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 2022 |
| Erogato | Erogato nel 2023/24 |
| Erogato altro regolamento | |
| 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. |
| Altre informazioni | |
| 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 e 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. Introduzione sulle applicazioni in campo cardiovascolare: emocompatibilità , emolisi, coagulazione, anatomia del cuore, le protesi valvolari meccaniche. I vari tipi di protesi valvolarie i materiali usati per produrrle: gomma siliconica, leghe Co-Cr-Mo, Leghe Ti, PTFE, PET, resina acetalica, carbonio turbostratico pirolitico e PVD. Le protesi valvolari meccaniche (tipi, proprietà). Le protesi valvolari biologiche, cause e conseguenze del fallimento delle protesi, confronto traprotesi meccaniche e biologiche, controlli sulle protesi valvolari. Le protesi vascolari: introduzione, proprietà delle protesi vascolari sintetiche. Materiali usati nelle protesi vascolari: PET, PTFE, PTFE espanso, i siliconi e i poliuretani. Gli stents: proprietà degli stent, materiali di rivestimento, la ristenosi e i drug eluting stents. Gli stents BIS. Il dispositivo medico Amplatzer. L'ingegneria tessutale: Gli sostituti temporanei e permanenti della pelle: Transcyte, Idrocolloidi, Integra. Gli scaffold: metodi di preparazione degli scaffold (convenzionali, selective laser sintering, soft lithography). Gli scaffold: metodi di preparazione degli scaffold (electrospinning). Metodi di preparazioni dipolimeri 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. Evoluzione dell'ingegneria tessutale: verso la co-coltura di diversi tipi cellulari e accenni alla medicina rigenerativa, caso studio ABAT per la rigenerazione di piccoli tratti arteriosi. Le protesi di articolazione: la protesi totale di anca, materiali usati per i vari componenti dellaprotesi: cemento osseo, UHMWPE, leghe metalliche. Le ceramiche come componente delle teste femorali della protesi d'anca. Accoppiamenti acetabolari. Modifiche superficiali dei biomateriali: Deposizione di strati polimerici (antiaderenti, antimicrobici), Funzionalizzazione con il plasma: che cos'è il plasma, come viene generato edutilizzato permodificare le proprietà superficiali dei biomateriali, applicazioni del plasma permodificare 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, il titanio biomimetico prodotto con il metodo Kokubo e l'Anodic Spark Deposition. Aspetti regolatori dei dispositivi medici: Direttiva europea 93/42/CE, la direttiva 2007/47. I prodotti borderline e il regolamento europeo 2017/475. I liposomi: definizione e composizione, i fosfolipidi: struttura e proprietà. Il comportamento termotropico del doppio strato fosfolipidico e importanza della temperatura ditransizione 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 dimensionie del numero di lamelle, caratteristiche dei MLV, LUV e SUV, metodi di preparazione dei liposomi:il thin layer evaporation, metodo della solvente injection per la preparazione di liposomi. Utilizzo dell'estrusione e dell'omogenizzazionead alta pressione. Metodi di caricamento dei liposomi: caricamento remoto mediato da gradiente di concentrazione e freeze-thawing. Utilizzo dei liposomi per la veicolazione di farmaci: concetti di targeting passivo e attivo. Le formulazioni liposomiali contenenti antitumorali commercializzate:confronto. Applicazioni farmaceutiche: polimeri usati nella microincapsulazione, il caso dei poliesteri e degli acrilati. La biodegradazione e la bioerosione dei polimeri. Metodi di preparazione delle microparticelle: la coacervazione, l'evaporazione del solvente. Applicazioni farmaceutiche: cos'è la solubilità e quanti tipi di solubilità esistono. L'importanzadella solubilità nel drug discovery and development. Come determinare la solubilità all'equilibrio: shake flask method, metodo delle aggiunte successive, parametri che influenzano la solubilità,mezzi di dissoluzione, influenza del pH, delle impurezze, della forma polimorfica. Le ciclodestrine e la complessazione con le ciclodestrine per aumentare la solubilità apparente degli API pocosolubili. Proprietà delle ciclodestrine e metodi di preparazione dei complessi di inclusione. Prodotti in commercio a base di ciclodestrine. La gelificazione ionica dell'alginato di sodio. Laboratori didattici: Preparazione di liposomi MLV con il metodo Thin Layer Evaporation utilizzando la DPPC. Analisi dimensionali delle MLV ottenute con la tecnica SPOS- utilizzo dello strumento Accusizer Particle Sizing System, Preparazione di nanoparticelle di albumina con il metodo della coacervazione di fase e reticolazione termica, analisi dimensionale delle NP di albumina preparate con la tecnica della coacervazione di fase. Preparazione di liposomi contenenti il colorante rosso alizarina con il metodo dell'etanolo injection. Dialisi dei liposomi preparati per solvente injection e analisi Uv-vis del dializzato per la determinazione dell'efficienza di incapsulamento dei liposomi. Acyclovir-Hydroxypropyl-beta-cyclodextrin inclusioncomplex: kneading method, incorporazione delcomplesso beta-CD/acyclovir in un idrogel mucoadesivo per la produzione di un patch bucale e preparazione del backing layer, preparazione del patch bucale con acyclovir. Acyclovir loaded oil entrapped calcium alginate beads: ionotropic gelation method. Preparazione di NP di PLGA con la tecnica della nanoprecipitazione. Preparation of Eudragit nanoparticles loaded with acyclovir, dimensional analysis and freezer-drying. Studio di rilascio in vitro dell'aciclovir dalle nanoparticelle di Eudragit e analisi allo spettrofotometro UV-Vis per determinare la concentrazione. Preparazione di idrogel con CMC e ialuronato di sodio. Nylon: interface polymerization. Chitosan fibers for tissue engineering applications: fabrication and annealing. |
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