Obiettivi formativi
Conoscenze sulle interazioni intercellulari finalizzate ad apprendere i principi per la progettazione di soluzioni biomimetiche per l’ingegnerizzazione dei tessuti
Conoscenze delle varie tipologie di biobanche e delle loro finalità nel campo biomedico.
Conoscenze dei metodi di isolamento e purificazione di popolazioni cellulari provenienti da tessuti e liquidi biologici di soggetti umani.
Conoscenze delle tecniche di immunofenotipizzazione e di ingegnerizzazione di sensori e sonde finalizzate allo studio dell’organizzazione morfologica e funzionale dei tessuti ingegnerizzati
Conoscenza delle soluzioni tecnologiche più innovative applicate in campo biomedico per espansione cellulare, produzione di tessuti ingegnerizzati e “organ-on-chip”, studi di comportamento cellulare (motilità, proliferazione, differenziazione e morte cellulare), studi di sviluppo tissutale, saggi di attività biologica dei farmaci (drug discovery, screening and potency assays) e modellazione in vitro di tessuti umani sani e patologi (in vitro modeling of healthy and diseased tissues)
Capacità critica di selezionare le sorgenti cellulari e le tecniche più appropriate per l’elaborazione di scaffolds con determinate specifiche in termini di struttura, composizione, attività biologica e riproducibilità.
Capacità di elaborare soluzioni progettuali innovative e originali per la rigenerazione di specifici tessuti sani o patologici, attraverso l’analisi critica delle varie strategie presentate durante il corso.
Conoscenza delle norme di sicurezza per l’accesso ai laboratori finalizzate alle esercitazioni pratiche in laboratorio
Conoscenza delle differenti tipologie delle biostampanti 3D e loro applicazioni specifiche.
Conoscenza delle differenti tipologie di bioreattori e loro applicazioni specifiche.
Capacità critica di saper programmare in laboratorio il funzionamento della biostampante TissueStart™ 3D per riprodurre scaffolds in grado di mimare più fedelmente i tessuti umani che si vogliono riprodurre.
Capacità critica di saper progettare ed allestire autonomamente in laboratorio un bioreattore fluidico multicompartimentale modulare in base all’organo o al tessuto biologico che si vuole riprodurre
Prerequisiti
Conoscenze di base della biologia e fisiologia cellulare.
Conoscenze di base di istologia ed embriologia
Conoscenze di bioingegneria cellulare.
Conoscenze di base di chimica generale chimica organica e biochimica.
Contenuti dell'insegnamento
Il Corso approfondisce i concetti di base, le procedure e lo sfruttamento ai fini conoscitivi di metodiche
per ricreare in vitro complessi modelli cellulari tridimensionali, in linea con i più recenti sviluppi delle
tecniche di ingegneria tissutale volte alla ricostruzione di tessuti ed organi in coltura (area scientifica
identificata dai termini “in vitro tissue engineering” e “organ-on-chip”) tramite i quali poter analizzare più
dettagliatamente aspetti chiave della composizione, architettura e meccanica dei tessuti del corpo
animale ed umano. E’ ampiamente riconosciuto come tali modelli possano fornire inediti strumenti per
ricapitolare i processi di formazione e organizzazione di tessuti in vivo e pertanto offrire nuovi modelli di
studio sia nel campo della biologia di base che in quella traslazionale permettendo di ovviare alla
sperimentazione animale.
Il Corso richiama inizialmente gli elementi fondamentali alla base dell’organizzazione multicellulare e
tissutale, con particolare riferimento ai fenomeni che permettono alle singole cellule di assemblare
strutture pluristratificate tramite interazioni reciproche e con il loro microambiente. Questo avvalendosi
di segnalazioni attivate mediante tali interazioni e propagate a livello chimico e biomeccanico
(“mechanotransduction”) all’interno della cellula. Il Corso riprende quindi i principali meccanismi cellulari
e molecolari ritenuti cruciali per la morfogenesi, la differenziazione, l’omeostasi e rigenerazione dei
tessuti di organismi vertebrati per giungere all’uomo.
Il Corso intende fornire una dettagliata descrizione delle più attuali tecniche e procedimenti per la
ricostruzione di strutture multicellulari in vitro approfondendo vari aspetti di questi approcci, a partire
dalla selezione, isolamento e manipolazione degli elementi cellulari con i quali avviare il procedimento e
a finire ai metodi di analisi dei tessuti/organi ricreati.
Saranno quindi descritti le caratteristiche e proprietà di elementi cellulari reperibili dalle biobanche e
altre simili fonti, i metodi di isolamento e purificazione di specifiche popolazioni cellulari di interesse
provenienti da tessuti e liquidi biologici e i materiali e dispositivi da impiegare nell’implementazione di
colture cellulari/tissutali in fase statica e dinamica.
Particolare attenzione sarà data alla descrizione dei supporti impiegabili per promuovere la ricostruzione
tridimensionale di strutture cellulari pluristratificate e la loro assunzione di organizzazioni topologiche e
architettoniche corrispondenti a vari tessuti del corpo animale e umano, o di specifici organi. Saranno
infine illustrato lo spettro di tecniche per lo studio e il monitoraggio a livello molecolare, cellulare,
istologico, organologico e funzionale delle diverse popolazioni cellulari costituenti i tessuti/organi
ingegnerizzati, contemplando sia metodi di analisi collettive che a livello della singola cellula.
Nel corso sono contemplate anche delle esercitazioni di laboratorio ove gli studenti apprenderanno
come allestire i bioreattori.
Programma esteso
- Interazioni inter-cellulari alla base dell’assemblaggio pluristratificato
- Proprietà chimiche, fisiche, meccaniche e biologiche di scaffolds e biomateriali
- Tecniche convenzionali e avanzate per la fabbricazione di scaffolds
- Rilascio di molecole bioattive
- Interazione cellula/biomateriale
- Scaffolds e biomateriali di supporto tessuto-specifici
- Reperibilità delle sorgenti cellulari, metodi di isolamento e purificazione di popolazioni cellulari
provenienti da tessuti e liquidi biologici di soggetti umani.
- Dispositivi e i metodi per le colture statiche e dinamiche (bioreattori) di cellule e tessuti in
laboratorio
- Campi di applicazione dei modelli 3D biomimetici
- Scaffolds per la ricreazione di specifici tessuti
- Tecniche di coltura in bioreattore, esempi e applicazioni
- Tecniche di immunofenotipizzazione e di ingegnerizzazione di sensori e sonde finalizzate allo
studio dell’organizzazione morfologica e funzionale dei tessuti ingegnerizzati
- Allestimento in laboratorio di bioreattori fluidici multicompartimentali modulari
Programmazione, funzionamento e applicazioni della stampante TissueStart™ 3D
Bibliografia
Slides presentate a lezione
Articoli scientifici di approfondimento forniti dal docente
Metodi didattici
Lezioni frontali in aula con proiezione di slides
Visite guidate in laboratorio
Esercitazioni in laboratorio: Allestimento in laboratorio di bioreattori fluidici multicompartimentali modulari
Programmazione, funzionamento e applicazioni della stampante TissueStart™ 3D
Modalità verifica apprendimento
Per la valutazione finale dello studente la commissione valuterà i seguenti requisiti: livello di conoscenza degli argomenti oggetto delle domande, capacità di esposizione, capacità di ragionamento, creatività e di collegamento con altri argomenti del Corso di Studi, attraverso una verifica scritta o orale a domande aperte.
La prova scritta consisterà in tre domande a risposta aperta due delle quali riguarderanno gli argomenti svolti nelle lezioni frontali del corso mentre la terza riguarderà gli argomenti trattati nelle esercitazioni pratiche di laboratorio.
E' attribuito un punteggio massimo pari a “10 punti” per ogni risposta aperta corretta che tratta degli argomenti svolti nelle lezioni frontali e un punteggio massimo pari a “12 punti” per la risposta aperta corretta che tratta degli argomenti affrontati nelle esercitazioni pratiche di laboratorio.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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