Obiettivi formativi
Gli studenti acquisiranno la conoscenza e la comprensione dei processi biologici relativi alla condrogenesi, della patologia della cartilagine articolare e della problematiche relative alla sua riparazione con riferimento alle tecniche cellulari innovative ed alle caratteristiche di biocompatibilà di biomateriali applicati per la rigenerazione e riparazione della cartilagine ed inoltre acquisiranno la capacità di gestione dei modelli colturali di condrociti per il mantenimento del differenziamento e della valutazione di scaffold tridimensionali di biomateriali per il trapianto cellulare.
Il corso ha inoltre l’obiettivo di consentire allo studente di conoscere e di comprendere gli aspetti biomeccanici dell’apparato locomotore, la dinamica di deposizione e del rimodellamento osseo, la standardizzazione di protocolli sperimentali e le metodologie per la valutazione dell’osteointegrazione, i concetti dell’ingegneria tissutale e della nanomedicina. Lo studente al termine del corso dovrà dimostrare di aver compreso le conoscenze relative ai vari argomenti trattati durante le lezioni teoriche e teorico-pratiche e di saperle applicare nella standardizzazione e nella verifica metodologica di piani sperimentali per la valutazione della biocompatibilità di materiali endossei da utilizzarsi principalmente in campo ortopedico e odontoiatrico.
Gli studenti acquisiranno anche conoscenze approfondite sugli aspetti chimico-fisici e sullo sviluppo dei polimeri naturali e sintetici impiegati nel campo dell'ingegneria tissutale e dovranno essere in grado di applicare tali conoscenze al fine della progettazione e realizzazione di strutture tridimensionali per la crescita cellulare ed il rilascio controllato di sostanze.
Acquisiranno inoltre conoscenze di base sui materiali per le bioprotesi utilizzate in chirurgia generale, chirurgia vascolare ed emostasi chirurgica.
Prerequisiti
Sono richieste conoscenze di base di chimica inorganica e organica, citologia e istologia
Contenuti dell'insegnamento
I contenuti del Corso Integrato di BIOMATERIALI E MATERIALI SINTETICI BIOCOMPATIBILI sono in sintesi, a seconda dei vari insegnamenti:
1) Osteocondrogenesi (Modulo A): Prof. Paolo Borghetti (VET/03) (5 CFU: 4 CFU di lezione (28 ore) + 1 CFU di attività pratica di laboratorio (12 ore)
Parte teorica: struttura, funzione e patologia degenerativa delle articolazioni e della cartilagine articolare. Condrogenesi. Biomateriali e tecniche cellulari per la rigenerazione/riparazione della cartilagine articolare. Parte pratica: tecniche per la coltura ed il differenziamento di condrociti articolari.
2) Osteocondrogenesi (Modulo B): Dott. Antonio Cacchioli (VET/01) [5 CFU: 3,5 CFU di lezione (25 ore) + 1,5 CFU di attività pratica di laboratorio (18 ore)].
Parte teorica: L'apparato locomotore, il tessuto osseo, biomateriali per la rigenerazione dell'osso. Concetti di legislazione sulla sperimentazione animale.
Parte pratica: preparati e colorazioni istologiche, valutazione dell'osteointegrazione mediante osservazione microscopica.
3) Prodotti medicinali per terapie avanzate: Prof. Ruggero Bettini(CHIM09 - 2 CFU: 14 ore di lezioni frontali)
Polimeri naturali e sintetici impiegati in campo biomedico.Strutturazione e valutazione di scaffold polimerici biocompatibili.
4) Bioprotesi: Prof. Paolo Del Rio (MED/18: 1 CFU: 7 ore frontali)
Biomateriali in chirurgia generale, in chirurgia vascolare e nell'emostasi chirurgica.
Programma esteso
1)Osteocondrogenesi (Modulo A): Prof. Paolo Borghetti (VET/03) [5 CFU: 4 CFU di lezione (28 ore) + 1 CFU di attività pratica di laboratorio (12 ore)]
Parte Teorica.
a) Prima parte.
Aspetti introduttivi e caratteristiche generali del tessuto cartilagineo:
-La condrogenesi: aspetti molecolari del differenziamento condrogenico in vitro ed in vivo: espressione genica ed influenza di fattori di crescita. Regolazione molecolare della condrogenesi.
-Fisiologia delle Le articolazioni sinoviali: struttura ed funzione.
-Biologia della cartilagine articolare: organizzazione microscopica, composizione molecolare, funzione e metabolismo. Il condrocita ed il suo ruolo nella patologia e nelle riparazione.
Fisiopatologia della cartilagine articolare: aspetti macroscopici, microscopici e patogenetici della patologia degenerativa e discondroplasica della cartilagine articolare (l’osteoartrite e l’osteocondrosi).
b)Seconda parte.
La riparazione/rigenerazione della cartilagine articolare: modelli di studio in vitro e in vivo
-Problematiche e prospettive
-Cenni sulle molecole condroprotettive;
- Modelli e tecniche cellulari per la rigenerazione/riparazione della cartilagine: i condrociti differenziati e le cellule staminali mesenchimali, le prospettive e i limiti del trapianto cellulare, il differenziamento e lo sdifferenziamneto del condrocita, l’induzione della condrogenesi;
-Applicazioni biotecnologiche innovative: concetti di ingegneria tissutale, biomateriali, principi di biocompatibilità, di condro-conduzione e sistemi per la condro-induzione.
B) Attività pratica
1) Isolamento e coltura primaria di condrociti articolari;
2) Modelli colturali per la condrogenesi ed il mantenimento del differenziamento condrocitario in vitro (sistemi bi- e tridimensionali) e per la valutazione della biocompatibiltità di biomateriali.
2) Osteocondrogenesi (Modulo B): Dott. Antonio Cacchioli (VET/01) [CFU: 3,5 CFU di lezione (25 ore) + 1,5 CFU di attività pratica di laboratorio (18 ore)].
Parte teorica:
Apparato locomotore: generalità ed aspetti biomeccanici.
Componenti del tessuto osseo.
Istogenesi del tessuto osseo.
Dinamiche di deposizione e rimodellamento osseo.
Livelli organizzativi del tessuto osseo.
Biomateriali in campo ortopedico ed odontoiatrico: concetti di classificazione.
Protocolli sperimentali per la valutazione della osteointegrazione.
Concetti di legislazione sulla sperimentazione animale.
Metodologie per la valutazione dell’osteointegrazione: utilizzo dei marcatori ossei vitali, analisi mediante luce polarizzata, reazioni istoenzimatiche ed immunoistochimiche, colorazioni istologiche.
Parte pratica:
L'attività pratica verterà sui seguenti aspetti:
Tecniche di allestimento dei preparati istologici contenenti impianti per la valutazione dell'osteointegrazione;
Colorazioni istologiche e reazioni istoenzimatiche ed immunoistochimiche;
Osservazione dei preparati al microscopio a luce ordinaria, polarizzata e a fluorescenza;
Concetti di elaborazione d'immagine digitale computerizzata.
3) Prodotti medicinali per terapie avanzate: Prof. Ruggero Bettini(CHIM09) (2 CFU: 14 ore di lezioni frontali) Definizione e classificazione dei polimeri Polimeri lineari e reticolati, metodi di polimerizzazione e reticolazione. Peso molecolare e sua determinazione. Stato solido dei polimeri, struttura cristallina e amorfa. Satto vetroso e stato gommoso, temperatura di transizione. Polimeri in soluzione. Polimeri naturali e sintetici impiegati in campo biomedico. Strutturazione tridimensionale di scaffold polimerici.
Modificazioni chimiche dei polimeri.
Manipolazioni della fase solida.
Caratterizzazione chimico-fisica di strutture polimeriche tridimensionali e in forma di film:
grado di idrofilia (angolo di contatto, indice di rigonfiamento);
caratteristiche meccaniche (modulo elastico, resistenza alla rottura, grado di deformabilità, resistenza alla fatica);
porosità della struttura tridimensionale;
caratteristiche di superficie (rugosità) mediante tecniche microscopiche;
composizione della superficie, mediante tecniche chimiche.
Scaffold polimerici come drug delivery systems.
Cinetiche di rilascio da sistemi a matrice.
4) Bioprotesi: Prof. Paolo Del Rio (MED/18 - 1 CFU: 7 ore frontali)
Programma: Biomateriali in chirurgia generale, in chirurgia vascolare e nell'emostasi chirurgica
- Protesi biocompatibili nella chirurgia della parete addominale, nel trattamento dei laparoceli e delle ernie addominali.
- Protesi vascolari e patch nelle sostituzioni vascolari e nei by-pass arteriosi.
- Presidi emostatici biocompatibili in chirurgia addominale, vascolare e toracica.
Bibliografia
Per la preparazione dell'esame, i singoli docenti hanno indicato:
1) Libri di riferimento,
2) Rassegne scientifiche
3) Materiale didattico e protocolli di laboratorio forniti a lezione
Metodi didattici
Lezioni frontali mediante presentazione Power Point (74 ore) ed attività pratica (30 ore) in laboratori multipostazione per la microscopia e la biologia cellulare e molecolare.
L'attività pratica prevede l'organizzazione in più giornate e a gruppi di numerosità tale da permettere al singolo studente di operare autonomamente.
Modalità verifica apprendimento
L'accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dal Corso viene svolto mediante esame orale: i singoli docenti pongono domande sugli argomenti dei vari insegnamenti al fine di valutare il raggiungimento della conoscenza e della comprensione degli argomenti trattati nel Corso, della capacità dello studente di saper applicare tali conoscenze e l'abilità comunicativa e di appropriata espressione scientifica.
La valutazione finale terrà conto globalmente delle risposte ed il voto finale sarà ottenuto da una media ponderata delle diverse valutazioni ottenute dallo studente.
Vi è la possibilità di fare dei test di autovalutazione e dei test in itinere.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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