biotecnologie mediche e medicina molecolare

Acquisire le conoscenze di base relative alla struttura e alla funzione dei genomi eucariotici, procariotici e virali e le competenze elementari sui principali strumenti bioinformatici per la loro analisi finalizzata alle applicazioni nell’ambito delle Biotecnologie Mediche e della Medicina Molecolare

Acquisizione di adeguate conoscenze della struttura e delle proprietà funzionali dei genomi di procarioti ed eucarioti, e degli strumenti sperimentali e bioinformatici propedeutici alla loro caratterizzazione

Gli studenti acquisiranno adeguate competenze e strumenti di comunicazione scritta e orale, in lingua italiana e in inglese, finalizzata allo scambio di idee, informazioni, dati e metodologie con interlocutori specialisti e non specialisti. In particolare, acquisiranno abilità comunicative specifiche per confrontarsi e lavorare in gruppo con esperti sia in ambito clinico che tecnologico (informatici, ingegneri, etc.) allo scopo di sviluppare gli approcci multidisciplinari necessari allo sviluppo di pratiche di Medicina di Precisione.

Gli studenti acquisiranno adeguate capacità di apprendimento e approfondimento di ulteriori competenze tramite consultazione di materiale bibliografico o comunque disponibile in rete per un aggiornamento continuo sullo sviluppo delle conoscenze e metodologie nell’ambito delle Biotecnologie Mediche.

Lezioni frontali (4 CFU)
1. Caratteristiche strutturali e funzionali dei genomi procariotici: forma, dimensioni, composizione in basi e codon usage, contenuto in geni e loro organizzazione. Le banche dati dedicate ai genomi microbici. I genomi virali.
2. Caratteristiche strutturali e funzionali dei genomi eucariotici: forma, dimensioni, composizione in basi e codon usage, contenuto in geni e loro organizzazione, famiglie geniche. Caratteristiche e funzioni della porzione del genoma non codificante: geni per rRNA, tRNA e altri RNA non codificanti proteine.
3. Struttura e organizzazione dei genomi virali
4. Il genoma mitocondriale dei metazoi e delle piante: origine evolutiva e teoria endosimbiontica, struttura, contenuto genico, dimensioni, meccanismi per la sua replicazione ed espressione.
5. Il genoma dei cloroplasti: cenni su dimensioni, struttura, contenuto genico e organizzazione genica.
6. I progetti genomici: strategie di sequenziamento attraverso approcci shotgun e gerarchico.
7. Il trascrittoma: concetti di base e metodologie di analisi dell’espressione genica.
8. Tecnologie di seconda e terza generazione per il sequenziamento massivo.
9. Applicazioni del sequenziamento massivo: sequenziamento e ri-sequenziamento dei genomi; analisi dell’esoma e identificazione di mutazioni patogeniche; analisi della frazione codificante e non codificante del trascrittoma; studio delle interazioni proteina-acidi nucleici e caratterizzazione delle proprietà epigenetiche (metilazione del DNA e modificazioni istoniche); analisi del microbioma di campioni clinici e ambientali con approcci metagenomici.
Esercitazioni (2 CFU)
1. Le banche dati di biosequenze: natura e struttura dei dati nelle risorse EMBL e GenBank e sistemi per la loro interrogazione (ENTREZ).
2. Strumenti per la ricerca di similarità in banche dati: BLAST.
3. Sistemi per “navigare” nei dati genomici: i browser Ensembl e UCSC.
4. Metodi bioinformatici per lo studio dei genomi attraverso approcci di Next Generation Sequencing:
a. Genome Assembly;
b. Single Nucleotide Variant Calling.
5. Metodi bioinformatici per lo studio del trascrittoma attraverso approcci di Next Generation Sequencing:
a. caratterizzazione dei trascritti ed analisi statistica
6. Approcci bioinformatici per la caratterizzazione delle comunità microbiche attraverso gli approcci metagenomici:
a. Analsisi di dati di metabarcoding;
b. Analisi di dati di Shotgun Metagenomics

Valutazione dell’acquisizione dei contenuti del corso e della proprietà di linguaggio nella esposizione dei contenuti del corso.

1) Testo principale: “Fondamenti di Bioinformatica” – Manuela Helmer Citterich, Fabrizio Ferrè, Giulio Pavesi, Chiara Romualdi, Graziano Pesole; Zanichelli
2) “Biologia Molecolare” - F. Amaldi, P. Benedetti, G. Pesole, P. Plevani; Casa Editrice Ambrosiana, Terza edizione, 2018
3) “Tecniche e Metodi per la Biologia Molecolare” - F. Amaldi, P. Benedetti, G. Pesole, P. Plevani; Casa Editrice Ambrosiana, 2020

Acquisire conoscenze di base sulla regolazione degli assi endocrini e sui meccanismi alla base della fisiopatologia endocrina. Acquisire conoscenze circa il ruolo delle biotecnologie nello studio della fisiopatologia endocrina.

Conoscere e comprendere i meccanismi di regolazione del sistema endocrino, i meccanismi di azione dei fattori ormonali, i meccanismi molecolari alla base dell’insorgenza e della progressione delle principali patologie endocrino- metaboliche e i meccanismi di azione dei farmaci ipoglicemizzanti quali strumenti di prevenzione e strategia terapeutica.

Applicare le conoscenze apprese alle attività svolte in laboratori di ricerca o diagnostici in ambito endocrinologico.

Autonomia di giudizio: Individuare gli aspetti centrali delle problematiche legate alla ricerca in campo endocrinologico e ricondurli a schemi acquisiti o proporre soluzioni innovative.
Abilità comunicative: Acquisire abilità comunicative per trasferire in modo chiaro ed efficace idee, informazioni, dati e metodologie, sia in forma scritta che orale, inerenti le biotecnologie applicate alla fisiopatologia endocrina
Capacità di apprendere in modo autonomo: Acquisire sufficienti capacità di apprendimento e approfondimento di tematiche di ricerca inerenti la fisiopatologia endocrina, tramite la consultazione di materiale bibliografico in forma cartacea ed elettronica.

Generalità sui sistemi di regolazione endocrina;
Relazioni generali fra sistema endocrino, metabolismo, equilibrio idro-elettrolitico e attività motoria;
Regolazione ipotalamo-ipofisaria;
Asse ipotalamo-ipofisi-tiroide (sintesi, secrezione ed azioni degli ormoni tiroidei, stati ipo- e ipertiroidei);
Asse ipotalamo-ipofisi-GH (cenni sugli stati ipo- e ipersecretori del GH, abuso del GH nello sport);
Asse ipotalamo-ipofisi-surrene (sintesi, secrezione ed azioni degli ormoni surrenalici, stati ipo- e ipercorticosurrenalici, cenni sul feocromocitoma);
Asse ipotalamo-ipofisi-gonade maschile (sintesi, secrezione ed azioni degli ormoni androgeni, ipogonadismi, abuso degli androgeni nello sport);
Regolazione e funzione dell’ovaio (alterazioni legate all’esercizio fisico intenso);
Ormoni insulari pancreatici e metabolismo glucidico;
Il diabete mellito: epidemiologia, patogenesi, cenni sugli aspetti clinici e terapeutici;
L’attività fisica come strumento di prevenzione e cura del diabete mellito;
Sovrappeso e obesità – fisiopatologia e terapia Nutrizionale.

50 quiz a risposta multipla in 1 ora di tempo.

Il diabete Mellito; Riccardo Giorgino; Società Editrice Universo.
Malattie del sistema endocrino e del metabolismo; Giovanni Faglia; MacGraw- Hill.
Dispense fornite dal docente.
Articoli scientifici pubblicati su riviste internazionali del settore.

Il Corso ha l’obiettivo fornire conoscenze di base sulla biologia della gametogenesi, fecondazione e sviluppo embrionale pre-impianto in modelli animali da reddito, considerati di rilevanza traslazionale in medicina riproduttiva umana, e di fornire competenze teorico-pratiche sulle principali biotecnologie riproduttive in vitro: maturazione dell’ovocita, capacitazione del seme, fertilizzazione e coltura embrionale.
In dettaglio, il corso ha i seguenti obiettivi formativi:
1) presentare la figura professionale dell’embriologo illustrando le dinamiche di regolazione e controllo dell’attività riproduttiva in umana e in modelli animali e il contributo fornito dalle biotecnologie riproduttive in vitro in questi contesti;
2) conferire la capacità di allestire e gestire colture in vitro e di condurre analisi della qualità di gameti ed embrioni umani ed animali, impostati in relazione al contesto fisiologico in cui si verificano gli eventi di sviluppo e maturazione funzionale di tali sistemi cellulari e nel quadro di una visione complessa e unitaria del processo di produzione in vitro di embrioni;
3) promuovere l’attitudine alla lettura e interpretazione di testi e articoli di letteratura scientifica internazionale del settore e avvicinare alle più importanti realtà internazionali della ricerca e della pratica clinica nell’ambito delle biotecnologie riproduttive in una dimensione interculturale comparativa e metodologicamente proficua;
4) sollecitare la propensione ad analizzare dati sperimentali mediante uso di appropriate analisi statistiche;
5) consolidare le competenze espressive nell’ambito della disciplina sia in lingua italiana che inglese; a tal fine verranno dedicate alcune ore di attività all’analisi di articoli scientifici in lingua inglese sugli argomenti del corso.

• conoscenze delle dinamiche dell’attività riproduttiva in modelli cellulari animali (gametogenesi, maturazione funzionale dei gameti, fecondazione e sviluppo dell’embrione preimpianto) e del contributo fornito dalle biotecnologie riproduttive in quest’area scientifica;
• conoscenza delle metodiche atte a riprodurre in vitro i meccanismi fisiologici della riproduzione applicate ai modelli animali da reddito e delle differenze e analogie specie-specifiche con la specie umana;
• capacità di allestire e gestire colture in vitro di gameti ed embrioni di modelli animali
• capacità di condurre analisi microscopiche e bio-molecolari della qualità di gameti ed embrioni utilizzando modelli animali e seguendo le linee guida delle società scientifiche internazionali del settore indicate dal docente;
• impostare le colture e le analisi in relazione al contesto fisiologico in cui si verificano gli eventi di sviluppo e maturazione funzionale dei sistemi cellulari coinvolti nel quadro di una visione complessa e unitaria del processo di produzione in vitro dell’embrione.
• DD3 Autonomia di giudizio
  Capacità di valutare autonomamente il migliore approccio e metodologia sperimentale da eseguire nell’ambito della ricerca in biotecnologie riproduttive in modelli animali.
• DD4 Abilità comunicative
  Acquisizione della capacità di organizzare in modo organico l’esposizione di ogni argomento in termini di premesse – background storico - sviluppo metodologico - tecnologie di verifica – limiti attuali e prospettive future.
  Acquisizione di competenze espressive dello studente nell’ambito della disciplina sia in lingua italiana che inglese.
• DD5 Capacità di apprendere in modo autonomo
  Capacità di analizzare in modo autonomo dati sperimentali con appropriate analisi statistiche;
  Acquisizione di attitudine alla lettura e interpretazione di testi e articoli della letteratura scientifica internazionale del settore anche per approcciare le più qualificate realtà nazionali ed internazionali della ricerca e della pratica clinica nell’ambito delle biotecnologie riproduttive in una dimensione interculturale.

Parte I (Lezioni frontali in presenza):

• Introduzione alle biotecnologie riproduttive: finalità in ambito umano e negli animali da reddito. Importanza dei “livestock models” in medicina riproduttiva umana e in tossicologia riproduttiva.
• Follicologenesi e ovogenesi. Regolazione ormonale dell’accrescimento follicolare e della maturazione dell’ovocita.
• Spermatogenesi e regolazione ormonale. Analisi macroscopiche e microscopiche della qualità del seme (concentrazione, vitalità, motilità, morfologia, capacitazione e reazione acrosomiale, integrità della cromatina spermatica, apoptosi, stato energetico e ossidativo).
• Aspetti fisiologici della capacitazione e reazione acrosomiale, dello sperm-zona binding e della fecondazione. Anomalie della meiosi e della fecondazione.
• Produzione di embrioni in vitro (IVP). Recupero e selezione dell’ovocita dall’ovaio in vitro. Cenni sull prelievo dell’ovocita in vivo: Trans-vaginal oocyte aspiration (TVA) e Ovum pick-up (OPU). Maturazione in vitro (IVM) dell’ovocita; Selezione della frazione motile del seme (swim-up e gradienti di densità) e fecondazione in vitro (IVF);
• Coltura dell’embrione in vitro; co-colture con monostrati cellulari enhancer. Trasferimento di embrioni. Efficienza e risultati attuali delle procedure di produzione di embrioni in vitro in modelli animali e cenni in umana.
  Parte II (Esercitazioni di laboratorio):
  -Introduzione pratica al laboratorio di Biotecnologie riproduttive:
  PRIMO CFU:
  -Prelievo, selezione e allestimento della coltura di maturazione in vitro (IVM) degli ovociti;
• Valutazione dell'espansione e rimozione del cumulo ooforo; allestimento vetrini (fissaggio e colorazione degli ovociti);
• Valutazione della maturazione nucleare dell’ovocita.
  SECONDO CFU
• Valutazione microscopica della qualità (vitalità, motilità e concentrazione) degli spermatozoi.
• Capacitazione in vitro degli spermatozoi e fertilizzazione in vitro con tecnica convenzionale (IVF);
• Crioconservazione di embrioni ed ovociti mediante congelamento lento.

Il conseguimento dell’apprendimento atteso da parte dello studente sarà verificato mediante esame orale sugli argomenti sviluppati durante le ore di lezione frontale e teorico-pratica svolte in aula o in laboratorio in accordo con il Regolamento Didattico del Corso di Laurea.
La valutazione dell’apprendimento dello studente avviene sulla base di criteri prestabiliti, e la votazione è in accordo con quanto riportato nel Regolamento Didattico del Corso.
Possono essere previste prove in itinere da programmare in accordo con gli studenti.
L’esame di profitto degli studenti stranieri può essere svolto in lingua inglese secondo le modalità sopra descritte.

Capitoli indicati dal docente dai seguenti testi:

• Talevi R & Gualtieri R (2019) Biologia e Tecnologie della Riproduzione Umana. Piccin (Padova).
• Gordon I. (2003) In vitro production of cattle embryos. CAB Int., Dublin, UK
• Comparative Embryo culture - Methods and Protocols (Humana Press 2019)
  Articoli da riviste scientifiche del settore consigliati e consegnati a cura del docente.

Acquisire conoscenze di base sulla regolazione degli assi endocrini e sui meccanismi alla base della fisiopatologia endocrina. Acquisire conoscenze circa il ruolo delle biotecnologie nello studio della fisiopatologia endocrina.

Conoscere e comprendere i meccanismi di regolazione del sistema endocrino, i meccanismi di azione dei fattori ormonali, i meccanismi molecolari alla base dell’insorgenza e della progressione delle principali patologie endocrino- metaboliche e i meccanismi di azione dei farmaci ipoglicemizzanti quali strumenti di prevenzione e strategia terapeutica.

Applicare le conoscenze apprese alle attività svolte in laboratori di ricerca o diagnostici in ambito endocrinologico.

Autonomia di giudizio: Individuare gli aspetti centrali delle problematiche legate alla ricerca in campo endocrinologico e ricondurli a schemi acquisiti o proporre soluzioni innovative.
Abilità comunicative: Acquisire abilità comunicative per trasferire in modo chiaro ed efficace idee, informazioni, dati e metodologie, sia in forma scritta che orale, inerenti le biotecnologie applicate alla fisiopatologia endocrina
Capacità di apprendere in modo autonomo: Acquisire sufficienti capacità di apprendimento e approfondimento di tematiche di ricerca inerenti la fisiopatologia endocrina, tramite la consultazione di materiale bibliografico in forma cartacea ed elettronica.

Generalità sui sistemi di regolazione endocrina;
Relazioni generali fra sistema endocrino, metabolismo, equilibrio idro-elettrolitico e attività motoria;
Regolazione ipotalamo-ipofisaria;
Asse ipotalamo-ipofisi-tiroide (sintesi, secrezione ed azioni degli ormoni tiroidei, stati ipo- e ipertiroidei);
Asse ipotalamo-ipofisi-GH (cenni sugli stati ipo- e ipersecretori del GH, abuso del GH nello sport);
Asse ipotalamo-ipofisi-surrene (sintesi, secrezione ed azioni degli ormoni surrenalici, stati ipo- e ipercorticosurrenalici, cenni sul feocromocitoma);
Asse ipotalamo-ipofisi-gonade maschile (sintesi, secrezione ed azioni degli ormoni androgeni, ipogonadismi, abuso degli androgeni nello sport);
Regolazione e funzione dell’ovaio (alterazioni legate all’esercizio fisico intenso);
Ormoni insulari pancreatici e metabolismo glucidico;
Il diabete mellito: epidemiologia, patogenesi, cenni sugli aspetti clinici e terapeutici;
L’attività fisica come strumento di prevenzione e cura del diabete mellito;
Sovrappeso e obesità – fisiopatologia e terapia Nutrizionale.

50 quiz a risposta multipla in 1 ora di tempo.

Il diabete Mellito; Riccardo Giorgino; Società Editrice Universo.
Malattie del sistema endocrino e del metabolismo; Giovanni Faglia; MacGraw- Hill.
Dispense fornite dal docente.
Articoli scientifici pubblicati su riviste internazionali del settore.

Il corso ha l’obiettivo di far comprendere allo studente le cause e le conseguenze delle alterazioni cromosomiche nelle cellule somatiche e germinali, e di fare acquisire conoscenze approfondite riguardo alla diagnostica citogenetica di tipo
convenzionale e molecolare per la loro individuazione e studio

Acquisizione di competenze teoriche e operative in ambito citogenetico umano, al fine di comprendere gli aspetti molecolari e tecnici dell’analisi dei cromosomi umani.

Si prevede la partecipazione obbligatoria degli studenti a laboratori, al fine di garantire l'acquisizione di competenze metodologiche per eseguire la diagnostica e la ricerca biologica in citogenetica.

Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:

• acquisire autonomia in ambiti relativi alla valutazione e interpretazione di dati sperimentali per lo studio della citogenetica
• acquisire il lessico e la terminologia relativi alla citogenetica per comprendere eventuali approfondimenti tramite bibliografia specifica.
• acquisire la capacità di approfondire e di leggere con spirito critico l’evoluzione della disciplina, attraverso la consultazione di testi e banche dati.

Lezioni frontali (2 CFU):

• Introduzione alla citogenetica
• Struttura del cromosoma. Territori cromosomici. Eucromatina ed eterocromatina, TADs. Metodiche di studio delle interazioni cromosomiche (3C, 4C, Hi-C).
• Elementi fondamentali del cromosoma: centromeri, telomeri e origini di replicazione
• Neocentromeri e loro studio nella patologia costituzionale e somatica (tumori)
• Tecniche di bandeggio differenziale per l'identificazione dei cromosomi: il cariotipo umano
• Mutazioni cromosomiche di numero (poliploidie, aneuploidie) e di struttura (delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni, cromosomi ad anello, isocromosomi, invdup, double minutes, homogeneously staining regions): cause e conseguenze delle alterazioni citogenetiche nelle cellule germinali e somatiche.
• La non disgiunzione cromosomica nelle cellule germinali e somatiche
• Genesi dei geni di fusione e loro impatto funzionale
• Tecniche per lo studio delle aberrazioni cromosomiche: FISH, M-FISH, mBAND, Rx-FISH, microdissezione, CGH, array CGH, immuno-FISH, FICTION, Optical genome Mapping, Q-FISH, RNA-FISH.
  Laboratorio (1 CFU):
• Allestimento di preparati per l’analisi citogenetica convenzionale.
• Esecuzione dell’analisi del cariotipo, normale e aberrante, al computer.
• FISH: illustrazione del protocollo su campioni a fresco ed inclusi in paraffina; analisi di un caso di patologia neoplastica ematologica con aberrazioni cromosomiche

L’esame prevede la verifica della comprensione del razionale di svolgimento dell’attività di laboratorio, oltre all’accertamento dell’apprendimento degli aspetti molecolari, tecnici, diagnostici e di ricerca relativi alla citogenetica umana.
Viene inoltre richiesto di collegare la citogenetica ad altre discipline, poiché richiede competenze interdisciplinari, senza entrare nel dettaglio di tali discipline. La valutazione sarà espressa in trentesimi e la prova sarà superata con un punteggio pari o superiore a 18. Tale voto verrà poi integrato con il voto dell’esame di Genetica Medica, mediante il calcolo del valore medio arrotondando per difetto

• Testo-Atlante di Citogenetica Umana, Ventruto/Sacco/Lonardo, Springer;
• Genetica Umana Molecolare, Strachan & Read, II Edizione (2021), Zanichelli;
• Genetica-Un approccio Molecolare, Peter J. Russell, Pearson editore (Ed. 2024)
• Genetica & Genomica nelle scienze mediche, Tom Strachan & Anneke Lucassen, Zanichelli editore (Ed. 2024)
  Nessun testo ha contenuti esaustivi riguardo agli argomenti trattati a lezione. Pertanto, si consiglia agli studenti di integrare lo studio con materiali didattici forniti dalla docente.

Il corso prevede l’acquisizione di adeguate conoscenze e competenze di immunologia applicata finalizzate alla produzione e all'utilizzo biotecnologico di vaccini e anticorpi mono- e policlonali e allo sviluppo di strategie immunoterapeutiche innovative in ambito biotecnologico.

Acquisizione di competenze teoriche e operative con riferimento alla ricerca immunologica volta all’applicazione terapeutica in ambito oncologico, infettivo, delle malattie autoimmuni o allergie.

Formazione di una competenza di tipo metodologico nel campo dell’immunologia applicata alla terapia, in modo che lo studente possa disporre degli strumenti scientifici e biotecnologici che gli permettano di lavorare in un ambito di ricerca scientifica accademica e ricerca & sviluppo industriale.

• Autonomia di giudizio
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di
• sviluppare una conoscenza critica degli elementi innovativi, inventivi ed industriali delle diverse dimostrazioni scientifiche e/o biotecnologiche nel campo della ricerca immunologica applicata all’oncologia e all’ambito delle malattie infettive e del sistema immunitario.
• Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di
• acquisire padronanza di un linguaggio scientifico e di una terminologia specialistica adeguati in relazione all’Immunologia Applicata
• sviluppare abilità comunicative stimolate attraverso la discussione in classe e mediante la prova finale.
• Capacità di apprendere in modo autonomo
  Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di
• sviluppare capacità di apprendimento, approfondimento e lettura critica dell’evolversi della disciplina, attraverso la consultazione di testi e banche dati ed approfondimenti tramite bibliografia specifica.

Parte I
Trends biotecnologici e farmaceutici per lo sviluppo di prodotti di Immunoterapia e Vaccini
Analisi del mercato e della Ricerca & Sviluppo industriale. Pipelines e strategie internazionali. Blockbuster Drugs. Evoluzione del concetto di immunoterapia e nuovi modelli patogenetici: malattie infettive croniche, patologie infiammatorie croniche, malattie neurodegenerative, patologie autoimmuni, allergie, tumori.
Parte II
Dalla ricerca di base allo sviluppo di vaccini preventivi e terapeutici
Dai vaccini di prima generazione ai vaccini di ultima generazione: nuovi clinical needs, evoluzione delle conoscenze scientifiche, evoluzione dei targets immunologici, evoluzione del concetto di vaccino. Classificazione dei vaccini. Strategie per disegnare ed ottimizzare una nuova generazione di vaccini. La risposta immunitaria adattativa ed innata: dalla ricerca di base alle nuove strategie di vaccinazione. Dalla presentazione antigenica alla modulazione della risposta immune. Il concetto di adiuvanti per vaccini. Formulazione di vaccini e farmaci biologici. Nuovi modelli di vaccinazione.
Parte III
Nuovi approcci per vaccini
Vaccini di nuova generazione contro targets infettivi: influenza, dengue virus, Streptococcus pneumoniae, HIV, COVID-19. Vaccini Genetici a DNA e RNA (Vantaggi/svantaggi; Linee guida internazionali; Applicazioni cliniche). Vaccini contro allergie, malattie neurodegenerative, malattie autoimmuni.
Parte IV
Immunoterapia antitumorale e vaccini per il cancro
Modelli di cancerogenesi e cellule staminali tumorali.
Immunosorveglianza ed immunoediting nel corso della cancerogenesi e progressione neoplastica. Presupposti per lo sviluppo di immunoterapia specifica antitumorale. Vaccini antitumorali.
Parte V
Immunomodulatori e immunostimolatori nel cancro
Citochine. Inibitori di check points negativi. Virus oncolitici.
Parte VI
Sviluppo di anticorpi terapeutici e frammenti anticorpali
Generalità sulla struttura degli anticorpi e possibilità di manipolazione. Sistemi high-throughput di produzione e selezione di anticorpi monoclonali murini. Modelli di anticorpi ingegnerizzati: murini, chimerici, umanizzati, umani (librerie anticorpali e anticorpi umani dagli animali transgenici; phage display analysis). Strategie di ottimizzazione degli anticorpi monoclonali. Strategie per selezionare il miglior target (prima, seconda, terza generazione). Strategie per ottimizzare la struttura (proprietà farmaceutiche, funzionali, farmacologiche). Anticorpi bispecifici. Nuovi scaffolds proteici alternativi. Frammenti anticorpali e loro utilizzo terapeutico e diagnostico. “Ligand-Targeted Therapeutics”: immunoconiugati, immunoliposomi, immunopolimeri. Struttura (linkers, cariche, etc.) e farmacocinetica (escrezione, tossicità, etc.). Radioimmunoterapeutici (RAIT) e radioimmunodiagnostici: radioisotopi, applicazioni, clinica.
Immunotossine. Principali applicazioni cliniche e diagnostiche: tumori, malattie infiammatorie croniche, patologie autoimmuni.

Prova orale di 30-40 minuti o prova scritta a risposte aperte di 60 minuti.

• "Novel Approaches and Strategies for Biologics, Vaccines and Cancer Therapies”, 1st Edition, 2015. Editor(s): Singh & Salnikova. Academic Press (Elsevier) Print Book ISBN: 9780124166035.
• Plotkin's Vaccines. 8th ed. Philadelphia (PA): Elsevier; 2023. Editor(s): Orenstein WA, Offit PA, Edwards KM, Plotkin SA. ISBN: 978-0-323-79058-1 (print); eISBN: 978-0-323-79059-8.
• Cancer Immunotherapy Principles and Practice. 2nd ed. New York (NY): Demos Medical Publishing (Springer Publishing); 2021. Editor(s): Butterfield LH, Kaufman HL, Marincola FM. ISBN: 978-0-8261-3742-5; eISBN: 978-0-8261-3743-2.

Il corso ha la finalità di fornire allo studente gli strumenti e le strategie avanzate necessarie alla valutazione degli approcci di ingegneria cellulare e delle opportune matrici extracellulari (scaffolds) per l’ingegnerizzazione di tessuti biologici per la medicina rigenerativa e la ricerca biomedica.

Acquisizione di conoscenze di base sugli approcci biotecnologici finalizzati alla medicina rigenerativa e all’ingegneria tissutale:

• utilizzo di modelli cellulari per la ricerca biomedica e l’ingegneria tissutale;
• impiego di cellule primarie, linee cellulari immortalizzate e cellule staminali;
• progettazione e realizzazione di tessuti e organi bioingegnerizzati;
• utilizzo di scaffold, biomateriali e bioreattori per applicazioni di medicina rigenerativa.

Lo studente deve essere in grado di:

• applicare le basi teoriche alla scelta di cellule, biomateriali e strategie di coltura per specifiche applicazioni di ingegneria tissutale;
• applicare le conoscenze acquisite alla progettazione di sostituti tissutali e organi bioartificiali;
• interpretare criticamente protocolli sperimentali e strategie sviluppate nell'ambito della medicina rigenerativa.

Autonomia di giudizio

• valutare criticamente vantaggi e limiti delle principali strategie di ingegneria cellulare e tissutale;
• confrontare approcci alternativi per il trattamento di difetti tissutali e patologie degenerative;
• analizzare criticamente costi, benefici, limiti tecnici e prospettive traslazionali delle tecnologie bioingegneristiche.
  Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di
• discutere con linguaggio tecnico-scientifico le strategie di medicina rigenerativa e di ingegneria tissutale;
• descrivere criticamente biomateriali, scaffold, bioreattori e prodotti bioingegnerizzati utilizzati nella pratica clinica e nella ricerca.
  Capacità di apprendere in modo autonomo
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di
• approfondire autonomamente tematiche avanzate di ingegneria cellulare, ingegneria tissutale e medicina rigenerativa mediante consultazione della letteratura scientifica;
• valutare criticamente nuove tecnologie e prodotti sviluppati nell’ambito della ricerca biotecnologica e della medicina rigenerativa;
• interpretare dati sperimentali e risultati scientifici relativi allo sviluppo di tessuti e organi bioingegnerizzati.

Modelli cellulari per l’ingegneria tissutale e la ricerca biomedica. Reperimento di cellule per l’ingegneria tissutale. Fonti cellulari: cellule primarie, secondarie, staminali e cellule sintetiche. Comportamento proliferativo delle cellule in coltura. Cellule differenziate come modelli sperimentali. Isolamento di cellule primarie da tessuto e principi generali di coltura. Marcatori di identità cellulare. Utilizzo delle colture primarie nella ricerca biomedica. Modelli cardiaci in vitro: isolamento e coltura di cardiomiociti neonatali e adulti di ratto, criteri di selezione dell’animale, tecniche di cannulazione e perfusione cardiaca. Potenzialità e limiti dei modelli cellulari primari nello studio della fisiologia e della patologia cardiovascolare.
Senescenza cellulare e linee cellulari immortalizzate. Limiti proliferativi delle cellule somatiche e senescenza replicativa. Limite di Hayflick e ruolo dell’accorciamento telomerico. Controllo del ciclo cellulare: checkpoint G1/S, p53, pRb ed E2F. Strategie di immortalizzazione cellulare mediante SV40 Large T antigen, HPV E6/E7, c-Myc e hTERT. Vantaggi e limiti delle linee cellulari immortalizzate nella ricerca biomedica e nell’ingegneria tissutale. Immortalizzazione reversibile e recupero del fenotipo differenziato. Sistemi inducibili (Tet-On/Tet-Off, c-MycER) e sistema Cre/LoxP per la de-immortalizzazione. Applicazioni delle cellule immortalizzate nella medicina rigenerativa, negli organi bioartificiali e nella produzione di vescicole extracellulari terapeutiche. Banche cellulari e utilizzo di linee cellulari standardizzate nella ricerca biomedica.
Cellule staminali e medicina rigenerativa. Definizione funzionale di cellula staminale: autorinnovamento e potenza differenziativa. Classificazione delle cellule staminali in base alla potenza differenziativa (totipotenti, pluripotenti, multipotenti, oligopotenti e unipotenti) e all’origine (embrionali, fetali, adulte, cordone ombelicale e cellule staminali pluripotenti indotte, iPSC). Storia delle cellule staminali e principali tappe dello sviluppo della medicina rigenerativa. Applicazioni delle cellule staminali nella rigenerazione tissutale endogena e nella terapia cellulare sostitutiva. Ingegneria tissutale basata su cellule staminali, scaffold e bioreattori. Organoidi come modelli tridimensionali auto-organizzati per la ricerca e il drug screening. Organi bioartificiali e sistemi ibridi biologico-artificiali. Modelli di malattia paziente-specifici derivati da iPSC. Terapia genica ex vivo associata a cellule staminali ed editing genomico. Proprietà immunomodulatorie delle cellule staminali mesenchimali e applicazioni terapeutiche nella medicina rigenerativa.
Scaffold, biomateriali e condizionamento dei tessuti ingegnerizzati. Microambiente cellulare e limiti delle colture bidimensionali. Colture tridimensionali, sferoidi cellulari e tecniche di generazione di strutture 3D. Ruolo delle proprietà fisiche del microambiente cellulare nel controllo del differenziamento e della funzione cellulare. Rigidità del substrato, interazioni cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare. Definizione e funzioni degli scaffold in ingegneria tissutale. Proprietà richieste: biocompatibilità, biodegradabilità, porosità, processabilità, sterilizzabilità e conservabilità. Biomateriali naturali e sintetici per la costruzione di scaffold. Collagene, acido ialuronico, alginato, chitosano, gelatina, poliidrossialcanoati e poliesteri biodegradabili. Scaffold prefabbricati, stampa tridimensionale, stereolitografia, building blocks scaffold-based e cell-sheet engineering. Idrogel e loro applicazioni nell’incapsulamento cellulare. Scaffold derivati da matrici extracellulari decellularizzate: principi e tecniche di decellularizzazione. Porosità, vascolarizzazione e strategie di pre-vascolarizzazione dei tessuti ingegnerizzati. Test di biocompatibilità e tossicità di biomateriali. Condizionamento meccanico, elettrico e fluidodinamico. Meccanotrasduzione e ruolo degli stimoli fisici nello sviluppo e nella maturazione dei tessuti bioingegnerizzati. Bioreattori per la coltura e la maturazione di tessuti e organi artificiali.
Pelle ingegnerizzata. Struttura e funzioni della pelle. Epidermide, derma e matrice extracellulare. Cheratinociti, fibroblasti e cellule staminali epidermiche. Processi fisiologici di riparazione e rigenerazione cutanea. Grandi ustioni e ulcere diabetiche: patogenesi, classificazione e approcci terapeutici convenzionali. Sostituti cutanei bioattivi per la medicina rigenerativa. Principi di progettazione degli scaffold per la rigenerazione cutanea e ruolo della porosità, dell’angiogenesi e della biodegradazione controllata. Biologia della degradazione degli scaffold e ruolo dei macrofagi nei processi di rimodellamento tissutale. Sostituti cutanei ingegnerizzati per il trattamento delle ulcere diabetiche e delle ustioni estese: Dermagraft®, Apligraf®, Integra® Dermal Regeneration Template, Laserskin® e Hyalograft 3D®. Produzione, composizione cellulare, biomateriali utilizzati, modalità di impianto e meccanismi d’azione dei principali sostituti cutanei. Colture di fibroblasti e cheratinociti da prepuzio neonatale e loro applicazioni industriali. Condizionamento Air-Liquid Interface (ALI) e processo di cornificazione dell’epidermide ricostituita. Strategie autologhe e allogeniche per la ricostruzione della cute. Limiti biologici e clinici della pelle ingegnerizzata attualmente disponibile.
Pancreas ingegnerizzato. Struttura e funzioni endocrine del pancreas. Isole di Langerhans e regolazione dell’omeostasi glicemica mediante insulina e glucagone. Diabete mellito di tipo 1 e di tipo 2: basi fisiopatologiche e strategie terapeutiche convenzionali. Terapia insulinica, insulina ricombinante e sistemi di pancreas artificiale. Limiti delle attuali terapie sostitutive del diabete. Trapianto di pancreas e trapianto di isolotti pancreatici secondo il Protocollo di Edmonton: principi, risultati clinici e limiti associati alla disponibilità di donatori e all’immunosoppressione. Approcci di ingegneria tissutale per la realizzazione di un pancreas bioartificiale. Microincapsulazione degli isolotti pancreatici mediante sistemi alginato–poli-L-lisina–alginato e requisiti funzionali dei dispositivi di immunoisolamento. Proprietà dei biomateriali utilizzati, permeabilità selettiva e protezione immunologica degli isolotti. Islet sheets come evoluzione dei sistemi di microincapsulazione. Utilizzo di cellule β derivate da cellule staminali pluripotenti (SC-islets) come fonte cellulare per applicazioni rigenerative. Strategie di genome editing per la generazione di cellule ipoimmunogeniche mediante CRISPR/Cas9 e prospettive future per il trattamento del diabete senza immunosoppressione cronica.
Vasi sanguigni ingegnerizzati. Struttura e funzione dei vasi sanguigni. Organizzazione della parete vascolare nelle tonache intima, media e avventizia. Proprietà biologiche dell’endotelio e ruolo delle cellule muscolari lisce nella regolazione del tono vascolare e nel mantenimento della matrice extracellulare. Proprietà meccaniche dei vasi sanguigni: compliance, elasticità, resistenza alla pressione e al carico pulsatile. Emodinamica, wall shear stress e regolazione della funzione endoteliale. Patologie vascolari aterosclerotiche e occlusive. Bypass coronarico e utilizzo di graft autologhi, omologhi e sintetici. Limiti dei sostituti vascolari sintetici di piccolo calibro. Trombosi, compliance mismatch, alterazioni emodinamiche e iperplasia neointimale come principali cause di fallimento dei graft vascolari. Meccanismi cellulari e molecolari dell’iperplasia neointimale e del rimodellamento vascolare. Requisiti biologici, strutturali e meccanici dei vasi sanguigni ingegnerizzati. Strategie per la realizzazione di sostituti vascolari mediante scaffold biodegradabili e cellule autologhe, electrospinning, decellularizzazione e ripopolamento cellulare. Utilizzo di cellule staminali nella produzione di graft vascolari. Human Acellular Vessel (HAV) e approcci industriali alla produzione di vasi sanguigni bioingegnerizzati. Tecnologie scaffold-free basate su cellule autologhe e condizionamento in bioreattore mediante flusso pulsatile. Applicazioni cliniche dei vasi ingegnerizzati nel bypass vascolare e negli shunt artero-venosi per emodialisi.
Valvole cardiache e vescica urinaria ingegnerizzate. Struttura, funzione e biomeccanica delle valvole cardiache. Patologie valvolari congenite e degenerative. Valvole meccaniche e biologiche: vantaggi, limiti e indicazioni cliniche. Sostituzione valvolare transcatetere (TAVR/TAVI) e suo impatto nella terapia delle valvulopatie. Razionale biologico e clinico dell’ingegneria delle valvole cardiache. Strategie di rigenerazione valvolare mediante scaffold biodegradabili e colonizzazione cellulare autologa. Decellularizzazione di valvole biologiche e successivo ripopolamento con cellule del paziente. Ruolo dei bioreattori nel condizionamento meccanico e funzionale delle valvole cardiache bioingegnerizzate. Potenziali vantaggi delle valvole ingegnerizzate in termini di crescita, rimodellamento e riduzione delle complicanze tromboemboliche. Struttura e funzione della vescica urinaria. Patologie neurogene e non neurogene della vescica e loro conseguenze funzionali. Neoplasie vescicali e indicazioni alla cistectomia. Tecniche chirurgiche convenzionali di sostituzione e ricostruzione della vescica. Ileo-cistoplastica: principi, applicazioni cliniche e complicanze metaboliche, infettive e neoplastiche. Strategie di ingegneria tissutale per la ricostruzione della vescica. Bladder Augmentation (Augmentation Cystoplasty): utilizzo di cellule uroteliali e muscolari lisce autologhe seminate su scaffold biodegradabili per l’aumento della capacità vescicale. Neo Urinary Conduit: progettazione e realizzazione di condotti urinari bioingegnerizzati mediante cellule autologhe e scaffold polimerici biodegradabili. Produzione in bioreattore, colonizzazione cellulare, rigenerazione tissutale e integrazione con l’organismo ospite. Vantaggi dei sostituti urinari bioingegnerizzati rispetto alle procedure basate sull’utilizzo di segmenti intestinali.
Fegato bioartificiale. Struttura, organizzazione e funzioni del fegato. Ruolo del fegato nel metabolismo dei carboidrati, lipidi e proteine, nella sintesi di proteine plasmatiche e fattori della coagulazione, nella produzione della bile e nei processi di detossificazione. Limiti attuali dell’ingegneria tissutale applicata alla sostituzione del fegato e problematiche associate al trapianto epatico. Dispositivi di fegato bioartificiale (Bioartificial Liver, BAL) come sistemi extracorporei di supporto temporaneo nelle insufficienze epatiche acute. Bioreattori a fibre cave contenenti epatociti umani o animali, principi di funzionamento, plasmaferesi, detossificazione e supporto metabolico. Principali piattaforme tecnologiche per il supporto epatico bioartificiale e loro applicazioni cliniche. Utilizzo di epatociti immortalizzati e cellule staminali epatiche nella progettazione di sistemi bioartificiali.
Cartilagine e tessuto osseo ingegnerizzati. Struttura, composizione e funzioni della cartilagine. Cartilagine ialina, fibrocartilagine ed elastica. Proprietà biomeccaniche della cartilagine articolare e limitata capacità rigenerativa dovuta all’assenza di vascolarizzazione e alla ridotta proliferazione dei condrociti. Cause di degenerazione della cartilagine e principali patologie articolari. Strategie convenzionali per la riparazione dei difetti cartilaginei: condroplastica, microfratture, autotrapianti e allotrapianti osteocondrali. Approcci di ingegneria tissutale per la rigenerazione della cartilagine mediante condrociti autologhi, cellule staminali mesenchimali, scaffold tridimensionali e fattori di crescita. Impianto autologo di condrociti (Autologous Chondrocyte Implantation, ACI) e prodotti clinici quali Carticel® e Hyalofast®. Biomateriali utilizzati nella rigenerazione cartilaginea e ruolo del condizionamento meccanico e dei bioreattori nella maturazione dei costrutti cartilaginei. Struttura, composizione e funzione del tessuto osseo. Osso corticale e trabecolare. Componente cellulare dell’osso: osteoblasti, osteoclasti e osteociti. Processi fisiologici di rimodellamento e rigenerazione ossea. Guarigione delle fratture e formazione del callo osseo. Difetti ossei critici, perdite di sostanza e limiti dei trattamenti convenzionali. Strategie di ingegneria tissutale per la rigenerazione dell’osso mediante scaffold acellulari o cellularizzati. Biomateriali utilizzati nella rigenerazione ossea: collagene, idrossiapatite, β-fosfato tricalcico (β-TCP), acido polilattico (PLA), acido poliglicolico (PGA) e altri polimeri biodegradabili. Scaffold osteoconduttivi e osteoinduttivi, incorporazione di cellule staminali e fattori di crescita. Matrici biomimetiche per la rigenerazione ossea e applicazioni cliniche di sostituti ossei commerciali quali Integra Mozaik®. Limiti e prospettive future dell’ingegneria ossea e della produzione di tessuti ossei in laboratorio.
Laboratori
1 Trasformazione ed estrazione di DNA plasmidico da cellule batteriche
2. Mantenimento di colture cellulari stabilizzate e metodiche di trasfezione per cellule eucariotiche: lipidi cationici ed elettroporazione.
3. Analisi in video-imaging delle vie di trasduzione intracellulari: uso di sonde codificate geneticamente per il Ca2+ e l’AMPc
4. Semina 3D (co-colture)
5. Immunofluorescenza e tecniche di microscopia confocale.
6. Analisi quantitativa e qualitativa di immagini acquisite al confocale

Esame orale focalizzato sui contenuti delle lezioni frontali e delle attività di laboratorio. Attraverso il colloquio orale lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito conoscenze e capacità di analisi critica relative ai principi dell’ingegneria cellulare, dell’ingegneria tissutale e della medicina rigenerativa. In particolare, lo studente dovrà essere in grado di:

• discutere criticamente le diverse sorgenti cellulari utilizzabili per applicazioni di ingegneria tissutale e medicina rigenerativa;
• valutare vantaggi e limiti di cellule primarie, linee cellulari immortalizzate e cellule staminali;
• descrivere le strategie di progettazione e realizzazione di tessuti e organi bioingegnerizzati, con riferimento a scaffold, biomateriali e bioreattori;
• analizzare le principali applicazioni dell’ingegneria tissutale nei diversi distretti anatomici e organi trattati nel corso;
• valutare criticamente i prodotti bioingegnerizzati e le tecnologie attualmente disponibili, identificandone limiti, problematiche traslazionali e prospettive future;
• interpretare e discutere protocolli sperimentali e dati derivanti da attività di ricerca e sviluppo in ambito biotecnologico e di medicina rigenerativa.

Biotecnologia Molecolare Autori: Glick e Pasternak, Zanichelli editore
Fondamenti Di Ingegneria Dei Tessuti Per La Medicina Rigenerativa, Autori Mantero, Remuzzi, Raimondi, Ahluwalia, Pàtron Editore

Il corso ha la finalità di fornire allo studente gli strumenti e le strategie avanzate necessarie alla valutazione degli approcci di ingegneria cellulare e delle opportune matrici extracellulari (scaffolds) per l’ingegnerizzazione di tessuti biologici per la medicina rigenerativa e la ricerca biomedica.

Acquisizione di conoscenze di base sugli approcci biotecnologici finalizzati alla medicina rigenerativa e all’ingegneria tissutale:

• utilizzo di modelli cellulari per la ricerca biomedica e l’ingegneria tissutale;
• impiego di cellule primarie, linee cellulari immortalizzate e cellule staminali;
• progettazione e realizzazione di tessuti e organi bioingegnerizzati;
• utilizzo di scaffold, biomateriali e bioreattori per applicazioni di medicina rigenerativa.

Lo studente deve essere in grado di:

• applicare le basi teoriche alla scelta di cellule, biomateriali e strategie di coltura per specifiche applicazioni di ingegneria tissutale;
• applicare le conoscenze acquisite alla progettazione di sostituti tissutali e organi bioartificiali;
• interpretare criticamente protocolli sperimentali e strategie sviluppate nell'ambito della medicina rigenerativa.

Autonomia di giudizio

• valutare criticamente vantaggi e limiti delle principali strategie di ingegneria cellulare e tissutale;
• confrontare approcci alternativi per il trattamento di difetti tissutali e patologie degenerative;
• analizzare criticamente costi, benefici, limiti tecnici e prospettive traslazionali delle tecnologie bioingegneristiche.
  Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di
• discutere con linguaggio tecnico-scientifico le strategie di medicina rigenerativa e di ingegneria tissutale;
• descrivere criticamente biomateriali, scaffold, bioreattori e prodotti bioingegnerizzati utilizzati nella pratica clinica e nella ricerca.
  Capacità di apprendere in modo autonomo
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di
• approfondire autonomamente tematiche avanzate di ingegneria cellulare, ingegneria tissutale e medicina rigenerativa mediante consultazione della letteratura scientifica;
• valutare criticamente nuove tecnologie e prodotti sviluppati nell’ambito della ricerca biotecnologica e della medicina rigenerativa;
• interpretare dati sperimentali e risultati scientifici relativi allo sviluppo di tessuti e organi bioingegnerizzati.

Modelli cellulari per l’ingegneria tissutale e la ricerca biomedica. Reperimento di cellule per l’ingegneria tissutale. Fonti cellulari: cellule primarie, secondarie, staminali e cellule sintetiche. Comportamento proliferativo delle cellule in coltura. Cellule differenziate come modelli sperimentali. Isolamento di cellule primarie da tessuto e principi generali di coltura. Marcatori di identità cellulare. Utilizzo delle colture primarie nella ricerca biomedica. Modelli cardiaci in vitro: isolamento e coltura di cardiomiociti neonatali e adulti di ratto, criteri di selezione dell’animale, tecniche di cannulazione e perfusione cardiaca. Potenzialità e limiti dei modelli cellulari primari nello studio della fisiologia e della patologia cardiovascolare.
Senescenza cellulare e linee cellulari immortalizzate. Limiti proliferativi delle cellule somatiche e senescenza replicativa. Limite di Hayflick e ruolo dell’accorciamento telomerico. Controllo del ciclo cellulare: checkpoint G1/S, p53, pRb ed E2F. Strategie di immortalizzazione cellulare mediante SV40 Large T antigen, HPV E6/E7, c-Myc e hTERT. Vantaggi e limiti delle linee cellulari immortalizzate nella ricerca biomedica e nell’ingegneria tissutale. Immortalizzazione reversibile e recupero del fenotipo differenziato. Sistemi inducibili (Tet-On/Tet-Off, c-MycER) e sistema Cre/LoxP per la de-immortalizzazione. Applicazioni delle cellule immortalizzate nella medicina rigenerativa, negli organi bioartificiali e nella produzione di vescicole extracellulari terapeutiche. Banche cellulari e utilizzo di linee cellulari standardizzate nella ricerca biomedica.
Cellule staminali e medicina rigenerativa. Definizione funzionale di cellula staminale: autorinnovamento e potenza differenziativa. Classificazione delle cellule staminali in base alla potenza differenziativa (totipotenti, pluripotenti, multipotenti, oligopotenti e unipotenti) e all’origine (embrionali, fetali, adulte, cordone ombelicale e cellule staminali pluripotenti indotte, iPSC). Storia delle cellule staminali e principali tappe dello sviluppo della medicina rigenerativa. Applicazioni delle cellule staminali nella rigenerazione tissutale endogena e nella terapia cellulare sostitutiva. Ingegneria tissutale basata su cellule staminali, scaffold e bioreattori. Organoidi come modelli tridimensionali auto-organizzati per la ricerca e il drug screening. Organi bioartificiali e sistemi ibridi biologico-artificiali. Modelli di malattia paziente-specifici derivati da iPSC. Terapia genica ex vivo associata a cellule staminali ed editing genomico. Proprietà immunomodulatorie delle cellule staminali mesenchimali e applicazioni terapeutiche nella medicina rigenerativa.
Scaffold, biomateriali e condizionamento dei tessuti ingegnerizzati. Microambiente cellulare e limiti delle colture bidimensionali. Colture tridimensionali, sferoidi cellulari e tecniche di generazione di strutture 3D. Ruolo delle proprietà fisiche del microambiente cellulare nel controllo del differenziamento e della funzione cellulare. Rigidità del substrato, interazioni cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare. Definizione e funzioni degli scaffold in ingegneria tissutale. Proprietà richieste: biocompatibilità, biodegradabilità, porosità, processabilità, sterilizzabilità e conservabilità. Biomateriali naturali e sintetici per la costruzione di scaffold. Collagene, acido ialuronico, alginato, chitosano, gelatina, poliidrossialcanoati e poliesteri biodegradabili. Scaffold prefabbricati, stampa tridimensionale, stereolitografia, building blocks scaffold-based e cell-sheet engineering. Idrogel e loro applicazioni nell’incapsulamento cellulare. Scaffold derivati da matrici extracellulari decellularizzate: principi e tecniche di decellularizzazione. Porosità, vascolarizzazione e strategie di pre-vascolarizzazione dei tessuti ingegnerizzati. Test di biocompatibilità e tossicità di biomateriali. Condizionamento meccanico, elettrico e fluidodinamico. Meccanotrasduzione e ruolo degli stimoli fisici nello sviluppo e nella maturazione dei tessuti bioingegnerizzati. Bioreattori per la coltura e la maturazione di tessuti e organi artificiali.
Pelle ingegnerizzata. Struttura e funzioni della pelle. Epidermide, derma e matrice extracellulare. Cheratinociti, fibroblasti e cellule staminali epidermiche. Processi fisiologici di riparazione e rigenerazione cutanea. Grandi ustioni e ulcere diabetiche: patogenesi, classificazione e approcci terapeutici convenzionali. Sostituti cutanei bioattivi per la medicina rigenerativa. Principi di progettazione degli scaffold per la rigenerazione cutanea e ruolo della porosità, dell’angiogenesi e della biodegradazione controllata. Biologia della degradazione degli scaffold e ruolo dei macrofagi nei processi di rimodellamento tissutale. Sostituti cutanei ingegnerizzati per il trattamento delle ulcere diabetiche e delle ustioni estese: Dermagraft®, Apligraf®, Integra® Dermal Regeneration Template, Laserskin® e Hyalograft 3D®. Produzione, composizione cellulare, biomateriali utilizzati, modalità di impianto e meccanismi d’azione dei principali sostituti cutanei. Colture di fibroblasti e cheratinociti da prepuzio neonatale e loro applicazioni industriali. Condizionamento Air-Liquid Interface (ALI) e processo di cornificazione dell’epidermide ricostituita. Strategie autologhe e allogeniche per la ricostruzione della cute. Limiti biologici e clinici della pelle ingegnerizzata attualmente disponibile.
Pancreas ingegnerizzato. Struttura e funzioni endocrine del pancreas. Isole di Langerhans e regolazione dell’omeostasi glicemica mediante insulina e glucagone. Diabete mellito di tipo 1 e di tipo 2: basi fisiopatologiche e strategie terapeutiche convenzionali. Terapia insulinica, insulina ricombinante e sistemi di pancreas artificiale. Limiti delle attuali terapie sostitutive del diabete. Trapianto di pancreas e trapianto di isolotti pancreatici secondo il Protocollo di Edmonton: principi, risultati clinici e limiti associati alla disponibilità di donatori e all’immunosoppressione. Approcci di ingegneria tissutale per la realizzazione di un pancreas bioartificiale. Microincapsulazione degli isolotti pancreatici mediante sistemi alginato–poli-L-lisina–alginato e requisiti funzionali dei dispositivi di immunoisolamento. Proprietà dei biomateriali utilizzati, permeabilità selettiva e protezione immunologica degli isolotti. Islet sheets come evoluzione dei sistemi di microincapsulazione. Utilizzo di cellule β derivate da cellule staminali pluripotenti (SC-islets) come fonte cellulare per applicazioni rigenerative. Strategie di genome editing per la generazione di cellule ipoimmunogeniche mediante CRISPR/Cas9 e prospettive future per il trattamento del diabete senza immunosoppressione cronica.
Vasi sanguigni ingegnerizzati. Struttura e funzione dei vasi sanguigni. Organizzazione della parete vascolare nelle tonache intima, media e avventizia. Proprietà biologiche dell’endotelio e ruolo delle cellule muscolari lisce nella regolazione del tono vascolare e nel mantenimento della matrice extracellulare. Proprietà meccaniche dei vasi sanguigni: compliance, elasticità, resistenza alla pressione e al carico pulsatile. Emodinamica, wall shear stress e regolazione della funzione endoteliale. Patologie vascolari aterosclerotiche e occlusive. Bypass coronarico e utilizzo di graft autologhi, omologhi e sintetici. Limiti dei sostituti vascolari sintetici di piccolo calibro. Trombosi, compliance mismatch, alterazioni emodinamiche e iperplasia neointimale come principali cause di fallimento dei graft vascolari. Meccanismi cellulari e molecolari dell’iperplasia neointimale e del rimodellamento vascolare. Requisiti biologici, strutturali e meccanici dei vasi sanguigni ingegnerizzati. Strategie per la realizzazione di sostituti vascolari mediante scaffold biodegradabili e cellule autologhe, electrospinning, decellularizzazione e ripopolamento cellulare. Utilizzo di cellule staminali nella produzione di graft vascolari. Human Acellular Vessel (HAV) e approcci industriali alla produzione di vasi sanguigni bioingegnerizzati. Tecnologie scaffold-free basate su cellule autologhe e condizionamento in bioreattore mediante flusso pulsatile. Applicazioni cliniche dei vasi ingegnerizzati nel bypass vascolare e negli shunt artero-venosi per emodialisi.
Valvole cardiache e vescica urinaria ingegnerizzate. Struttura, funzione e biomeccanica delle valvole cardiache. Patologie valvolari congenite e degenerative. Valvole meccaniche e biologiche: vantaggi, limiti e indicazioni cliniche. Sostituzione valvolare transcatetere (TAVR/TAVI) e suo impatto nella terapia delle valvulopatie. Razionale biologico e clinico dell’ingegneria delle valvole cardiache. Strategie di rigenerazione valvolare mediante scaffold biodegradabili e colonizzazione cellulare autologa. Decellularizzazione di valvole biologiche e successivo ripopolamento con cellule del paziente. Ruolo dei bioreattori nel condizionamento meccanico e funzionale delle valvole cardiache bioingegnerizzate. Potenziali vantaggi delle valvole ingegnerizzate in termini di crescita, rimodellamento e riduzione delle complicanze tromboemboliche. Struttura e funzione della vescica urinaria. Patologie neurogene e non neurogene della vescica e loro conseguenze funzionali. Neoplasie vescicali e indicazioni alla cistectomia. Tecniche chirurgiche convenzionali di sostituzione e ricostruzione della vescica. Ileo-cistoplastica: principi, applicazioni cliniche e complicanze metaboliche, infettive e neoplastiche. Strategie di ingegneria tissutale per la ricostruzione della vescica. Bladder Augmentation (Augmentation Cystoplasty): utilizzo di cellule uroteliali e muscolari lisce autologhe seminate su scaffold biodegradabili per l’aumento della capacità vescicale. Neo Urinary Conduit: progettazione e realizzazione di condotti urinari bioingegnerizzati mediante cellule autologhe e scaffold polimerici biodegradabili. Produzione in bioreattore, colonizzazione cellulare, rigenerazione tissutale e integrazione con l’organismo ospite. Vantaggi dei sostituti urinari bioingegnerizzati rispetto alle procedure basate sull’utilizzo di segmenti intestinali.
Fegato bioartificiale. Struttura, organizzazione e funzioni del fegato. Ruolo del fegato nel metabolismo dei carboidrati, lipidi e proteine, nella sintesi di proteine plasmatiche e fattori della coagulazione, nella produzione della bile e nei processi di detossificazione. Limiti attuali dell’ingegneria tissutale applicata alla sostituzione del fegato e problematiche associate al trapianto epatico. Dispositivi di fegato bioartificiale (Bioartificial Liver, BAL) come sistemi extracorporei di supporto temporaneo nelle insufficienze epatiche acute. Bioreattori a fibre cave contenenti epatociti umani o animali, principi di funzionamento, plasmaferesi, detossificazione e supporto metabolico. Principali piattaforme tecnologiche per il supporto epatico bioartificiale e loro applicazioni cliniche. Utilizzo di epatociti immortalizzati e cellule staminali epatiche nella progettazione di sistemi bioartificiali.
Cartilagine e tessuto osseo ingegnerizzati. Struttura, composizione e funzioni della cartilagine. Cartilagine ialina, fibrocartilagine ed elastica. Proprietà biomeccaniche della cartilagine articolare e limitata capacità rigenerativa dovuta all’assenza di vascolarizzazione e alla ridotta proliferazione dei condrociti. Cause di degenerazione della cartilagine e principali patologie articolari. Strategie convenzionali per la riparazione dei difetti cartilaginei: condroplastica, microfratture, autotrapianti e allotrapianti osteocondrali. Approcci di ingegneria tissutale per la rigenerazione della cartilagine mediante condrociti autologhi, cellule staminali mesenchimali, scaffold tridimensionali e fattori di crescita. Impianto autologo di condrociti (Autologous Chondrocyte Implantation, ACI) e prodotti clinici quali Carticel® e Hyalofast®. Biomateriali utilizzati nella rigenerazione cartilaginea e ruolo del condizionamento meccanico e dei bioreattori nella maturazione dei costrutti cartilaginei. Struttura, composizione e funzione del tessuto osseo. Osso corticale e trabecolare. Componente cellulare dell’osso: osteoblasti, osteoclasti e osteociti. Processi fisiologici di rimodellamento e rigenerazione ossea. Guarigione delle fratture e formazione del callo osseo. Difetti ossei critici, perdite di sostanza e limiti dei trattamenti convenzionali. Strategie di ingegneria tissutale per la rigenerazione dell’osso mediante scaffold acellulari o cellularizzati. Biomateriali utilizzati nella rigenerazione ossea: collagene, idrossiapatite, β-fosfato tricalcico (β-TCP), acido polilattico (PLA), acido poliglicolico (PGA) e altri polimeri biodegradabili. Scaffold osteoconduttivi e osteoinduttivi, incorporazione di cellule staminali e fattori di crescita. Matrici biomimetiche per la rigenerazione ossea e applicazioni cliniche di sostituti ossei commerciali quali Integra Mozaik®. Limiti e prospettive future dell’ingegneria ossea e della produzione di tessuti ossei in laboratorio.
Laboratori
1 Trasformazione ed estrazione di DNA plasmidico da cellule batteriche
2. Mantenimento di colture cellulari stabilizzate e metodiche di trasfezione per cellule eucariotiche: lipidi cationici ed elettroporazione.
3. Analisi in video-imaging delle vie di trasduzione intracellulari: uso di sonde codificate geneticamente per il Ca2+ e l’AMPc
4. Semina 3D (co-colture)
5. Immunofluorescenza e tecniche di microscopia confocale.
6. Analisi quantitativa e qualitativa di immagini acquisite al confocale

Esame orale focalizzato sui contenuti delle lezioni frontali e delle attività di laboratorio. Attraverso il colloquio orale lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito conoscenze e capacità di analisi critica relative ai principi dell’ingegneria cellulare, dell’ingegneria tissutale e della medicina rigenerativa. In particolare, lo studente dovrà essere in grado di:

• discutere criticamente le diverse sorgenti cellulari utilizzabili per applicazioni di ingegneria tissutale e medicina rigenerativa;
• valutare vantaggi e limiti di cellule primarie, linee cellulari immortalizzate e cellule staminali;
• descrivere le strategie di progettazione e realizzazione di tessuti e organi bioingegnerizzati, con riferimento a scaffold, biomateriali e bioreattori;
• analizzare le principali applicazioni dell’ingegneria tissutale nei diversi distretti anatomici e organi trattati nel corso;
• valutare criticamente i prodotti bioingegnerizzati e le tecnologie attualmente disponibili, identificandone limiti, problematiche traslazionali e prospettive future;
• interpretare e discutere protocolli sperimentali e dati derivanti da attività di ricerca e sviluppo in ambito biotecnologico e di medicina rigenerativa.

Biotecnologia Molecolare Autori: Glick e Pasternak, Zanichelli editore
Fondamenti Di Ingegneria Dei Tessuti Per La Medicina Rigenerativa, Autori Mantero, Remuzzi, Raimondi, Ahluwalia, Pàtron Editore

L’insegnamento di Neurofisiologia fornisce una comprensione dei meccanismi cellulari e molecolari che regolano il funzionamento del sistema nervoso e del loro rapporto con le funzioni cerebrali. A partire dallo sviluppo storico delle neuroscienze, il corso approfondisce la comunicazione sinaptica, i neurotrasmettitori e i recettori, la riparazione e la rigenerazione del sistema nervoso e i meccanismi della plasticità e della memoria. Queste conoscenze sono integrate con lo studio delle basi neurofisiologiche del linguaggio, del ciclo sonno-veglia, delle emozioni e della sessualità.
Le esercitazioni consentono di conoscere e utilizzare, sotto supervisione, tecniche di coltura primaria di astrociti e neuroni, colture organotipiche e metodologie di immunofluorescenza e microscopia. È inoltre prevista un’introduzione alle iPSC e alle loro applicazioni. Il confronto tra modelli cellulari e tessuti, anche attraverso lo studio sperimentale della NMO, favorisce la capacità di interpretare i risultati e valutare controlli e limiti delle metodologie.

Al termine dell’insegnamento, gli studenti saranno in grado di:

• illustrare i principali passaggi dello sviluppo delle neuroscienze e i contributi di Golgi e Cajal;
• spiegare le basi cellulari e molecolari dell’eccitabilità, della comunicazione sinaptica e delle interazioni tra neuroni e glia;
• descrivere sintesi, rilascio, ricaptazione e degradazione dei neurotrasmettitori e il funzionamento dei recettori;
• spiegare i meccanismi e i limiti della riparazione e della rigenerazione del sistema nervoso;
• mettere in relazione plasticità sinaptica, apprendimento e memoria;
• descrivere le basi neurofisiologiche del linguaggio, del sonno-veglia, delle emozioni e dei comportamenti sessuali;
• comprendere principi, applicazioni e limiti di colture primarie e organotipiche, iPSC, immunofluorescenza e microscopia.

Al termine dell’insegnamento, gli studenti saranno in grado di:

• utilizzare le conoscenze cellulari e molecolari per interpretare fenomeni di neurotrasmissione, plasticità e risposta al danno;
• collegare modelli sperimentali e metodologie a specifici quesiti di ricerca neurofisiologica;
• applicare, sotto supervisione, le procedure affrontate per preparare e mantenere colture primarie di astrociti e neuroni e allestire colture organotipiche;
• interpretare morfologia, conta e vitalità cellulare e descrivere le possibilità di impiego delle iPSC;
• applicare, sotto supervisione, procedure di immunofluorescenza e acquisizione di immagini mediante microscopia a fluorescenza e confocale;
• interpretare sezioni ottiche e distribuzione dei marcatori, riconoscendo controlli, segnali aspecifici e possibili artefatti;
• confrontare risultati ottenuti su cellule e tessuti nello studio della NMO, discutendone il significato sperimentale e i limiti ai fini della diagnosi differenziale.

Descrittore di Dublino 3 — Autonomia di giudizio
Le lezioni e le esercitazioni favoriscono la capacità di valutare criticamente i meccanismi neurofisiologici e le evidenze sperimentali. Gli studenti sapranno collegare processi cellulari e funzioni cerebrali, confrontare modelli e metodologie e valutare i risultati alla luce dei controlli e dei limiti sperimentali. Saranno in grado di distinguere correlazioni e relazioni causali e di riconoscere quando i dati non consentono conclusioni univoche.
Descrittore di Dublino 4 — Abilità comunicative
Gli studenti saranno in grado di esporre in modo chiaro e coerente i contenuti del corso, utilizzando correttamente la terminologia neurofisiologica. Sapranno descrivere modelli cellulari, procedure, immagini e risultati sperimentali e spiegare le relazioni tra meccanismi molecolari e funzioni cerebrali, adattando il livello di dettaglio all’interlocutore.
Descrittore di Dublino 5 — Capacità di apprendere
Gli studenti svilupperanno la capacità di organizzare autonomamente lo studio e integrare lezioni, testi e materiali di laboratorio. Sapranno approfondire questioni di neurofisiologia attraverso fonti scientifiche attendibili, anche in lingua inglese, valutare criticamente nuove informazioni e aggiornare le conoscenze sui modelli sperimentali e sulle metodologie presentate.

Storia delle neuroscienze. Origini e sviluppo delle neuroscienze; contributi di Golgi e Cajal; teoria reticolare e dottrina del neurone; evoluzione delle conoscenze sull’organizzazione e sul funzionamento del sistema nervoso.
Sinapsi e meccanismi molecolari della neurotrasmissione. Sinapsi elettriche e chimiche; organizzazione e funzionamento della sinapsi; rilascio dei neurotrasmettitori, ciclo delle vescicole sinaptiche e ruolo del calcio. Meccanismi di ricaptazione e degradazione; trasmissione eccitatoria e inibitoria e integrazione dei segnali sinaptici.
Neurotrasmettitori e recettori. Principali classi di neurotrasmettitori; sintesi, distribuzione e funzioni. Recettori ionotropi e metabotropi; meccanismi di trasduzione del segnale e modulazione della risposta neuronale; relazioni tra sistemi di neurotrasmissione e funzioni del sistema nervoso.
Riparazione e rigenerazione del sistema nervoso. Risposte cellulari e molecolari al danno nel sistema nervoso centrale e periferico; degenerazione e rigenerazione assonale; ruolo delle cellule gliali e dell’ambiente extracellulare. Limiti e potenzialità della riparazione; cellule staminali e modelli sperimentali per lo studio dei processi rigenerativi.
Plasticità sinaptica e memoria. Plasticità a breve e a lungo termine; potenziamento e depressione a lungo termine (LTP e LTD); meccanismi cellulari e molecolari e ruolo dei recettori e del calcio. Relazioni tra plasticità, apprendimento e memoria; principali sistemi di memoria e processi di consolidamento.
Parola e linguaggio. Basi neurofisiologiche della produzione e della comprensione del linguaggio; organizzazione delle reti cerebrali coinvolte; lateralizzazione funzionale e integrazione tra componenti sensoriali, motorie e cognitive. Principali alterazioni del linguaggio come esempi delle relazioni tra struttura e funzione.
Ciclo sonno-veglia. Organizzazione del sonno REM e non REM; circuiti e sistemi di neurotrasmissione coinvolti nella veglia e nel sonno; regolazione circadiana e omeostatica. Relazioni tra sonno, plasticità e memoria; effetti della deprivazione del sonno.
Emozioni. Basi neurofisiologiche delle emozioni; ruolo dell’amigdala, dell’ipotalamo e delle aree corticali; integrazione tra risposte cognitive, autonomiche ed endocrine. Stress e regolazione delle risposte emotive; relazioni tra emozioni, apprendimento e memoria.
Sesso, sessualità e cervello. Influenza degli ormoni sessuali sull’organizzazione e sulla funzione del sistema nervoso; circuiti coinvolti nei comportamenti sessuali; interazioni tra fattori biologici, esperienza e contesto. Variabilità individuale e limiti delle interpretazioni deterministiche delle differenze tra sessi.
Esercitazioni di laboratorio. Principali tecniche sperimentali per lo studio delle cellule del sistema nervoso e dei modelli cellulari utilizzati nella ricerca biomedica in neurofisiologia.
Colture primarie di astrociti: preparazione e mantenimento, osservazione della morfologia e introduzione alla caratterizzazione delle cellule gliali. Colture primarie di neuroni: mantenimento, conta e valutazione della vitalità cellulare.
Colture organotipiche di retina e cervello: allestimento, organizzazione cellulare, caratteristiche e applicazioni nello studio dello sviluppo e delle patologie del sistema nervoso.
Introduzione alle cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC): caratteristiche biologiche, possibilità di differenziamento e impiego come modelli sperimentali delle cellule e delle patologie del sistema nervoso.
Immunofluorescenza applicata allo studio della neuromielite ottica (NMO) e dei principi della sua diagnosi differenziale. Confronto tra modelli cellulari e analisi su tessuto; controlli positivi e negativi, specificità del segnale e limiti interpretativi.
Microscopia a fluorescenza e confocale: principi di funzionamento, acquisizione delle immagini, analisi delle sezioni ottiche e interpretazione della distribuzione dei marcatori cellulari.

Esame orale sugli argomenti delle lezioni e delle esercitazioni. Il colloquio comprenderà domande generali e specifiche sui meccanismi neurofisiologici e sulle relazioni tra processi cellulari, comunicazione sinaptica e funzioni cerebrali. Saranno inoltre discussi principi, applicazioni e limiti delle metodologie di laboratorio, anche mediante interpretazione di schemi, immagini o semplici risultati sperimentali.

Dale Purves e collaboratori, Neuroscienze.
Solo i capitoli e le sezioni relativi al programma. Le presentazioni del corso e i materiali sulle metodologie di laboratorio saranno forniti nella classe Teams dedicata. Eventuali articoli di approfondimento saranno indicati durante le lezioni.

L’insegnamento di Proteomica e Metabolomica Applicate ha l’obiettivo di fornire le conoscenze necessarie per comprendere la struttura e la funzione del proteoma e del metaboloma umano e di altri organismi e di fornire competenze per sviluppare la padronanza nell’utilizzo delle piattaforme “omiche”, in particolare di proteomica e metabolomica in campo biotecnologico, con particolare attenzione alle condizioni fisiologiche e patologiche dell’uomo.

Al termine dell’insegnamento, lo studente comprenderà la struttura e la funzione del proteoma e del metaboloma umano e di altri organismi, mediante l’acquisizione di adeguate conoscenze di tecnologie di proteomica e metabolomica, per approcci biotecnologici innovativi.

Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite nell’utilizzo e applicazione di protocolli sperimentali avanzati per sviluppare la padronanza nell’utilizzo delle piattaforme “omiche”, in particolare di proteomica e metabolomica applicate in campo biotecnologico con particolare attenzione all’uomo, nelle sue condizioni fisiologiche e patologiche (es. monitoraggio di proteine e metaboliti target in matrici complesse e applicazioni in medicina rigenerativa).

Capacità critiche e di giudizio

• Autonomia di giudizio
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:
• acquisire la capacità di interpretare criticamente ed elaborare in autonomia i dati sperimentali;
• acquisire autonomia e capacità di valutazione ed interpretazione di dati provenienti da ricerche su scala “omica”;
• sviluppare disegni sperimentali originali, per una ampia varietà di problematiche connesse a pratiche di Medicina di Precisione.
  Capacità di comunicare quanto si è appreso
• Abilità comunicative
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:
• acquisire il lessico e la terminologia utile a scrivere e presentare risultati sperimentali in modo chiaro e sintetico;
• acquisire adeguate competenze e strumenti di comunicazione scritta e orale, in lingua italiana e in inglese, finalizzata allo scambio di idee, informazioni, dati e metodologie con interlocutori specialisti e non specialisti;
• acquisire abilità comunicative specifiche per confrontarsi e lavorare in gruppo con esperti sia in ambito clinico che tecnologico (informatici, ingegneri, etc.) allo scopo di sviluppare gli approcci multidisciplinari necessari.
  Capacità di proseguire lo studio in modo autonomo nel corso della vita
• Capacità di apprendere in modo autonomo
  Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:
• acquisire la capacità di apprendimento di tematiche di ricerca e tecniche proteomiche e metabolomiche applicate alle biotecnologie in campo medico, per rispondere a diversi quesiti biotecnologici anche tramite la consultazione di materiale bibliografico cartaceo o disponibile in rete nonché mediante l’utilizzo di banche dati.

Parte I
Le omiche. Introduzione alla proteomica e alla metabolomica.
Il campionamento, la preparazione e analisi del metaboloma e del proteoma nei fluidi biologici: sangue, urina, saliva, liquido cefalo-rachidiano.
Parte II
Tecniche NMR: principi generali. NMR monodimensionali: 1H. Shift chimico e Molteplicità di spin. NMR 13C. NMR bidimensionali: 2D J-RES. NMR fingerprinting e profiling. Librerie di spettri NMR: analisi differenziali. Individuazione mediante HMDB di metaboliti presenti in differenti biofluidi umani.
Tecniche cromatografiche: principi generali della separazione del metaboloma e del proteoma mediante tecniche di gas cromatografia. Gascromatografia gas-liquida e gas-solida. Effetti della temperatura, tipi di matrici e tecniche di derivatizzazione di metaboliti. Cromatogramma: parametri e analisi qualitativa e quantitativa. Applicazioni della cromatografia nella analisi del metaboloma e del proteoma in patologie tumorali, malattie cardiovascolari, diabete etc
Separazione ed analisi del metaboloma e del proteoma mediante tecniche HPLC, HPLC in fase inversa e HPLC-MS. Separazione del metaboloma e del proteoma mediante tecniche di elettroforesi capillare accoppiata alla spettrometria di massa (EC-MS).
Parte III
Metaboloma di interesse diagnostico e prognostico in patologie tumorali, in malattie cardiovascolari, in diabete. Metaboloma nei fluidi biologici: identificazione di metaboliti biomarker in condizioni fisiologiche e non (es. doping). Identificazione ed analisi comparativa di metaboliti biomarker (NIST, SIMCA).
Parte IV
Strategie bottom up e top down in proteomica. Principi della spettrometria di massa. Elettroforesi bidimensionali DIGE. Struttura di uno spettrometro di massa. Sorgente di ionizzazione MALDI e analizzatore TOF. Sorgente di ionizzazione elettrospray (ESI). Analizzatori a quadrupolo, trappola ionica, FT-ICR e Orbitrap. Triplo quadrupolo e frammentazione di peptidi per dissociazione indotta da collisione (CID) e dissociazione per trasferimento elettronico (ETD).
Analisi di spettri di massa di proteine. Frammentazione di peptidi. Risoluzione ed accuratezza nelle analisi proteomiche. Procedura di identificazione di proteine. Strategie di proteomica quantitativa (SILAC, iTRAQ). Tecnologia Proximity Extension Assay (PEA). SRM e MRM. Marcatura SILAC, IMAC. Proteomica d’espressione e funzionale. Strategie immunoprecipitazione TAP-TAG. Proteomica differenziale. Pattern isotopico. MALDI vs TANDEM. Strategia MASCOT per PMF (Peptide Mass Finger Printing). La proteomica nello studio di modifiche post-traduzionali. Identificazione di proteine fosforilate e del sito di fosforilazione. Metodi di acquisizione di campioni proteici complessi utilizzando la spettrometria di massa e analisi bioinformatica mediante ricerca in banca dati e validazione dei risultati (ANOVA, PCA).
Parte V
Esercitazioni di laboratorio:
Preparazione di lisati cellulari per l’analisi proteomica. Separazione mediante elettroforesi mono e bidimensionali. Digestione enzimatica. Estrazione dei peptidi, microconcentrazione e analisi per spettrometria di massa. Interpretazione di spettri di massa delle principali classi di molecole organiche. Utilizzo di database (HMDB) per individuazione di metaboliti presenti in differenti biofluidi. Spettri metabolomici NMR. Analisi e identificazione di metaboliti (NIST).

Modalità di verifica dell’apprendimento
Per conseguire la votazione finale, espressa in trentesimi, lo studente dovrà dimostrare di aver compreso e di saper applicare i concetti fondamentali degli argomenti trattati, rispondendo a domande su argomenti di proteomica e metabolomica applicate. Non sono previste prove intermedie. La votazione finale terrà conto di diversi fattori quali: adeguatezza, correttezza e congruenza di conoscenze, abilità e competenze possedute e/o manifestate.
Criteri di valutazione

• Conoscenza e capacità di comprensione:
• Conoscenza e comprensione delle applicazioni delle principali tecniche di proteomica e metabolomica e del loro utilizzo in un sistema complesso quale l’uomo;
• Capacità di individuare e applicare le tecniche più opportune, tra quelle esaminate in proteomica e metabolomica, per rispondere a diversi quesiti biotecnologici.
• Conoscenza e capacità di comprensione applicate:
• Capacità di applicare le conoscenze pregresse (biochimica, biologia molecolare) allo studio della proteomica e metabolomica.
• chiarezza e completezza nell’esposizione orale dei contenuti del programma e nella redazione delle relazioni sulle esperienze di laboratorio;
• capacità di operare collegamenti con i contenuti di altri insegnamenti.
• Autonomia di giudizio:
• Capacità di collegare le varie nozioni arrivando ad una conoscenza organica della materia nonché la capacità di interpretare criticamente ed elaborare in autonomia i dati sperimentali.
• Abilità comunicative:
• valutazione della chiarezza e completezza delle risposte dello studente.
• Capacità di apprendere:
• capacità di approfondimento delle conoscenze in maniera critica.
  Criteri di misurazione del apprendimento e di attribuzione del voto finale
  Per conseguire la votazione finale, espressa in trentesimi, lo studente dovrà dimostrare di aver compreso e di saper applicare i concetti fondamentali degli argomenti trattati, rispondendo a domande su argomenti di proteomica e metabolomica applicata. L’esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18. Per conseguire una valutazione finale elevata lo/la studente/studentessa deve avere sviluppato autonomia di giudizio e adeguata capacità di argomentazione ed esposizione.

“Introduction to Proteomics”, Daniel C. Liebler, Humana Press;
“Clinical Metabolomics - Methods and Protocols”, M. Giera, Humana Press, 2017.

Il Corso ha l’obiettivo fornire conoscenze di base sulla biologia della gametogenesi, fecondazione e sviluppo embrionale pre-impianto in modelli animali da reddito, considerati di rilevanza traslazionale in medicina riproduttiva umana, e di fornire competenze teorico-pratiche sulle principali biotecnologie riproduttive in vitro: maturazione dell’ovocita, capacitazione del seme, fertilizzazione e coltura embrionale.
In dettaglio, il corso ha i seguenti obiettivi formativi:
1) presentare la figura professionale dell’embriologo illustrando le dinamiche di regolazione e controllo dell’attività riproduttiva in umana e in modelli animali e il contributo fornito dalle biotecnologie riproduttive in vitro in questi contesti;
2) conferire la capacità di allestire e gestire colture in vitro e di condurre analisi della qualità di gameti ed embrioni umani ed animali, impostati in relazione al contesto fisiologico in cui si verificano gli eventi di sviluppo e maturazione funzionale di tali sistemi cellulari e nel quadro di una visione complessa e unitaria del processo di produzione in vitro di embrioni;
3) promuovere l’attitudine alla lettura e interpretazione di testi e articoli di letteratura scientifica internazionale del settore e avvicinare alle più importanti realtà internazionali della ricerca e della pratica clinica nell’ambito delle biotecnologie riproduttive in una dimensione interculturale comparativa e metodologicamente proficua;
4) sollecitare la propensione ad analizzare dati sperimentali mediante uso di appropriate analisi statistiche;
5) consolidare le competenze espressive nell’ambito della disciplina sia in lingua italiana che inglese; a tal fine verranno dedicate alcune ore di attività all’analisi di articoli scientifici in lingua inglese sugli argomenti del corso.

• conoscenze delle dinamiche dell’attività riproduttiva in modelli cellulari animali (gametogenesi, maturazione funzionale dei gameti, fecondazione e sviluppo dell’embrione preimpianto) e del contributo fornito dalle biotecnologie riproduttive in quest’area scientifica;
• conoscenza delle metodiche atte a riprodurre in vitro i meccanismi fisiologici della riproduzione applicate ai modelli animali da reddito e delle differenze e analogie specie-specifiche con la specie umana;
• capacità di allestire e gestire colture in vitro di gameti ed embrioni di modelli animali
• capacità di condurre analisi microscopiche e bio-molecolari della qualità di gameti ed embrioni utilizzando modelli animali e seguendo le linee guida delle società scientifiche internazionali del settore indicate dal docente;
• impostare le colture e le analisi in relazione al contesto fisiologico in cui si verificano gli eventi di sviluppo e maturazione funzionale dei sistemi cellulari coinvolti nel quadro di una visione complessa e unitaria del processo di produzione in vitro dell’embrione.
• DD3 Autonomia di giudizio
  Capacità di valutare autonomamente il migliore approccio e metodologia sperimentale da eseguire nell’ambito della ricerca in biotecnologie riproduttive in modelli animali.
• DD4 Abilità comunicative
  Acquisizione della capacità di organizzare in modo organico l’esposizione di ogni argomento in termini di premesse – background storico - sviluppo metodologico - tecnologie di verifica – limiti attuali e prospettive future.
  Acquisizione di competenze espressive dello studente nell’ambito della disciplina sia in lingua italiana che inglese.
• DD5 Capacità di apprendere in modo autonomo
  Capacità di analizzare in modo autonomo dati sperimentali con appropriate analisi statistiche;
  Acquisizione di attitudine alla lettura e interpretazione di testi e articoli della letteratura scientifica internazionale del settore anche per approcciare le più qualificate realtà nazionali ed internazionali della ricerca e della pratica clinica nell’ambito delle biotecnologie riproduttive in una dimensione interculturale.

Parte I (Lezioni frontali in presenza):

• Introduzione alle biotecnologie riproduttive: finalità in ambito umano e negli animali da reddito. Importanza dei “livestock models” in medicina riproduttiva umana e in tossicologia riproduttiva.
• Follicologenesi e ovogenesi. Regolazione ormonale dell’accrescimento follicolare e della maturazione dell’ovocita.
• Spermatogenesi e regolazione ormonale. Analisi macroscopiche e microscopiche della qualità del seme (concentrazione, vitalità, motilità, morfologia, capacitazione e reazione acrosomiale, integrità della cromatina spermatica, apoptosi, stato energetico e ossidativo).
• Aspetti fisiologici della capacitazione e reazione acrosomiale, dello sperm-zona binding e della fecondazione. Anomalie della meiosi e della fecondazione.
• Produzione di embrioni in vitro (IVP). Recupero e selezione dell’ovocita dall’ovaio in vitro. Cenni sull prelievo dell’ovocita in vivo: Trans-vaginal oocyte aspiration (TVA) e Ovum pick-up (OPU). Maturazione in vitro (IVM) dell’ovocita; Selezione della frazione motile del seme (swim-up e gradienti di densità) e fecondazione in vitro (IVF);
• Coltura dell’embrione in vitro; co-colture con monostrati cellulari enhancer. Trasferimento di embrioni. Efficienza e risultati attuali delle procedure di produzione di embrioni in vitro in modelli animali e cenni in umana.
  Parte II (Esercitazioni di laboratorio):
  -Introduzione pratica al laboratorio di Biotecnologie riproduttive:
  PRIMO CFU:
  -Prelievo, selezione e allestimento della coltura di maturazione in vitro (IVM) degli ovociti;
• Valutazione dell'espansione e rimozione del cumulo ooforo; allestimento vetrini (fissaggio e colorazione degli ovociti);
• Valutazione della maturazione nucleare dell’ovocita.
  SECONDO CFU
• Valutazione microscopica della qualità (vitalità, motilità e concentrazione) degli spermatozoi.
• Capacitazione in vitro degli spermatozoi e fertilizzazione in vitro con tecnica convenzionale (IVF);
• Crioconservazione di embrioni ed ovociti mediante congelamento lento.

Il conseguimento dell’apprendimento atteso da parte dello studente sarà verificato mediante esame orale sugli argomenti sviluppati durante le ore di lezione frontale e teorico-pratica svolte in aula o in laboratorio in accordo con il Regolamento Didattico del Corso di Laurea.
La valutazione dell’apprendimento dello studente avviene sulla base di criteri prestabiliti, e la votazione è in accordo con quanto riportato nel Regolamento Didattico del Corso.
Possono essere previste prove in itinere da programmare in accordo con gli studenti.
L’esame di profitto degli studenti stranieri può essere svolto in lingua inglese secondo le modalità sopra descritte.

Capitoli indicati dal docente dai seguenti testi:

• Talevi R & Gualtieri R (2019) Biologia e Tecnologie della Riproduzione Umana. Piccin (Padova).
• Gordon I. (2003) In vitro production of cattle embryos. CAB Int., Dublin, UK
• Comparative Embryo culture - Methods and Protocols (Humana Press 2019)
  Articoli da riviste scientifiche del settore consigliati e consegnati a cura del docente.

Il corso ha l’obiettivo di far comprendere allo studente le cause e le conseguenze delle alterazioni cromosomiche nelle cellule somatiche e germinali, e di fare acquisire conoscenze approfondite riguardo alla diagnostica citogenetica di tipo
convenzionale e molecolare per la loro individuazione e studio

Acquisizione di competenze teoriche e operative in ambito citogenetico umano, al fine di comprendere gli aspetti molecolari e tecnici dell’analisi dei cromosomi umani.

Si prevede la partecipazione obbligatoria degli studenti a laboratori, al fine di garantire l'acquisizione di competenze metodologiche per eseguire la diagnostica e la ricerca biologica in citogenetica.

Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di:

• acquisire autonomia in ambiti relativi alla valutazione e interpretazione di dati sperimentali per lo studio della citogenetica
• acquisire il lessico e la terminologia relativi alla citogenetica per comprendere eventuali approfondimenti tramite bibliografia specifica.
• acquisire la capacità di approfondire e di leggere con spirito critico l’evoluzione della disciplina, attraverso la consultazione di testi e banche dati.

Lezioni frontali (2 CFU):

• Introduzione alla citogenetica
• Struttura del cromosoma. Territori cromosomici. Eucromatina ed eterocromatina, TADs. Metodiche di studio delle interazioni cromosomiche (3C, 4C, Hi-C).
• Elementi fondamentali del cromosoma: centromeri, telomeri e origini di replicazione
• Neocentromeri e loro studio nella patologia costituzionale e somatica (tumori)
• Tecniche di bandeggio differenziale per l'identificazione dei cromosomi: il cariotipo umano
• Mutazioni cromosomiche di numero (poliploidie, aneuploidie) e di struttura (delezioni, duplicazioni, inversioni, traslocazioni, cromosomi ad anello, isocromosomi, invdup, double minutes, homogeneously staining regions): cause e conseguenze delle alterazioni citogenetiche nelle cellule germinali e somatiche.
• La non disgiunzione cromosomica nelle cellule germinali e somatiche
• Genesi dei geni di fusione e loro impatto funzionale
• Tecniche per lo studio delle aberrazioni cromosomiche: FISH, M-FISH, mBAND, Rx-FISH, microdissezione, CGH, array CGH, immuno-FISH, FICTION, Optical genome Mapping, Q-FISH, RNA-FISH.
  Laboratorio (1 CFU):
• Allestimento di preparati per l’analisi citogenetica convenzionale.
• Esecuzione dell’analisi del cariotipo, normale e aberrante, al computer.
• FISH: illustrazione del protocollo su campioni a fresco ed inclusi in paraffina; analisi di un caso di patologia neoplastica ematologica con aberrazioni cromosomiche

L’esame prevede la verifica della comprensione del razionale di svolgimento dell’attività di laboratorio, oltre all’accertamento dell’apprendimento degli aspetti molecolari, tecnici, diagnostici e di ricerca relativi alla citogenetica umana.
Viene inoltre richiesto di collegare la citogenetica ad altre discipline, poiché richiede competenze interdisciplinari, senza entrare nel dettaglio di tali discipline. La valutazione sarà espressa in trentesimi e la prova sarà superata con un punteggio pari o superiore a 18. Tale voto verrà poi integrato con il voto dell’esame di Genetica Medica, mediante il calcolo del valore medio arrotondando per difetto

• Testo-Atlante di Citogenetica Umana, Ventruto/Sacco/Lonardo, Springer;
• Genetica Umana Molecolare, Strachan & Read, II Edizione (2021), Zanichelli;
• Genetica-Un approccio Molecolare, Peter J. Russell, Pearson editore (Ed. 2024)
• Genetica & Genomica nelle scienze mediche, Tom Strachan & Anneke Lucassen, Zanichelli editore (Ed. 2024)
  Nessun testo ha contenuti esaustivi riguardo agli argomenti trattati a lezione. Pertanto, si consiglia agli studenti di integrare lo studio con materiali didattici forniti dalla docente.

L’esame prevede la verifica della comprensione del razionale di svolgimento dell’attività di laboratorio, oltre all’accertamento dell’apprendimento degli aspetti molecolari, tecnici, diagnostici e di ricerca relativi alla citogenetica umana.
Viene inoltre richiesto di collegare la citogenetica ad altre discipline, poiché richiede competenze interdisciplinari, senza entrare nel dettaglio di tali discipline. La valutazione sarà espressa in trentesimi e la prova sarà superata con un punteggio pari o superiore a 18. Tale voto verrà poi integrato con il voto dell’esame di Genetica Medica, mediante il calcolo del valore medio arrotondando per difetto

Obiettivi formativi sintetici: l’insegnamento ha l’obiettivo di offrire una formazione teorico-pratica sulle principali tecniche di microfertilizzazione assistita e di crioconservazione utilizzando gameti ed embrioni di modelli animali oltre ad offrire una panoramica delle applicazioni delle tecniche omiche nella valutazione di qualità anche in modalità non invasiva, di gameti ed embrioni animali ed umani.
Obiettivi formativi:
Il corso ha i seguenti obiettivi formativi:
1) formare la figura professionale dell’embriologo illustrando le principali e più innovative tecnologie inerenti le biotecnologie della riproduzione umana ed animale applicabili nel campo della procreazione assistita.
2) conferire la capacità di allestire e gestire autonomamente colture in vitro di gameti ed embrioni. Condurre procedure micromanipolative avanzate di gameti ed embrioni animali.
3) promuovere l’attitudine alla lettura e interpretazione di testi e articoli di letteratura scientifica internazionale del settore per poterlo avvicinare alle più importanti realtà internazionali della ricerca e della pratica clinica nell’ambito delle biotecnologie riproduttive in una dimensione interculturale comparativa e metodologicamente proficua;
4) sollecitare la propensione ad analizzare dati sperimentali mediante uso di appropriate analisi statistiche;
5) consolidare le competenze espressive nell’ambito della disciplina sia in lingua italiana che inglese; a tal fine verranno dedicate alcune ore di attività all’analisi di articoli scientifici in lingua inglese sugli argomenti del corso.

Il corso si propone di raggiungere i seguenti risultati:
1) far comprendere allo studente le principali e le più innovative tecnologie inerenti le biotecnologie della riproduzione umana ed animale applicabili nel campo della procreazione assistita;
2) conferire allo studente la capacità di allestire e gestire autonomamente colture in vitro di gameti ed embrioni. Condurre procedure micromanipolative avanzate di gameti ed embrioni animali;
3) promuovere nello studente l’attitudine alla lettura e interpretazione di testi e articoli di letteratura scientifica internazionale del settore per poterlo avvicinare alle più importanti realtà internazionali della ricerca e della pratica clinica nell’ambito delle biotecnologie riproduttive in una dimensione interculturale comparativa e metodologicamente proficua;
4) sollecitare nello studente la propensione ad analizzare i propri dati sperimentali, avvicinandolo all’uso di appropriate analisi statistiche;
5) consolidare le competenze espressive dello studente nell’ambito della disciplina sia in lingua italiana che inglese.

1)Conoscenza delle tecnologie di microfertilizzazione assistita, delle strategie di preservazione della fertilità maschile e femminile, dei sistemi high throughput per la valutazione qualitativa di gameti ed embrioni, dei sistemi colturali innovativi (organoidi e Lab-on-chip) applicabili in riproduzione, delle strategie emergenti di gametogenesi in vitro da cellule staminali, della produzione di animali transgenici/clonati come modello di patologie umane.
2) Conoscenza delle metodiche atte ad applicare in vitro le tecnologie sopracitate mediante l’utilizzo di gameti ed embrioni di modelli animali

Autonomia di giudizio
1) Capacità di valutare, seguendo le linee guida delle società scientifiche internazionali indicate dal docente, la condizione normale o patologica delle cellule riproduttive (ovocita, spermatozoo o embrione) seguendo criteri e parametri morfologici e/o funzionali;
2) Capacità di valutazione dei campioni con metodiche differenti ed integrate, anche non-invasive e in grado di preservare la vitalità del campione;
Abilità comunicative
1) Abilità ad esporre i contenuti del corso utilizzando terminologia appropriata anche in inglese e collegando i concetti in un percorso completo che, partendo dalle finalità, giunga a descrivere i metodi e i relativi parametri e indici di valutazione;
Capacità di apprendere in modo autonomo
1) Capacità di apprendere i contenuti del corso sulla base dell’attenzione dimostrata alle lezioni ed esercitazioni e dell’abilità di studio da testi in italiano e in inglese indicati dal docente.

Parte I (Lezioni frontali)

• Tecniche di microfertilizzazione assistita
  Evoluzione delle tecnologie di microfertilizzazione assistita. Iniezione intracitoplasmatica dello spermatozo (ICSI), Piezo assisted- e Laser assisted-ICSI. Iniezione intracitoplasmatica di spermatozoi morfologicamente selezionati (IMSI). Birifrangenza. Microscopia a luce polarizzata (Polscope). Tecnologie avanzate di microiniezione con cellule progenitrici degli spermatozoi: round spermatid injection (ROSI) ed elongated spermatid injection (ELSI).
• High Throughput Screening in riproduzione
  Imaging morfologico e bioenergetico dell’ovocita: Bright field; Epi-fluorescence; 3D imaging (confocal laser scanning microscopy and high content screening microscopy). Imaging metabolico: microspettroscopia Raman. Imaging morfocinetico: time-lapse monitoring. Tecnologie OMICs (transcriptomics, miRNomics, proteomics, metabolomics) per la valutazione di qualità di ovociti ed embrioni.
• Organoidi e Lab-on-chip in riproduzione
  Sistemi colturali 3D in vitro; bioprinting per gameti ed embrioni. Applicazioni micro e millifluidiche per gameti ed embrioni. Biosensori/microbiosensori per gameti ed embrioni.
• Preservazione della fertilità
  Prelievo, criopreservazione e trapianto di tessuto ovarico/testicolare. Coltura in vitro del follicolo preantrale. Criopreservazione dell’ovocita: applicazioni nel social freezing e freezing endometriosi/esaurimento riserva ovarica. Oocyte ageing, heteroplasmy, mt transfer. Freeze-dried spermatozoa. Applicazioni in oncofertilità.
• Preimplantation genetic testing (PGT)
  Metodologie di prelievo di globuli polari e/o blastomeri di embrioni in diverse fasi dello sviluppo; Non-Invasive PGT (analisi del DNA da terreni di coltura). Dalla citogenetica alla citogenomica: PGT-A (aneuploidy) e PGT-SR (structural rearrangements). Diagnosi delle patologie da alterazioni monogeniche PGT-M
• Cellule staminali e gametogenesi in vitro
  Cellule staminali embrionali. Cellule staminali da annessi fetali. Gametogenesi in vitro
• Produzione di animali transgenici/clonati modelli di patologie umane
  Dall’embryo splitting al Somatic Cell Nuclear Transfer (SCNT). Dalla microiniezione pronucleare a CRISPR/Cas 9. Clonazione terapeutica.
• Tossicologia della riproduzione
  Effetti di metalli pesanti, micotossine, ftalati e micro/nanoplastiche sullo sviluppo e funzionalità di gameti ed embrioni in modelli animali e nella specie umana.
  Parte II (Esercitazioni di laboratorio):
• Iniezione intracitoplasmatica dello spermatozoo
  Setting up micromanipolatore e preparazione delle piastre. Montaggio delle micropipette (injection and holding). Prelievo, selezione e IVM di ovociti animali. Analisi e preparazione del liquido seminale per la selezione dello spermatozoo. Selezione di ovociti maturi. Posizionamento dell’ovocita e penetrazione del citoplasma. ICSI convenzionale.
• Oocyte/embryo vitrification
  Preparazione delle soluzioni di vitrificazione\scongelamento. Procedura di vitrificazione e rapid thawing. Valutazione di qualità pre\post vitrificazione.

Esame orale

Parti dai seguenti testi:

• Talevi R & Gualtieri R (2019) Biologia e Tecnologie della Riproduzione Umana. Piccin (Padova).
• Lucia Rocco (2021) Biologia e Tecniche della Riproduzione, Edi Ermes.
• Elder K and Dale B (2020) In Vitro Fertilization, 4th Ed Cambridge.
• Articoli da riviste scientifiche del settore consigliati e consegnati a cura del docente.

Il corso ha l’obiettivo di implementare le nozioni relative alla fisiologia renale, ai principali meccanismi patogenetici alla base dell'insufficienza renale e le strategie terapeutiche volte a implementare la funzionalità d'organo, con particolare riferimento al trapianto. Le conoscenze acquisite si integreranno con le competenze apprese in altri corsi quali tecnologie cellulari, proteomica e bioinformatica.

DD1. Conoscenza e capacità di comprensione.
Al termine del percorso formativo, gli studenti acquisiranno:

• nozioni di base sulla fisiologia renale e sulle patologie correlate che possono portare alla insufficienza renale, alla malattia renale cronica e, di conseguenza, alla necessità di un trapianto.
• conoscenza delle nuove strategie terapeutiche utilizzate nel campo dei trapianti, in particolare per quanto riguarda il rene.
• nozioni sulle più recenti scoperte nella medicina rigenerativa e sulle applicazioni che questa disciplina offre nel trattamento delle malattie renali.

DD2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Al termine del percorso, lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di applicare la conoscenza e la comprensione acquisite in diversi contesti legati a questi argomenti.
Le capacità di applicazione della conoscenza e comprensione che gli studenti svilupperanno includono:

• Comprensione approfondita delle cause, delle conseguenze e dei meccanismi di insufficienza dorgano.
• Applicazione delle conoscenze acquisite sui principi dei trapianti dorgano, compresi i criteri di selezione del donatore e del ricevente, i metodi di prelievo e conservazione dell’organo renale, e le terapie immunosoppressive pre e post-trapianto.
• Comprensione dei principi di base delle diverse biotecnologie utilizzate nei trapianti, come la terapia genica, l’impiego delle cellule staminali e utilizzo di organi artificiali, nonché le loro implicazioni etiche e i possibili rischi associati.

DD3. capacità critiche e di giudizio
Per sviluppare abilità critiche e di giudizio, gli studenti saranno coinvolti in diverse attività nel contesto del corso:
2. Esercitazioni di laboratorio: per acquisire familiarità con le tecniche di analisi e misurazione utilizzate nello studio dellinsufficienza dorgano e delle biotecnologie applicate ai trapianti.
3. Studio di diverse patologie renali: saranno presentati agli studenti modelli pre-clinici, suini e murini di danno renale acuto e cronico, in modo da raccogliere dati rilevanti, valutare le informazioni disponibili e formulare giudizi autonomi sulle diagnosi e sulle opzioni terapeutiche.
4. Discussioni in aula e durante le esercitazioni di laboratorio al fine di incoraggiare la riflessione critica, la valutazione delle diverse prospettive e la capacità di formulare giudizi autonomi.
DD4. Abilità comunicative.
Attraverso discussioni in aula e durante le esercitazioni di laboratorio, gli studenti saranno incoraggiati a esporre e discutere gli argomenti trattati nel corso. Questo esercizio permette loro di comunicare le informazioni e le valutazioni in modo efficace, dimostrando una comprensione approfondita degli argomenti trattati. Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di trasmettere le conoscenze e le competenze apprese durante il corso a interlocutori sia specialisti che non specialisti, favorendo una comprensione e una diffusione più ampia delle tematiche legate all'insufficienza d'organo e alle biotecnologie applicate ai trapianti.
DD5. Capacità di apprendere in modo autonomo.
Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di apprendere tematiche di patologia renale e trapianto dorgano consultando fonti di informazione aggiornate, come articoli scientifici, pubblicazioni accademiche o report ufficiali.

• Anatomia e fisiologia del rene
• Insufficienza renale acuta
• Danno renale acuto indotto dalla sepsi
• Insufficienza renale cronica
• Il trapianto di organi e tessuti
• La donazione da donatore deceduto e da donatore vivente
• La morte cerebrale
• Il danno da ischemia/riperfusione
• Studio della compatibilità donatore/ricevente
• Sistema per la perfusione e ricondizionamento ex-vivo dell’organo renale
• La terapia immunosoppressiva
• Rigetto iperacuto
• Rigetto acuto
• Rigetto Cronico
• Nefropatia cronica del Trapianto
• Il declino cognitivo nella malattia renale
• Il trattamento dialitico sostitutivo
• Medicina rigenerativa: focus Cellule staminali
• Potenziali applicazioni delle cellule staminali nel danno renale acuto
• Potenziali applicazione del Trapianto di microbiota fecale nel trattamento della malattia renale

La preparazione dello studente sarà valutata mediante esame orale.
Gli aspetti che saranno considerati per la valutazione e il conseguimento dei risultati di apprendimento attesi includono:

• Solida e accurata conoscenza delle nozioni di base riguardanti le biotecnologie applicate ai trapianti e le tematiche correlate trattate nel corso.
• Capacità di analizzare in modo critico i concetti, le teorie e le evidenze scientifiche relative alle biotecnologie applicate ai trapianti, e di formulare giudizi autonomi basati su una valutazione delle evidenze scientifiche disponibili.
• Capacità di sintetizzare le conoscenze acquisite e comunicarle in modo chiaro ed efficace, utilizzando un linguaggio tecnico appropriato.
  Capacità di applicare le conoscenze acquisite per identificare soluzioni appropriate nell’ambito della patologia renale e giustificarle sulla base delle evidenze scientifiche.

Materiale didattico fornito dal docente, comprensivo di slides e lavori scientifici pubblicati su pubmed. Il materiale didattico sarà caricato su classe Teams:
“Principi della insufficienza di organo e biotecnologie applicate ai trapianti”.

Fornire conoscenze di base sulla fisiologia della determinazione del sesso, gametogenesi maschile e femminile, riproduzione maschile e femminile e controllo operato dal SNC e dai fattori ambientali che la influenzano, procreazione, gravidanza, parto e lattazione. Conoscenze saranno anche fornite circa la rilevanza fisiologica del microbioma degli organi riproduttivi umani.
Apprendimento delle principali cause femminili e maschili di infertilità di coppia, la loro epidemiologia, eziologia, patogenesi ed inquadramento diagnostico. Nozioni sui trattamenti farmacologici e/o chirurgici di tali patologie.

Al termine del corso, lo studente dovrà essere in grado di:
-descrivere le principali cause femminili e maschili di infertilità;
-identificare gli accertamenti necessari per il corretto work-up diagnostico della coppia infertile;
-conoscere le principali opzioni terapeutiche farmacologiche e chirurgiche dei fattori di infertilità femminile e maschile;
-conoscere le tecniche di Procreazione Medicalmente Assistita (PMA) di I, II e III livello, comprenderne le indicazioni e identificare i criteri per la loro appropriata applicazione.
-conoscere le indicazioni e le principali strategie di preservazione della fertilità femminile e maschile, sia in presenza di condizioni mediche o trattamenti potenzialmente gonadotossici, sia per indicazioni non mediche (social fertility preservation).

Acquisizione di conoscenze specifiche in fisiologia ed endocrinologia della riproduzione umana applicate alle biotecnologie avanzate di riproduzione assistita e preservazione della fertilità umana.
Capacità di inquadramento delle problematiche riproduttive di coppia
Autonomia nel formulare diagnosi dei fattori di infertilità e le relative proposte terapeutiche
Capacità di scelta delle terapie farmacologiche

Comprensione della funzione riproduttiva umana e dei relativi aspetti biotecnologici applicati in ambito clinico e di ricerca scientifica
Acquisizione di conoscenze di fisiologia e di endocrinologia della riproduzione maschile e femminile umana di base.
Acquisizione di conoscenze specifiche in fisiologia ed endocrinologia della riproduzione umana applicate alle biotecnologie avanzate di riproduzione assistita e preservazione della fertilità umana.
Al termine dell’insegnamento lo/a studente/essa sarà in grado di:
-raccogliere ed interpretare dati relativi ai/al/alla:

• livelli plasmatici degli ormoni della riproduzione e della lattazione
• numero e della motilità degli spermatozoi nell’eiaculato
• valutazione morfo-funzionale della capacitazione e della reazione acrosomica degli spermatozoi
  -applicare le conoscenze di fisiologia ed endocrinologia della riproduzione umana nella ricerca scientifica condotta in percorsi dottorali;
  -determinare giudizi autonomi su temi sociali, scientifici ed etici connessi alla riproduzione umana e alle biotecnologie di riproduzione assistita. A tale scopo lo/a studente/essa sarà in grado di giudicare autonomamente la
  complessità del dato sperimentale e della sua valenza scientifica, della corretta interpretazione dei risultati in termini di accuratezza ed efficacia, delle ricadute sociali collegate alla utilizzazione e divulgazione dei dati ottenuti. Inoltre, sarà in grado di analizzare criticamente l'approccio metodologico seguito e, eventualmente, essere in grado di utilizzare approcci alternativi per validare la robustezza del metodo e l'attendibilità dei risultati di analisi anche in raffronto agli approcci seguiti in altre realtà europee ed internazionali;
  -condurre prove di laboratorio, redigere relazioni scritte inerenti la fisiologia dell’apparato riproduttivo maschile e femminile;
  -comunicare informazioni, idee, problemi e soluzioni a interlocutori specialisti e non specialisti della fisiologia ed endocrinologia della riproduzione umana e delle biotecnologie di riproduzione assistita;
  -proseguire con un alto grado di autonomia lo studio della fisiologia ed endocrinologia della riproduzione umana e delle biotecnologie di riproduzione assistita in modo autonomo nel corso della vita.
• Autonomia di giudizio
  Capacità di elaborare un workup diagnostico-terapeutico completo per la coppia infertile
• Abilità comunicative
  Capacità di argomentare sulle scelte diagnostico-terapeutiche.
  Abilità ad esporre con logica i contenuti del corso utilizzando terminologia scientifica, anche in inglese.
• Capacità di apprendere in modo autonomo
  Capacità di apprendere i concetti presentati durante le lezioni e di approfondire attraverso lo studio di testi e articoli scientifici.

Tipo di fecondazione e sviluppo dell’embrione negli umani. Dai gameti al feto: considerazioni generali.
Determinazione del sesso. Corredo diploide e corredo aploide. Distribuzione dei cromosomi al momento della fecondazione. Sindrome di Turner. Corpo di Barr.
Differenziamento sessuale durante lo sviluppo fetale. Gene SRY. Sviluppo embrionale maschile. Ormone anti-mulleriano. Testosterone e diidrotestosterone nella vita fetale. Pseudoermafroditismo. Sviluppo embrionale femminile.
Anatomia funzionale dell’apparato riproduttivo maschile. Spermatogenesi e spermiogenesi. Spermatozoi e trasporto degli spermatozoi. Fisiologia del testicolo. Epididimo: funzioni e maturazione degli spermatozoi. Riproduzione maschile. Anatomia funzionale. Tubuli seminiferi, cellule del Sertoli, cellule interstiziali, produzione di spermatozoi. Epididimo: funzioni e maturazione dello sperma. Plasma seminale umano e secrezioni delle ghiandole accessorie. Spermatogenesi e ruolo delle gonadotropine e del testosterone. Capacitazione degli spermatozoi e reazione acrosomica. Reazione corticale.
Gametogenesi femminile. Vie di controllo ormonale della riproduzione. Ormoni trofici della riproduzione femminile. Estrogeni e progesterone. Retroazione negativa e positiva. Fattori ambientali sulla secrezione degli ormoni riproduttivi e gametogenesi. Estrogeni ambientali naturali e sintetici e loro effetti. Riproduzione femminile. Aspetti di anatomia funzionale. Tragitto degli spermatozoi depositati nella vagina. Vagina. Cervice uterina. Utero. Tube di Falloppio. Ovaio. Sviluppo dei follicoli ovarici. Da follicolo primordiale a follicolo dominante. Ciclo mestruale. Fasi del ciclo ovarico e del ciclo uterino. Controllo del ciclo mestruale. Fase follicolare precoce: Fase follicolare intermedia e tardiva. Ovulazione. Fase luteale precoce e intermedia. Fase luteale tardiva e mestruazione.
Controllo ormonale dei caratteri sessuali secondari maschili e femminili. Procreazione: aspetti generali. Risposta sessuale umana: eccitazione, plateau, orgasmo e risoluzione. Erezione ed eiaculazione. Sperma. Disfunzioni sessuali. Trattamento della disfunzione erettile. Viagra. Fibanserina. Forme di contraccezione maschile e femminile. Sterilità e incapacità di concepimento.
Fecondazione; formazione dello zigote; blastocisti; impianto dell'embrione nell'endometrio; corion, allantoide; sacco vitellino; villi coriali; placenta; ormoni della placenta; gonadotropina corionica umana; estrogeni e progesterone; somatomammotropina umana.
Travaglio e parto. Ormoni e meccanismi del travaglio.
Secrezione di latte durante la lattazione. Ghiandola mammaria. Colostro. Ormoni della lattazione. Eiezione di latte materno. Microbiota del fluido follicolare. Microbiota dello sperma. Microbiota dell’endometrio. Microbiota vaginale. Assi del microbiota materno-feto.
Epidemiologia dell’ infertilità di coppia
Aging riproduttivo nell’ uomo e nella donna
Cause femminili di infertilità: inquadramento diagnostico e terapeutico
Cause maschili di infertilità: inquadramento diagnostico e terapeutico
Tecniche di PMA di I, II e III livello
Basi farmacologiche della stimolazione ovarica controllata
Protocolli di stimolazione ovarica controllata
Poliabortività
Il futuro della medicina riproduttiva: trapianto d’ utero, ovarian scaffold, tecniche di ringiovanimento ovarico ed endometriale

La modalità di verifica dei risultati dell’apprendimento atteso sarà orale sotto forma di colloquio con votazione finale espressa in trentesimi.

Biologia e tecniche della riproduzione - L. Rocco - EdiErmes (ISBN: 978887051747-7)

Il corso ha l’obiettivo di implementare le nozioni relative alla fisiologia renale, ai principali meccanismi patogenetici alla base dell'insufficienza renale e le strategie terapeutiche volte a implementare la funzionalità d'organo, con particolare riferimento al trapianto. Le conoscenze acquisite si integreranno con le competenze apprese in altri corsi quali tecnologie cellulari, proteomica e bioinformatica.

DD1. Conoscenza e capacità di comprensione.
Al termine del percorso formativo, gli studenti acquisiranno:

• nozioni di base sulla fisiologia renale e sulle patologie correlate che possono portare alla insufficienza renale, alla malattia renale cronica e, di conseguenza, alla necessità di un trapianto.
• conoscenza delle nuove strategie terapeutiche utilizzate nel campo dei trapianti, in particolare per quanto riguarda il rene.
• nozioni sulle più recenti scoperte nella medicina rigenerativa e sulle applicazioni che questa disciplina offre nel trattamento delle malattie renali.

DD2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Al termine del percorso, lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di applicare la conoscenza e la comprensione acquisite in diversi contesti legati a questi argomenti.
Le capacità di applicazione della conoscenza e comprensione che gli studenti svilupperanno includono:

• Comprensione approfondita delle cause, delle conseguenze e dei meccanismi di insufficienza dorgano.
• Applicazione delle conoscenze acquisite sui principi dei trapianti dorgano, compresi i criteri di selezione del donatore e del ricevente, i metodi di prelievo e conservazione dell’organo renale, e le terapie immunosoppressive pre e post-trapianto.
• Comprensione dei principi di base delle diverse biotecnologie utilizzate nei trapianti, come la terapia genica, l’impiego delle cellule staminali e utilizzo di organi artificiali, nonché le loro implicazioni etiche e i possibili rischi associati.

DD3. capacità critiche e di giudizio
Per sviluppare abilità critiche e di giudizio, gli studenti saranno coinvolti in diverse attività nel contesto del corso:
2. Esercitazioni di laboratorio: per acquisire familiarità con le tecniche di analisi e misurazione utilizzate nello studio dellinsufficienza dorgano e delle biotecnologie applicate ai trapianti.
3. Studio di diverse patologie renali: saranno presentati agli studenti modelli pre-clinici, suini e murini di danno renale acuto e cronico, in modo da raccogliere dati rilevanti, valutare le informazioni disponibili e formulare giudizi autonomi sulle diagnosi e sulle opzioni terapeutiche.
4. Discussioni in aula e durante le esercitazioni di laboratorio al fine di incoraggiare la riflessione critica, la valutazione delle diverse prospettive e la capacità di formulare giudizi autonomi.
DD4. Abilità comunicative.
Attraverso discussioni in aula e durante le esercitazioni di laboratorio, gli studenti saranno incoraggiati a esporre e discutere gli argomenti trattati nel corso. Questo esercizio permette loro di comunicare le informazioni e le valutazioni in modo efficace, dimostrando una comprensione approfondita degli argomenti trattati. Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di trasmettere le conoscenze e le competenze apprese durante il corso a interlocutori sia specialisti che non specialisti, favorendo una comprensione e una diffusione più ampia delle tematiche legate all'insufficienza d'organo e alle biotecnologie applicate ai trapianti.
DD5. Capacità di apprendere in modo autonomo.
Al termine dell’insegnamento lo/la studente/studentessa dovrà essere in grado di apprendere tematiche di patologia renale e trapianto dorgano consultando fonti di informazione aggiornate, come articoli scientifici, pubblicazioni accademiche o report ufficiali.

• Anatomia e fisiologia del rene
• Insufficienza renale acuta
• Danno renale acuto indotto dalla sepsi
• Insufficienza renale cronica
• Il trapianto di organi e tessuti
• La donazione da donatore deceduto e da donatore vivente
• La morte cerebrale
• Il danno da ischemia/riperfusione
• Studio della compatibilità donatore/ricevente
• Sistema per la perfusione e ricondizionamento ex-vivo dell’organo renale
• La terapia immunosoppressiva
• Rigetto iperacuto
• Rigetto acuto
• Rigetto Cronico
• Nefropatia cronica del Trapianto
• Il declino cognitivo nella malattia renale
• Il trattamento dialitico sostitutivo
• Medicina rigenerativa: focus Cellule staminali
• Potenziali applicazioni delle cellule staminali nel danno renale acuto
• Potenziali applicazione del Trapianto di microbiota fecale nel trattamento della malattia renale

La preparazione dello studente sarà valutata mediante esame orale.
Gli aspetti che saranno considerati per la valutazione e il conseguimento dei risultati di apprendimento attesi includono:

• Solida e accurata conoscenza delle nozioni di base riguardanti le biotecnologie applicate ai trapianti e le tematiche correlate trattate nel corso.
• Capacità di analizzare in modo critico i concetti, le teorie e le evidenze scientifiche relative alle biotecnologie applicate ai trapianti, e di formulare giudizi autonomi basati su una valutazione delle evidenze scientifiche disponibili.
• Capacità di sintetizzare le conoscenze acquisite e comunicarle in modo chiaro ed efficace, utilizzando un linguaggio tecnico appropriato.
  Capacità di applicare le conoscenze acquisite per identificare soluzioni appropriate nell’ambito della patologia renale e giustificarle sulla base delle evidenze scientifiche.

Materiale didattico fornito dal docente, comprensivo di slides e lavori scientifici pubblicati su pubmed. Il materiale didattico sarà caricato su classe Teams:
“Principi della insufficienza di organo e biotecnologie applicate ai trapianti”.