Course Syllabus

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Affrontare le problematiche della (ri)-costruzione di sistemi multi-cellulari con cui riprodurre diversi aspetti della eterogeneità e variabilità tissutale, la cui comprensione richiede un approccio multidisciplinare in cui tecniche di biochimica e biologia cellulare e molecolare vengono integrate da metodologie avanzate di micro-fluidica e di imaging.
Tale approccio consente di affrontare processi biologi fondamentali in termini integrati, fornendo al ricercatore strumenti non solo per generare e strutturare conoscenza, ma anche per sviluppare repliche in vitro di porzioni di tessuti e organi di singoli individui allo scopo di identificare il trattamento farmacologico personalizzato più adatto per ogni singolo paziente.
1. Conoscenza e capacità di comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere le possibilità offerte da diversi modelli cellulari avanzati tanto nell’ambito della ricerca di base e pre-clinica che nella applicazione di tali sistemi cellulari in ambito diagnostico e terapeutico con particolare riferimento alla medicina di precisione.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite al punto 1 a problematiche scientifiche, metodologiche ed applicative diverse rispetto a quelle esplicitamente trattate a lezione
3. Autonomia di giudizio.
Lo studente dovrà essere in grado di rielaborare i principi e metodologie apprese, in primo luogo per consultare la letteratura così da aggiornare le proprie competenze prima che queste diventino obsolete ed in secondo luogo per identificarne gli ambiti privilegiati di utilizzo.
4. Abilità comunicative.
Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà esprimersi in modo appropriato in italiano (per studenti di madre lingua italiana) ed inglese (per tutti gli studenti) nella descrizione delle tematiche affrontate con proprietà di linguaggio e sicurezza di esposizione.
5. Capacità di apprendimento
Alla fine dell'insegnamento lo studente saprà analizzare, applicare, integrare e collegare le conoscenze acquisite – e successivamente maturate con la consultazione della letteratura - con quanto appreso in insegnamenti correlati, al fine di risolvere problemi scientifici tanto nella biochimica di base che applicata.

Gli studi pre-clinici di patologie multifattoriali come tumori e malattie neurodegenerative richiedono modelli cellulari sempre più complessi in grado di ricapitolare in modo più efficace rispetto alle normali colture cellulari bidimensionali le caratteristiche della patologia in studio.
Verranno descritte e comparate le modalità di formazione dei singoli modelli, le principali tecnologie di analisi, con particolare riferimento alle tecniche che consentono di analizzare proprietà correlate alla natura e alla posizione delle cellule con tecniche di imaging avanzato e tecnologie omiche a singola cellula e con risoluzione spaziale. Verrà infine discusso il possibile ruolo di alcuni di tali modelli cellulari nella medicina personalizzata. La maggior parte degli argomenti verrà trattata mediante analisi multidisciplinare di specifici casi di studio.

  1. Sferoidi: aggregati cellulari tridimensionali derivati da un unico tipo cellulare (omotipici) o due o più tipi cellulari diversi (eterotipici).
  2. Organoidi: strutture derivate da una o poche cellule di un tessuto, cellule staminali embrionali o cellule staminali pluripotenti indotte, che possono auto-organizzarsi in coltura tridimensionali grazie alle loro capacità di autorinnovamento e differenziazione.
  3. Organ-on-chip: sistemi contenenti tessuti in miniatura ingegnerizzati o naturali cresciuti all'interno di chip microfluidici. Per imitare meglio la fisiologia umana, i chip sono progettati per controllare i microambienti cellulari e mantenere le funzioni specifiche dei tessuti.
  4. Xenotrapianti derivati da paziente (PDX): modelli di tumore in cui il tessuto o le cellule del tumore di un paziente vengono impiantati in un topo immunodeficiente o umanizzato per ricostruire un ambiente che consenta la crescita naturale del tumore, il suo monitoraggio e le corrispondenti valutazioni del trattamento per il paziente originale.
  5. Principali tecnologie di analisi, anche quantitative: imaging, analisi morfometriche, autofluorescenza, spettroscopia RAMAN, sonde fluorescenti specifiche

Il corso si basa su concetti e metodologie esposte nei corsi di Biochimica e Biologia Molecolare di base. In particolare, è richiesta la conoscenza degli elementi di base della biochimica cellulare degli eucarioti complessi (metabolismo, trasduzione del segnale, ciclo e morte cellulare). È apprezzata qualche conoscenza di base in ambito statistico

Lezioni frontali, analisi interattiva approfondita di lavori scientifici selezionati, Journal club.
Esercitazioni in laboratorio relative alla preparazione ed analisi biochimica e tramite analisi di immagine di modelli cellulari avanzati, in particolare sferoidi omo- ed eterotipici in presenza ed assenza di matrici ed alla loro analisi morfometrica e biochimica.

Articoli specialistici, di rassegna e/o capitoli di libro verranno consigliati a lezione.
Saranno consegnati gli specifici protocolli sperimentali relativi alle esercitazioni in laboratorio

Primo semestre

Non sono previsti compiti in itinere;
L'esame è orale e verificherà l'acquisizione dei concetti di base dello sviluppo ed utilizzo di modelli cellulari avanzati e della loro applicazione, anche mediante discussione approfondita di articoli specifici scelti in accordo con gli studenti prima dell’esame

Telefonico o previo appuntamento via mail

SALUTE E BENESSERE | ISTRUZIONE DI QUALITÁ
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Address the problems of (re)-constructing multi-cellular systems able to reproduce different aspects of tissue heterogeneity and variability, and whose understanding requires a multidisciplinary approach in which biochemistry, cellular and molecular biology techniques are integrated by advanced methodologies of micro- fluidics and imaging.
This approach makes it possible to address fundamental biological processes in integrated terms, providing the researcher with tools not only for generating and structuring knowledge, but also for developing in vitro replicas of portions of tissues and organs of single individuals in order to identify the most suitable personalized drug treatment for each individual patient.

  1. Knowledge and understanding.
    At the end of the course the student will have to know the possibilities offered by various advanced cellular models both in the field of basic and pre-clinical research and in the application of these cellular systems in the diagnostic and therapeutic fields, with particular reference to precision medicine.
  2. Ability to apply knowledge and understanding.
    At the end of the course, the student must be able to apply the knowledge acquired in point 1 to scientific, methodological and applicative problems other than those explicitly covered in class
  3. Making judgments.
    The student must be able to re-elaborate the principles and methodologies learned, firstly to consult the literature, so to update his/her skills before they become obsolete, and secondly to identify the privileged areas of use.
  4. Communication skills.
    At the end of the course the student will be able to express himself appropriately in Italian (for students of Italian mother tongue) and English (for all students) in the description of the topics addressed with proper language and safety of exposure.
  5. Learning skills
    At the end of the course, the student will be able to analyse, apply, integrate and connect the acquired knowledge - and subsequently gained by consulting the literature - with what learned in related courses, in order to solve scientific problems in both basic and applied biochemistry.

Pre-clinical studies of multifactorial pathologies such as tumors and neurodegenerative diseases require increasingly complex cellular models capable of recapitulating the characteristics of the pathology under study more effectively than conventional two-dimensional cell cultures.
The methods of formation of the single models, the main analysis technologies will be described and compared, with particular reference to the techniques that allow to analyze properties related to the nature and position of the cells with advanced imaging techniques and single cell omics technologies and spatially resolved technologies. Finally, the possible role of some of these cellular models in personalized medicine will be discussed. Most of the topics will be treated through multidisciplinary analysis of specific case studies.

  1. Spheroids: three-dimensional cell aggregates derived from a single cell type (homotypic) or two or more different cell types (heterotypic).
  2. Organoids: structures derived from one or a few cells of a tissue, embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells, which can self-organize in three-dimensional culture thanks to their self-renewal and differentiation capabilities.
  3. Organ-on-chip: Systems containing engineered or natural miniature tissue grown within microfluidic chips. To better mimic human physiology, the chips are designed to control cellular microenvironments and maintain specific tissue functions.
  4. Patient-derived xenografts (PDX): Tumor models in which tissue or cells from a patient's tumor are implanted into an immunodeficient or humanized mouse to reconstruct an environment that allows for natural tumor growth, tumor monitoring, and corresponding treatment assessments for the original patient.
  5. Main analysis technologies, including quantitative ones: imaging, morphometric analysis, autofluorescence, RAMAN spectroscopy, specific fluorescent probes

The course is based on concepts and methodologies exposed in the basic Biochemistry and Molecular Biology courses. In particular, the knowledge of the basic elements of the cellular biochemistry of complex eukaryotes (metabolism, signal transduction, cell cycle and cell death) is required. Some basic knowledge of statistics is appreciated.

Lectures, in-depth interactive analysis of selected scientific papers, Journal club.
Laboratory exercises related to the preparation and analysis (in particular through biochemical and imaging techniques) of advanced cellular models, in particular homo- and heterotypic spheroids in the presence and absence of matrices and their morphometric and biochemical analysis.

Specialist articles, reviews and/or book chapters will be recommended in class.
The specific experimental protocols relating to laboratory experiments will be delivered

First semester

There are no mid-term exams;
The exam is oral and will verify the acquisition of the basic concepts of the development and use of advanced cellular models and their application, also through in-depth discussion of specific articles chosen in agreement with the students before the exam

By phone or by appointment via email

GOOD HEALTH AND WELL-BEING | QUALITY EDUCATION
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Key information

Field of research
BIO/10
ECTS
6
Term
First semester
Activity type
Mandatory to be chosen
Course Length (Hours)
48
Degree Course Type
2-year Master Degreee
Language
Italian

Staff

    Teacher

  • Luisa Fiandra
    Luisa Fiandra
  • Metello Enzo Innocenti
    Metello Enzo Innocenti
  • MV
    Marco Ercole Vanoni

Students' opinion

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Bibliography

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Enrolment methods

Manual enrolments
Self enrolment (Student)

Sustainable Development Goals

GOOD HEALTH AND WELL-BEING - Ensure healthy lives and promote well-being for all at all ages
QUALITY EDUCATION - Ensure inclusive and equitable quality education and promote lifelong learning opportunities for all