Didattica - Università degli Studi di Padova

Syllabus

Prerequisiti:	Conoscenze di base di chimica e chimica organica acquisite nei corsi caratterizzanti precedenti. Conoscenze di base riguardo formazione e proprietà delle nanoparticelle. Nozioni basilari di anatomia/fisiologia, biologia cellulare e biochimica delle proteine. E' consigliata la frequenza del corso "Nanosistemi" nel semestre precedente.
Conoscenze e abilita' da acquisire:	Al termine del corso lo studente sarà in grado di comprendere i principi base dell'interazione di un nanomateriale con gli organismi biologici e di eseguire le essenziali metodologie necessarie alla sintesi, alla caratterizzazione chimico-fisica e alla valutazione della biocompatibilità in vitro di mirati nanosistemi. Saprà quindi prevedere le possibili reazioni di un organismo all'espozione ad un nanomateriale e conoscerà le strategie per incrementare la biocompatibilità dello stesso. Lo studente inoltre avrà compreso le caratteristiche fondamentali di un nanosistema progettato per uso biomedico, in particolare le proprietà dei principali nanomateriali e come possono essere sfruttate le strategie di funzionalizzazione, coniugazione, targeting, rilascio.
Modalita' di esame:	La valutazione si baserà in parte su un report scritto relativo alla parte sperimentale, da consegnare al docente alla fine del corso, e su un esame. L'esame è orale e si compone di una discussione aperta su argomenti trattati sia nella parte pratica che in quella teorica del corso. Lo studente ha 40 minuti a disposizione per sviluppare la trattazione degli argomenti proposti.
Criteri di valutazione:	Lo scopo della valutazione è verificare l'aquisizione da parte dello studente delle conoscenze ed abilità descritte in precedenza. Verrà valutato il rigore scientifico delle risposte, la capacità di sintesi, la correttezza formale, l'acquisizione dei contenuti proposti nel corso e la capacità di elaborarli e organizzarli in una discussione organica.
Contenuti:	I. Lezioni introduttive riassuntive delle caratteristiche generali di nanoassemblati intese a riprendere i contenuti del precendente corso di Nanosistemi, per chi lo avesse già frequentato o a fornire una base conoscitiva a chi non la avesse precedentemente ottenuta. Cenni sulle caratteristiche essenziali dei costrutti nano-strutturali. La nano struttura ideale: componenti. Nanostrutture "naturali" modificate (Outer Membrane Vescicles batteriche, virus). Nanoparticelle artificiali: inorganiche (silice, oro), organiche (nanoformulati, polimeri), liposomi e nanoparticelle lipidiche, quantum dots. Derivatizzazione con piccole molecole organiche (coniugazione, bioconiugazione ortogonale), con proteine o anticorpi per il direzionamento a cellule specifiche. II. Lezioni frontali di nano-biomedicina e nanotossicologia. Caratteristiche fisio-strutturali dell’organismo che entrano primariamente in gioco nella interazione con nano-preparati. Circolazione sanguigna, endoteli, filtro renale. Sistema reticolo endoteliale (RES): macrofagi residenti-tessutali. Fagociti professionali: PMN, monociti-macrofagi, APCs. Accessibilità a tessuti e sistemi: permeabilità endoteliale fisiologica e patologica (nella flogosi cronica e nelle neoplasie); Permeabilisation Retention Effect (sistema linfatico); “Santuari”, barriera ematoencefalica: struttura e sua alterazione. Reazioni cellulari e umorali ai nano-materiali, aspetti tossicologici e farmacocinetici. Le basi chimiche dell'interazione tra nanomateriali e biomolecole: multivalenza e cooperatività. Danno cellulare acuto citotossico. Meccanismi tossici, principi, misura. Conoscenze attuali sulla tossicità di nano strutture inorganiche (silice, oro) e organiche (microgels, liposomi, nanotubi, polimeri). Captazione-clearance, endocitosi e fagocitosi. Opsonizzazione: opsonine plasmatiche. Complemento. Concetto di corona. Concetto di proprietà Stealth (o “invisibilità”) di una nano-struttura. PEGilazione. Attività pro infiammatorie, pro immuni, pro coagulanti: induzione di citochine, produzione di radicali, attivazione leucocitaria ed endoteliale. Cascata coagulativa e del complemento indotta da bio-materiali nanoscopici o macroscopici. Reazione immunitaria. Misure in vitro. Biodegradabilità ed eliminazione dal corpo (rene, bile). III. Parte bio-attiva e applicazioni: farmaci, immuno stimolanti, DNA. Azione diretta intrinseca, foto attivabile, attivata da campi magnetici. Applicazioni: Marcatura biologica fluorescente di tessuti e cellule, imaging in vivo, diagnosi. Drug and gene delivery. Vaccini. Adiuvanti immunologici. Rilevamento di patogeni. Rilevamento di proteine. Probing della struttura del DNA. Ingegneria dei tessuti. Terapie iper-termica. Separazione e purificazione di molecole biologiche e di cellule. Aumento del contrasto nella visualizzazione con risonanza magnetica (MRI). Studi fagocinetici. IV. Laboratorio. La parte pratica, preceduta da lezioni teoriche preparative consisterà nella sintesi di nanosistemi tra quali, nano-particelle (organiche ed inorganiche/metalliche) ricoperte da leganti organici (recanti cariche), liposomi (alcune molecole fluorofore verranno incapsulate e rilasciate sotto opportuni stimoli), ed hydrogel basati su sistemi amminoacidici o peptidici. Questi nanosistemi verranno caratterizzati con tecniche spettroscopiche, quali l’UV-vis, la fluorescenza ed il dinamic light scattering. Nella fase successiva lo studente testerà in modelli biologici a-cellulari (plasma) o cellulari (linee cellulari umane stabilizzate) la biocompatibilità dei nanosistemi prodotti (alcuni esempi di possibile caratterizzazione: test di coagulazione sanguigna, attivazione del complemento, citotossicità, captazione cellulare).
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento:	Il corso è organizzato in 48 ore di lezioni teoriche (6 CFU) effettuate con il supporto di diapositive e 32 ore di laboratorio (2 CFU) (16 in un laboratorio chimico e 16 in un laboratorio biologico). Viene sollecitata la massima partecipazione degli studenti con inviti al dibattito e momenti di discussione.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio:	A tutt'oggi non esistono testi organici che trattino la materia del corso. Il materiale didattico è costituito dalle copie delle diapositive messe a disposizione dai docenti, dagli appunti di lezione e da articoli scientifici a carattere di review segnalati dai docenti.
Testi di riferimento: