilizzo nel campo farmacologico e dell'ingegneria tissutale e sulle tecniche di dinamica molecolare usate nello sviluppo di nuove molecole farmaco. Inoltre gli studenti acquisiranno conoscenze sulle moderne tecniche di microscopia ottica e sugli approcci usati nel loro sviluppo.

Modalità didattiche


 Il corso prevede lezioni frontali. Una parte consistente del corso verrà tenuta da docenti esterni, coinvolti in diverse realtà industriali/produttive che fanno uso di metodologie tipiche della Fisica e delle Scienze dei Materiali. 

PROGRAMMA/CONTENUTO

Fisica applicata alla  biomedicina e ai biomateriali.

Il corso sarà articolato in 4 parti, solo apparentemente disgiunte tra loro. Approfondimenti su argomenti di particolare interesse per gli studenti saranno forniti dai docenti.

Parte 1: Le cellule e i loro prodotti

La moderna biotecnologia è un punto di incontro di numerose capacità scientifiche e di nuova industrializzazione.  Un punto centrale  dello sviluppo  della tecnologie della conoscenza e    - terra di confine -  di molte discipline tradizionali. E’ un melting pot in cui fisica, chimica, biologia, elettronica   e altro concorrono all’impiego delle cellule come biofabbriche. In questo corso vogliamo  introdurre lo studente  alle applicazioni delle cellule  ed ai loro  prodotti, nel settore medico/farmaceutico. Vuole altresì descrivere  le tecnologie utilizzate allo scopo    con particolare riferimento a quelle fisiche.

1.       Cellule procariotiche, eucariotiche e prodotti : struttura, nicchie ecologiche  e simbiosi , prodotti e  biomateriali (A.Ialuronico , antibiotici, alcaloidi, anticorpi monoclonali e enzimi).

2.       Processi di ottimizzazione : carico metabolico, velocità di crescita, sviluppo di mutanti, processi ricombinanti.

3.       Metodi e tecnologie  di produzione: processi di scale up, struttura dei biorettatori  e relativa tecnologia, downstream.

4.       Variabili e strutture, la modulazione ed il controllo delle crescite cellulari : Temperatura, pH,CO2,DO2,Off-gas, PID, Fuzzy ,Neural, SCADA.

5.       Postgenomica e biologia sintetica : ottimizzazione dei flussi e nuove tecnologie di produzione, il microbioma.

 

 

Parte 2: Metodi di calcolo per l’industria farmaceutica

La moderna industria farmaceutica utilizza ampiamente tecniche di calcolo, tra cui di dinamica molecolare, per prevedere le proprietà di interazioni di molecole farmaco con le loro molecole target. Queste tecniche sono diventate un supporto fondamentale nello sviluppo di nuove formulazioni. In questo corso si introdurranno i principi base della dinamica molecolare, ma si approfondiranno soprattutto gli argomenti di maggiore interesse nel campo del drug design.

1.       Modellizzazione di sistemi molecolari tramite continuum electrostatic

2.       Tecniche computazionali per il calcolo di superfici molecolari e soluzione dell’equazione di Poisson-Boltzmann

3.       Applicazioni del calcolo di superfici molecolari all’analisi della dinamica dei siti di legame di proteine

4.       Fondamenti di meccanica e dinamica molecolare

5.       Simulazioni di dinamica molecolare e importanza del campionamento

6.       Applicazioni della dinamica molecolare nello sviluppo di farmaci

 

Parte 3: Materials for biomedical applications

 

Diversi campi della medicina, dall’ingegneria tissutale alla medicina rigenerativa, fanno uso di nuovi materiali tecnologici. Tali materiali hanno caratteristiche particolari che li rendono adatti all’integrazione con i tessuti biologici. In questa parte del corso si presenteranno le tecniche di produzione e caratterizzazione di materiali pensati per applicazioni biomediche con particolare enfasi al trattamento delle ferite e allo scaffolding neuronale.

1. Nuovi materiali per applicazioni biomediche.

2. Nuovi materiali per il trattamento di ferite e il rilascio controllato di farmaci.

3. Scaffold neuronali, la frontiera dell’ingegneria tissutale.

4. caratterizzazione delle proprietà chimiche dei materiali.

5. caratterizzazione delle proprietà meccaniche dei materiali.

6. interazionecon i sistemi biologici.

 

Parte 4: La moderna microscopia ottica. Introduzione alle tecniche e al  loro sviluppo.

 

La microscopia ottica si è sviluppata nel corso dei secoli e ancora oggi rappresenta uno degli strumenti fondamentali nello studio di materiali e soprattutto di materiali biologici. Moderni sviluppi hanno permesso di superare il limite della risoluzione ottica classica, spingendo l’analisi ottica verso nuove frontiere. L’integrazione con tecniche spettroscopiche ha ulteriormente accresciuto le possibilità offerte a tale tecnica. Si introdurranno gli sviluppi nel campo ella microscopia ottica affermatisi nell’ultimo ventennio. Le lezioni saranno arricchite con esempi sullo studio di sistemi biologici complessi.

 

1. La microscopia ottica moderna

2. Dal DNA alla Cromatina. Affrontare gradi di complessità crescenti in un problema biologico.

3.  La fluorescenza come metodo di contrasto

3. La risoluzione ottica e la superrisoluzione ottica

4. Problematiche tecniche legate allo sviluppo di sistemi di super-risoluzione ottica tra cui microscopia confocale, microscopia di espansione, localizzazione di singola molecola e STED

5. Converging technologies: generazione di seconda armonica, lenti liquide, nanoscopia correlativa, Liquitopy

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: Si potrà fissare un appuntamento scrivendo a canale@fisica.unige.it

Commissione d'esame

CLAUDIO CANALE (Presidente)

ANNALISA RELINI

ALESSANDRA PESCE

ALBERTO GIOVANNI DIASPRO

ORNELLA CAVALLERI

LEZIONI

Modalità didattiche


 Il corso prevede lezioni frontali. Una parte consistente del corso verrà tenuta da docenti esterni, coinvolti in diverse realtà industriali/produttive che fanno uso di metodologie tipiche della Fisica e delle Scienze dei Materiali. 

ESAMI

Modalità d'esame

L'esame sarà orale e verterà sugli argomenti principali presentati nel corso.

Inoltre, un argomento di particolare interesse verrà scelto dallo studente. Lo studente approfondirà l'argomento anche utilizzando materiale didattico fornito dal/dai docenti, con cui lo studente è invitato ad interagire.

Lo studente preparerà una relazione che verrà discussa e commentata in modo approfondito in sede di esame.

Modalità di accertamento

L'accertamento dell'apprendimento avviene alla prova di esame. 
L'esame orale è sempre condotto dal docente responsabile e da un altro esperto della materia (di solito un docente di ruolo). L'esame è articolato in 
1)  un numero prefissato di domande (uguale per tutti gli studenti) che vertono sul programma d’esame e consente alla commissione di giudicare, oltre che la preparazione, il grado di raggiungimento degli obiettivi di comunicazione, autonomia ecc.

2) Presentazione e discussione di una relazione preparata dall' studente su di un argomento specifico.


Con queste modalità, dato che almeno uno dei due docenti ha esperienza pluriennale di esami nella disciplina, la commissione è in grado di verificare con elevata accuratezza il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Quando questi non sono raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente titolare.
La prova orale ha una durata di circa 45 minuti.

Calendario appelli

Data Ora Luogo Tipologia Note
17/09/2019 14:00 GENOVA Orale