Course Syllabus
Obiettivi
Lo studente dovrà acquisire
i fondamenti teorici, concettuali e metodologici su preparazione,
caratterizzazione e applicazioni di biomateriali avanzati in scala nanometrica.
Il corso prevede una parte più orientata alle applicazioni di materiali
avanzati per applicazioni diagnostiche e terapeutiche, e una parte più
orientata a formulazioni innovative di materiali avanzati 3D per applicazioni
di ingegneria tissutale e applicazioni protesiche
Contenuti sintetici
Il corso verterà sulle metodologie chimiche per lo sviluppo di materiali nanostrutturati per applicazioni biomediche. In particolare, verranno presentati approcci chimici per sintetizzare nanomateriali che impiegano polimeri sintetici, naturali e ibridi. Particolare attenzione sarà rivolta al potenziale traslazionale di bio e nanomateriali nello sviluppo di strumenti diagnostici e terapeutici nanostrutturati, dispositivi medici impiantabili e sistemi basati su materiali stampati in 3D e biostampabili in 3D. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di:
- Determinare le caratteristiche di materiali nanostrutturali sintetici e naturali per applicazioni biomediche.
- Rilevare le differenti performances di biomateriali in base alle proprietà chimiche, strutturali e biologiche.
- Valutare l’applicabilità di polimeri di varia natura per finalità biomediche differenti; scegliere le opportune metodologie sintetiche utili allo sviluppo di nanosistemi (nanoparticelle o biomateriali) per fini diagnostici e/o terapeutici.
- Individuare le metodologie di formulazione più idonee sulla base del sistema biologico target, delle patologie di interesse e dell’impiego del medical device / nanoformulazione.
Programma esteso
- i principi fondamentali che determinano il comportamento di polimeri e biomolecole alla scala nanoscopica;
- i metodi per preparare nanoparticelle, nanostrutture, nanofilm, nanopolimeri, biopolimeri, ecc;
- i metodi per caratterizzare sistemi nanodimensionati, sia con metodi spettroscopici che con microscopie specifiche;
- le nanoparticelle per uso terapeutico e diagnostico. Problematiche biologiche da affrontare: i principi fondamentali del sistema immunitario, le barriere biologiche e le proteine corona, gli organi e tessuti di rifermento.
- le strategie per il rilascio controllato di farmaci, come indirizzare le nanoparticelle su specifici tessuti e cellule. Il riconoscimento molecolare.
- i metodi di funzionalizzazione di nanomateriali con farmaci, diagnostici e molecole preposte al riconoscimento molecolare. I metodi chemoselettivi di coniugazione.
- le principali applicazioni di nanoparticelle per uso biomedicale.
- le applicazioni di biomateriali nanostrutturati in grado di mimare tessuti e organi.
- I siti di impianto e di applicazione di dispositivi medici permanenti (non biodegradabili) e non permanenti (biodegradabili)
- i metodi per preparare materiali nanostrutturati nel settore protesico e nella medicina rigenerativa
- i metodi per caratterizzare le proprietà chimico fisico di materiali avanzati per applicazioni di ingegneria tissutale
- la progettazione e i metodi sintetici per sintetizzare materiali naturali, sintetici e ibridi
- i metodi di funzionalizzazione chemoselettive per ottenere materiali bio-responsivi tessuto e organo-specifici
- i metodi di crosslinking per la stabilizzazione covalente di strutture 3D
- i metodi e le strategie di bioattivazione di materiali polimerici con proprietà biologiche avanzat e
- le strategie di sviluppo e di sintesi di materiali in forma di idrogeli iniettabili, scaffolds, bulks e reti impiantabili
- le strategie e le metodologie di formulazione mediante solvent casting, freeze dry, moulding e layer-by-leyer etc….
- le nuove metodologie di formulazione e strategie chimiche associate: 3D printing e bioprinting, caratteristiche e classificazione di polimeri printabili
- 3D printing e bioprinting: metodologie sintetiche e di caratterizzazione per lo sviluppo di polimeri printabili e bioprintabili.
- 3D printing e bioprinting: progettazione di modelli 3D protesici e tissutali
Prerequisiti
NA
Modalità didattica
Frontale
Materiale didattico
Slides and articles
Periodo di erogazione dell'insegnamento
I Semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L’esame può essere sostenuto a scelta dello studente in lingua italiana o lingua inglese e consiste di una prova di seguito definita:
La prova consiste in una presentazione orale con le caratteristiche identiche alla precedente, ma su argomenti relativi a nanoparticelle per uso diagnostico e terapeutico, biomateriali per applicazioni di ingegneria tissutale, biomateriali in campo protesico e biomateriali per lo sviluppo di modelli cellulari in vitro avanzati.
Le presentazioni orali individuali sono oggetto di discussione aperta, con domande e contradditorio da parte dei presenti, e permettono di verificare il livello delle conoscenze acquisite, l’autonomia di analisi e giudizio, le capacità espositive dello studente, la capacità di individuare avanzamenti particolarmente promettenti in un dato settore nanotecnologico.
Il voto finale è espresso in trentesimi con eventuale lode.
Orario di ricevimento
Qualsiasi giorno lavorativo previo appuntamento e disponibilità del docente.
Aims
The student will acquire the theoretical, conceptual and methodological foundations on the preparation, characterization and applications of advanced biomaterials at the nanometer scale. The course includes a part more oriented to the applications of advanced materials for diagnostic and therapeutic applications, and a part more oriented to innovative formulations of advanced 3D materials for tissue engineering applications and prosthetic applications
Contents
The course will be focused on the chemical methodologies to develop nanostructured material for biomedical applications. In particular, chemical approaches to synthesize nanomaterials employing synthetic, natural, and hybrid polymers will be presented. A particular focus will be devoted to the translational potential of bio- and nanomaterials in the development of diagnostic and therapeutic nanostructured tools, implantable medical devices and 3D printed and 3D bioprintable material-based systems. At the end of the course, the student will be able to:
At the end of the course the student will be able to:
- Determine the features and the properties of synthetic and natural nanostructured materials for biomedical applications.
- Detect the different performances of biomaterials based on their chemical, structural and biological properties.
- Evaluate the applicability of polymers of various kinds for different biomedical purposes; choose the appropriate synthetic methodologies useful for the development of nanosystems (nanoparticles or biomaterials) for diagnostic and / or therapeutic purposes.
- Identify the most suitable formulation methodologies based on the target biological system, the pathologies of interest and the use of the medical device / nanoformulation
Detailed program
- the fundamental principles that determine the behavior of biopolymers at the nanoscale;
- methods for preparing nanoparticles, nanostructures, nanofilms, nanopolymers, biopolymers, and in general formulations with tailored structures and morphology;
- methods to characterize nanodimensioned systems, both with spectroscopic methods and with specific microscopy.
- nanoparticles for therapeutic and diagnostic use. Biological problems to be addressed: the fundamental principles of the immune system, biological barriers and corona proteins, reference organs and tissues.
- strategies for controlled drug release, such as targeting nanoparticles on specific tissues and cells. Principles of molecular recognition and biological interactions at the material-tissues interface.
- the functionalization methods of nanomaterials with drugs, diagnostics and molecules proposed for molecular recognition. The chemoselective methods of conjugation.
- the main applications of nanoparticles for biomedical use.
- applications of nanostructured biomaterials capable of mimicking tissues and organs.
- The implantation and application sites of permanent (non-biodegradable) and non-permanent (biodegradable) medical devices
- methods for preparing nanostructured materials in the prosthetic sector and in regenerative medicine
- physico-chemical characterization methodologies
- design and synthetic methods to synthesize natural, synthetic and hybrid materials
- methods of chemoselective functionalization to obtain tissue and organ-specific bio-responsive materials
- cross-linking methods for the covalent stabilization of 3D structures
- methods and strategies of bioactivation of polymeric materials with advanced biological properties
- the development and synthesis strategies of materials in the form of injectable hydrogels, scaffolds, bulks and implantable networks
- manufacturing and formulation processes ( solvent casting, lyophilization, modeling and layer-by-leyer etc….)
- the new methodologies of printable polymers and associated strategies: 3D printing and bioprinting, characteristics and classification of printable polymers
- 3D printing and bioprinting: synthetic and characterization methodologies for the development of printable and bioprintable polymers.
- 3D printing and bioprinting: design of prosthetic and tissue 3D models
Teaching form
Frontal Lectures
Textbook and teaching resource
Slides and Articles
Semester
I Semester
Assessment method
The exam can be taken at the choice of the student in Italian or English and consists of two tests.
The test consists of an oral presentation on topics related to nanoparticles for diagnostic and therapeutic use, biomaterials for tissue engineering applications, biomaterials for prothesis and biomaterials for the development of advanced in vitro cell models.
Individual oral presentations are the subject of open discussion, with questions and contradictions, and the level of knowledge acquired, the autonomy of analysis and judgment, the student's presentation skills, the ability to identify particularly promising advances in a given nanotechnology sector will be checked.
The final grade is expressed in thirtieths with possible “laude”.Office hours
Any working day by appointment and availability of the teacher.
Staff
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Laura Russo