Scuola di Medicina e Chirurgia

Obiettivi del Corso e Risultati di apprendimento attesi

Approfondimento degli insegnamenti di base dell’ingegneria. Lo studente dovrà poi raggiungere la maturità scientifica necessaria a sapere usare i metodi dell’ingegneria, della Fisica, della Matematica, della Biologia, per la comprensione, la caratterizzazione, l’analisi, e la progettazione di Biomateriali e Organi Artificiali. Alla fine del corso, lo studente avrà acquisito le conoscenze e le tecniche necessarie a comprendere in che modo i materiali interagiscono con le cellule e i tessuti biologici. Saprà usare quelle conoscenze e quelle tecniche per progettare i biomateriali per funzioni specifiche: (i) sistemi di rilascio di farmaci (drug delivery systems); (ii) sistemi di diagnosi e prognosi di patologie (sensing devices); (iii) supporti e scaffolds per l’ingegneria tissutale (biomaterials for tissue engineering applications). Lo studente, inoltre, alla fine del corso avrà maturato le competenze necessarie a comprendere come nuovi materiali, materiali ingegnerizzati alle nanoscale, e tecniche di analisi dati innovative, fra cui il deep learning, possono migliorare le prestazioni e la portata di sistemi biomedici convenzionali.

Programma

1. Le proprietà dei biomateriali. Materiali polimerici, metallici, ceramici, compositi, biologici.
2. Richiami di biomeccanica.
3. Legame a idrogeno. Altri tipi di legami e struttura dei solidi.
4. Le biomolecole: carboidrati, amminoacidi e proteine, acidi nucleici, lipidi.
5. Interazione cellula-superficie. Cellula. Struttura della cellula. Molecole di adesione cellulare (CAMs). CAMs come trasduttori di segnali chimici/meccanici/topografici. Organizzazione delle molecole di adesione cellulare: Focal adhesions and Focal complexes. Migrazione cellulare e forza di una cellula su una superficie.
6. I tessuti biologici: Matrice extracellulare, collagene, elastina, epitelio, tessuto connettivo, tessuto muscolare, tessuto nervoso, tessuto osseo.
7. Fabbricazione di materiali micro e nano strutturati. Tecniche di micro e nano fabbricazione. Approcci top-down e bottom-up. Litografia ottica, litografia elettronica. Focused Ion Beam (FIB). Tecniche di dry etching (RIE). Tecniche di wet etching. Self assembly: deposizione electroless.
8. Tecniche di funzionalizzazione. Legame oro-SH. Legame (-COOH) con diversi metalli ionici. Binding selettivo con molecole biologiche. Anticorpi. Polimeri ad impronta molecolare.
9. Caratterizzazione di biomateriali: Raggi X, spettrometria di massa, IR, angolo di contatto, Microscopio ottico. Microscopio a scansione elettronica (SEM). Microscopio confocale. Microscopio a forza atomica (AFM). Spettroscopie.
10. Progettazione e fabbricazione di Biosensori. Sistemi di diagnostica. Sensori fotonici. Sensori nano-strutturati.
11. Esempi di biomateriali: polimerici, metallici, ceramici, compositi, biologici, integrati.
12. Elementi di fenomeni di trasporto.
13. Modelli di adesione e migrazione cellulare.
14. Networks cellulari. Topologia di networks. Small world networks. Trasmissione di segnali in networks cellulari. Energia libera di networks cellulari. Equivalenza fra energia e informazione. Competizione fra forze attrattive e forze di migrazione cellulare: massima dimensione di un sistema di cellule.
15. In vitro tissue engineering. Tissue fabrication techniques. Bottom up tissue engineering. spheroids aggregation and printing ; cell sheet. Cell-laden. Micro tissue assembly.
16. Case studies (1). How nanotechnology can guide tissue formation and repair.
17. Case studies (2). Cell Theranostics on Mesoporous Silicon Substrates.

 

Stima dell’impegno orario richiesto per lo studio individuale del programma

Didattica Frontale 72 ore

Studio Individuale 153 ore

Risorse per l'apprendimento

Libri di testo

Carlo di Bello. Biomateriali.

Roland Glaser. Biophysics.

1. Mark Saltzman. Drug Delivery.
2. C. Fung. Biomechanics.

Agamemnon Despopoulos, Stefan Silbernagl. Color Atlas of Physiology.

(Nota per gli studenti: il corso di Biomateriali e Organi Artificiali non si resolve in un solo libro di testo: in quelli consigliati, sono presenti alcuni degli argomenti e degli esempi spiegati dal docente. Per i rimanenti, prego fare riferimento al materiale che il docente regolarmente caricherà sulla piattaforma di Ateneo E-Learning).

Ulteriori letture consigliate per approfondimento

Articoli che saranno consigliati dal docente durante il Corso.

 

Altro materiale didattico

Slides del Corso.

Attività di supporto

Modalità di frequenza

Le modalità sono indicate dal Regolamento didattico d’Ateneo.

Modalità di accertamento

Le modalità generali sono indicate nel regolamento didattico di Ateneo all’art.22 consultabile al link http://www.unicz.it/pdf/regolamento_didattico_ateneo_dr681.pdf

 

L’esame finale sarà svolto in forma orale, durante il quale lo studente discuterà i risultati di una tesina assegnata dal docente durante il Corso.

I criteri sulla base dei quali sarà giudicato lo studente sono:

 

	Conoscenza e comprensione argomento	Capacità di analisi e sintesi	Utilizzo di referenze
Non idoneo	Importanti carenze. Significative inaccuratezze	Irrilevanti. Frequenti generalizzazioni. Incapacità di sintesi	Completamente inappropriato
18-20	A livello soglia. Imperfezioni  evidenti	Capacità appena sufficienti	Appena appropriato
21-23	Conoscenza routinaria	E’ in grado di analisi e sintesi corrette. Argomenta in modo logico e coerente	Utilizza le referenze standard
24-26	Conoscenza buona	Ha capacità di a. e s. buone gli argomenti sono espressi coerentemente	Utilizza le referenze standard
27-29	Conoscenza più che buona	Ha notevoli capacità di a. e s.	Ha approfondito gli argomenti
30-30L	Conoscenza ottima	Ha notevoli capacità di a. e s.	Importanti approfondimenti