Insegnamento BIOMATERIALI: APPLICAZIONI AVANZATE ED ASPETTI REGOLATORI
| Nome del corso di laurea | Biotecnologie farmaceutiche |
|---|---|
| Codice insegnamento | 55107008 |
| Sede | PERUGIA |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Aurelie Marie Madeleine Schoubben |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 8 |
| Regolamento | Coorte 2021 |
| Erogato | Erogato nel 2022/23 |
| Erogato altro regolamento | Informazioni sull'attività didattica |
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | CHIM/09 |
| Anno | 2 |
| Periodo | Primo Semestre |
| Tipo insegnamento | Obbligatorio (Required) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | ITALIANO |
| Contenuti | Applicazioni dei biomateriali a contatto con i fluidi biologici in vari campi quali cardiovascolare, nefrologico, farmaceutico, articolare, ingegneria tessutale. Aspetti regolatori dei biomateriali usati in campo biologico. Esercitazioni riguardanti i metodi di preparazione di carrier per applicazioni farmaceutiche. |
| Testi di riferimento | Polymeric biomaterials edited by Severian Dumitriu, 2nd edition, 2002, Marcel Dekker, NY, USA. Microencapsulation: Methods and industrial applications edited by Simon Benita, 1996, Marcel Dekker, NY, USA. R. Pietrabissa, Biomateriali per protesi e organi artificiali, Pàtron Editore, Bologna. C. Di Bello, Biomateriali, Pàtron Editore, Bologna. |
| Obiettivi formativi | L'obiettivo principale dell'insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per capire come viene progettato un dispositivo medico, un tessuto bioingegnerizzato e forme farmaceutiche innovative. Le principale conoscenze acquisite saranno: -caratteristiche/proprietà delle quattro classi di biomateriali e loro potenziali applicazioni in campo biologico. - aspetti regolatori dei dispositivi medici. - conoscenza dei vari metodi di preparazioni e delle strategie usate per formulare diversi tipi di carrier innovativi per applicazioni farmaceutiche. Le principali abilità saranno: - saper individuare il materiale migliore da utilizzare per una determinata applicazione a seconda delle proprietà di questo materiale. - saper classificare un dispositivo biomedico in base alla sua applicazione biomedica basandosi sul regolamento (UE) 2017/745 sui dispositivi medici. - saper preparare formulazioni farmaceutiche innovative grazie alle esercitazioni in laboratorio. |
| Prerequisiti | Al fine di comprendere gli argomenti trattati a lezione, può essere utile avere nozioni di anatomia e patologia umana così come conoscenze sui materiali polimerici, ceramici e metallici. Non ci sono prerequisiti indispensabili per lo studente che voglia seguire il corso con profitto. |
| Metodi didattici | Il corso è organizzato nel seguente modo: - Lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso; - Esercitazioni in laboratorio sulle applicazioni farmaceutiche dei biomateriali. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | La prova di valutazione è unica e ha come obiettivo quella di accertare l'effettiva acquisizione da parte dello studente delle conoscenze che riguardano sia le lezioni frontali che le lezioni pratiche e si svolge con un esame orale. La prova orale consiste in una discussione della durata di circa 30-45 minuti finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e pratici indicati nel programma. La prova orale consentirà inoltre di verificare la capacità di comunicazione dell'allievo con proprietà (adeguatezza) di linguaggio ed organizzazione autonoma dell'esposizione sugli stessi argomenti teorici e pratici. La prova orale consente di accertare ugualmente la capacità dello studente di collegare gli argomenti tra di loro quando è rilevante. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Introduzione al corso: definizioni biomateriali e biocompatibilità-Applicazioni dei biomateriali. Biomateriali ed ambiente biologico, classificazione dei biomateriali. Problemi dei biomateriali: le varie forme di degradazione: la degradazione funzionale, la degradazione ambientale e la degradazione programmata. Le cause della degradazione ed in particolare la fatica. Degradazione dei biomateriali: la corrosione. I metalli come biomateriali: acciai inossidabili, leghe di cobalto, platino, leghe di titanio. Le leghe a memoria di forma. Le forme di degradazione: l'usura. Le cause e le conseguenze della biodegradazione. I fili da sutura. Le protesi di articolazione: la protesi totale di anca, materiali usati per i vari componenti della protesi: UHMWPE, leghe metalliche, ceramiche (allumina e zirconio). Accoppiamenti acetabolari. Introduzione sulle applicazioni in campo cardiovascolare: emocompatibilità, emolisi, coagulazione, anatomia del cuore, le protesi valvolari meccaniche. I vari tipi di protesi valvolari e i materiali usati per produrrle: in particolare la gomma siliconica e il carbonio turbostratico pirolitico. Le protesi valvolari meccaniche (tipi, materiali usati, proprietà). Le protesi valvolari biologiche, cause e consegnuenze del fallimento delle protesi, confronto tra protesi meccaniche e biologiche, controlli sulle protesi valvolari. Le protesi vascolari: introduzione, proprietà delle protesi vascolari sintetiche, il Dacron nelle protesi vascolari. Materiali usati nelle protesi vascolari: PET, PTFE, PTFE espanso e i poliuretani. Gli stents:proprietà degli stent, materiali di rivestimento, la ristenosi e i drug eluting stents. Il dispositivo medico Amplatzer. Il settore nefrologice: forze coinvolte nella dialisi, diffusione, ultrafiltrazione e convezione, e osmosi. Settore nefrologico: materiali usati nell'emodialisi, la dialisi peritoneale. L'ingegneria tessutale: introduzione e requisiti fondamentali per la progettazione di un tessuto bioingegnerizzato. L'ingegneria tessutale: la pelle e la matrice extracellulare. Gli sostituti temporanei e permanenti della pelle: Biobrane, Transcyte, Idrocolloidi, Integra. Gli scaffold: metodi di preparazione degli scaffold (convenzionali, selective laser sintering, soft lithography, electrospinning). Metodi di preparazioni di polimeri per il riconoscimento molecolare: sintesi in bulk o per precipitazione. Applicazioni dei polimeri per il riconoscimento molecolare. L'acido ialuronico per la preparazione di scaffold. Proprietà e funzioni dell'acido ialuronico. L'acido ialuronico per il derma e l'epidermide bio-ingegnerizzato. La cartilagine e l'osso bioingegnerizzato. Modifiche superficiali dei biomateriali: Deposizione di strati polimerici (antiaderenti, antimicrobici), Funzionalizzazione con il plasma: che cos'è il plasma, come viene generato ed utilizzato per modificare le proprietà superficiali dei biomateriali. Tecnologia SAM:self-assembled monolayers, tecniche utilizzate per modificare le proprietà superficiali dei biomateriali con la tecnologia SAM. Modifiche superficiali atte a migliorare l'osteointegrazione dei materiali usati nelle protesi articolari: idrossiapatite, biovetri,ti tanio ruvido, spugne metalliche. Il titanio biommimetico: trattamenti chimici: metodo Kokubo e trattamenti elettrochimici Anodic Spark Deposition: film nanoporosi ottenuti in acido solforico e trattamento BioSpark. Tecniche di analisi superficili: FT-IR, ATR, microscopia elettronica a scansione e a trasmissione e microscopi a sonda: microscopio a scansione tunnel e microscopio a forza atomica. Aspetti regolatori dei dispositivi medici: regolamento europeo 2017/745 sui dispositivi medici. Applicazioni farmaceutiche: il microincapsulamento. Differenze tra microsfere e microcapsule. Le varie applicazioni del microincapsulamento: rilascio modificato, protezione del principio attivo, incompatibilità, ecc. I polimeri che vengono utilizzati per il rilascio di farmaci: il caso dei poliesteri e degli alchilacrilati. La biodegradazione e la bioerosione. I metodi di preparazione delle microparticelle ed in particolare l'essiccamento a spruzzo: funzionamento del mini e del nano spray-dryer. Preparazione di microparticelle tramite raffreddamento a spruzzo, coacervazione e evaporazione del solvente. Gli idrogel: caratteristiche e proprietà e metodi di preparazione. La tecnologia del letto fluido. Strategie utilizzate per stabilizzare peptidi e proteine durante il loro incapsulamento. Influenza del metodo di preparazione sulle caratteristiche delle particelle formate. I meccanismi di rilascio del principio attivo dalle microparticelle polimeriche: diffusione, degradazione polimerica e diffusione, rigonfiamento. I liposomi: definizione e composizione, i fosfolipidi: struttura e proprietà. Il comportamento termotropico del doppio strato fosfolipidico e importanza della temperatura di transizione principale. Influenza del tipo di fosfolipide sulla temperatura di transizione principale, effetto del colesterolo sulla fluidità del doppio strato fosfolipidico. Classificazione dei liposomi a seconda delle dimensioni e del numero di lamelle, caratteristiche dei MLV, LUV e SUV, metodi di preparazione dei liposomi: il thin layer evaporation. Utilizzo dell'estrusione e dell'omogenizzazione ad alta pressione. Metodi di caricamento dei liposomi: caricamento remoto mediato da gradiente di concentrazione e freeze thawing. Processi biologici coinvolti nel destino dei carrier in vivo. Razionale del drug targeting, la peghilazione: meccanismo e proprietà del PEG. Somministrazione endovenosa dei liposomi: liposomi convenzionali, liposomi SUV, liposomi peghilati. Metodi di preparazione delle SLN. Proprietà e problematiche delle SLN: fusi super-raffreddati, gelificazione, espulsione del farmaco, polimorfismo. |