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Percorso della pagina
  1. Area di Scienze
  2. Corso di Laurea Magistrale
  3. Biotecnologie Industriali [F0803Q - F0802Q]
  4. Insegnamenti
  5. A.A. 2025-2026
  6. 1° anno
  1. Modelli Cellulari Avanzati nella Ricerca Pre-Clinica e nella Medicina Personalizzata
  2. Introduzione
Insegnamento Titolo del corso
Modelli Cellulari Avanzati nella Ricerca Pre-Clinica e nella Medicina Personalizzata
Codice identificativo del corso
2526-1-F0803Q082
Descrizione del corso SYLLABUS

Syllabus del corso

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Obiettivi

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, biologia cellulare e biologia molecolare vengono integrate da metodologie avanzate di micro-fluidica, microscopia, analisi di immagini, e omiche con risoluzione spaziale.
Tale approccio consente di affrontare processi biologi fondamentali in termini integrati, fornendo 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. Lo sviluppo di tali abilità sarà possibile grazie all’analisi di articoli scientifici che sarà condotta in modo interattivo in aula e grazie a journal club in cui gli studenti stessi dovranno analizzare nel dettaglio un articolo scientifico fornito dai docenti.
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.

Contenuti sintetici

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.

Programma esteso

  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, Seahorse, sonde fluorescenti specifiche.

Prerequisiti

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

Modalità didattica

14 lezioni da 2 ore costituite da:
• 8-10 lezioni in modalità erogativa (didattica erogativa, DE) focalizzata sulla presentazione-illustrazione di contenuti, concetti, principi scientifici
• la parte restante (4-6 lezioni) in modalità interattiva (didattica interattiva, DI), che prevede:
o Discussione interattiva di articoli scientifici a cura dei corsisti;
o Presentazione di articoli scientifici in modalità simili alla presentazione di dati ad un congresso scientifico (relazione orale =journal Club o Poster);

L'esatta ripartizione tra DE e DI dipenderà anche dal numero di iscritti al corso.

20 ore di 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.

Tutte le attività sono svolte in presenza.

Linguaggio: Italiano ma erogabile in Inglese su richiesta di studenti stranieri.

Materiale didattico

Articoli specialistici, di rassegna e/o capitoli di libro verranno consigliati a lezione.
Saranno consegnati gli specifici protocolli sperimentali relativi alle esercitazioni in laboratorio.
Verranno fornite le vdeoregistrazioni delle lezioni in classe.

Periodo di erogazione dell'insegnamento

Primo semestre

Modalità di verifica del profitto e valutazione

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.
L'esame consta di 3 parti:

  • verifica delle conoscenze acquisite sui modelli cellulari avanzati.
  • verifica delle conoscenze acquisite sulle metodologie di analisi.
  • verifica delle competenze di laboratorio e della qualità della relazione scritta.

Il voto finale terrà in considerazione tutti gli aspetti sopraindicati.

Orario di ricevimento

Previo appuntamento via e-mail

Sustainable Development Goals

SALUTE E BENESSERE | ISTRUZIONE DI QUALITÁ
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Aims

This course addresses the challenges of (re)constructing multicellular systems that can reproduce various aspects of tissue heterogeneity and variability. Understanding these complexities requires a multidisciplinary approach, integrating techniques from biochemistry, cell biology, and molecular biology with advanced methodologies such as microfluidics, microscopy, image analysis, and spatially resolved omics.

Such an approach enables integrated studies of fundamental biological processes, providing tools not only for generating and structuring knowledge but also for developing in vitro replicas of tissue and organ portions from individual patients, with the goal of identifying personalized pharmacological treatments.

Learning Outcomes

  1. Knowledge and understanding: by the end of the course, students will learn and understand the potential of various advanced cellular models in both basic and pre-clinical research, as well as in diagnostic and therapeutic applications, with a particular focus on precision medicine.

  2. Knowledge application: students will be able to apply the knowledge acquired (as described in point 1) to scientific, methodological, and practical problems beyond those explicitly covered during the course.

  3. Critical thinking and problem solving: students will be capable of reworking the principles and methodologies learned, enabling them to independently consult scientific literature to keep their expertise up to date and to identify the most relevant fields of application. The development of these skills will be possible thanks to the analysis of scientific articles that will be conducted interactively in the classroom and thanks to journal clubs in which the students themselves will have to analyze in detail a scientific article provided by the teachers.

  4. Communication skills: at the end of the course, students will be able to communicate the topics covered with appropriate terminology and confidence, both in Italian (for native speakers) and in English (for all students).

  5. Learning Skills: students will be able to analyze, apply, integrate, and connect the knowledge acquired, along with that gained from literature review and related courses, to solve scientific problems in both basic and applied biochemistry.

Contents

Preclinical studies of multifactorial diseases such as cancer and neurodegenerative disorders require increasingly complex cellular models capable of more effectively recapitulating the characteristics of the pathology under investigation compared to conventional two-dimensional cell cultures.
The course will describe and compare the formation methods of various models and the main analytical technologies, with particular focus on techniques that allow for the analysis of properties related to the nature and spatial positioning of cells, using advanced imaging methods and single-cell and spatial omics technologies. Finally, the potential role of some of these cellular models in personalized medicine will be discussed. Most of the topics will be addressed through a multidisciplinary analysis of specific case studies.

Detailed program

  1. Spheroids: three-dimensional cellular aggregates derived from a single cell type (homotypic) or from two or more different cell types (heterotypic).
    Organoids: Structures derived from one or a few cells of a tissue, embryonic stem cells, or induced pluripotent stem cells, capable of self-organizing in three-dimensional cultures thanks to their self-renewal and differentiation capacities.

  2. Organ-on-chip: systems containing engineered or natural miniature tissues grown within microfluidic chips. To better mimic human physiology, these chips are designed to control cellular microenvironments and maintain specific tissue functions

  3. 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 supports natural tumor growth, monitoring, and evaluation of patient-specific treatment responses.

  4. Analytical technologies, including quantitative approaches: imaging, morphometric analysis, autofluorescence, Seahorse assays, and specific fluorescent probes.

Prerequisites

Prerequisites: none. However, the course builds upon concepts and methodologies covered in introductory courses in Biochemistry and Molecular Biology. In particular, it is useful a basic understanding of fundamental aspects of cellular biochemistry in complex eukaryotes, including metabolism, signal transduction, the cell cycle, and cell death. Basic knowledge of statistics is also appreciated.

Teaching form

The course consists of 14 lectures of 2 hours each, including:

8–10 lectures in a traditional format (content-delivery teaching, Didattica Erogativa, DE), focused on the presentation and explanation of scientific concepts, content, and principles;
4–6 interactive lectures (Didattica Interattiva, DI), which involve:
Interactive discussion of scientific articles led by the students;
Student presentations of scientific papers in formats similar to scientific conference data presentations (oral presentations or posters, i.e., Journal Club or Poster sessions).
The exact distribution between DE and DI will also depend on the number of students enrolled in the course.

In addition, the course includes 20 hours of laboratory activities focused on the preparation and biochemical and image-based analysis of advanced cellular models—particularly homotypic and heterotypic spheroids, both with and without matrix support—and their morphometric and biochemical characterization.

All activities are conducted in person.

The course is taught in Italian, but can be switched to English upon request by international students.

Textbook and teaching resource

Specialized articles, review papers, and/or book chapters will be recommended during the course.
Specific experimental protocols for the practicals will be provided.
Video recordings of classroom lectures will also be made available to students.

Semester

First semester

Assessment method

There are no midterm assignments.

The final examination is oral and will assess the acquisition of core concepts related to the development and use of advanced cellular models and their applications, including the in-depth discussion of specific scientific articles previously agreed upon with the students.

The exam consists of three parts:

  • Assessment of knowledge acquired on advanced cellular models.
  • Assessment of knowledge regarding analytical methodologies.
  • Evaluation of laboratory skills and the quality of the written laboratory report.

The final grade will reflect performance across all of the above components.

Office hours

By appointment via email

Sustainable Development Goals

GOOD HEALTH AND WELL-BEING | QUALITY EDUCATION
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Scheda del corso

Settore disciplinare
BIO/10
CFU
6
Periodo
Primo Semestre
Tipo di attività
Obbligatorio a scelta
Ore
48
Tipologia CdS
Laurea Magistrale
Lingua
Italiano

Staff

    Docente

  • Luisa Fiandra
    Luisa Fiandra
  • Metello Enzo Innocenti
    Metello Enzo Innocenti
  • ES
    Elena Sacco

Opinione studenti

Vedi valutazione del precedente anno accademico

Bibliografia

Trova i libri per questo corso nella Biblioteca di Ateneo

Metodi di iscrizione

Iscrizione manuale

Obiettivi di sviluppo sostenibile

SALUTE E BENESSERE - Assicurare la salute e il benessere per tutti e per tutte le età
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ISTRUZIONE DI QUALITÁ - Assicurare un'istruzione di qualità, equa ed inclusiva, e promuovere opportunità di apprendimento permanente per tutti
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