Corso di laurea: Biotecnologie Mediche Programmazione per l'A.A. 2022/2023

Introduzione alla Bioingegneria[1]

Reti Complesse per Circuiti Biologici(Reti Genetiche, Proteiche e Metaboliche) [2]

Bioimaging [1]

Introduzione allabiologiasintetica [3]

Introduzione allabiologiadei sistemi [4,5]

Progettazione di circuiti biologici [4]

Ingegneria metabolica [5]

Organoids-on-a-chip [Dispense e Articoli]

Esempi di applicazioni di Intelligenza Artificialee Deep Learningin ingegneriabiomedica [Dispense e Articoli]

Libri di Testo:
[1] W. Mark Saltzman, Biomedical Engineering: Bridging Medicine and Technology, Cambridge Texts in Biomedical Engineeirng, Cambridge University Press, 2nd Edition, June 2015.

[2] Silvio Cavalcanti (A cura di), Bioligia Sintetica, Gruppo Nazionale di Bioingegneria, N. 29, Pàtron Editore.

[3] M. A. Marchisio, Introduction in Synthetic Biology – About Modeling, Computation, and Circuit Design, Springer, 2018.

[4] Uri Alon, An Introduction to Systems Biology – Design Principles of Biological Circuits, CRC Press – Taylor & Francis Group (Second Edition), 2020.

[5] Bernhard O. Palsson, Systems Biology Constraint-based Reconstruction and Analysis, Cambridge University Press, 2015.

[6] Alessandro Cellerino, Michele Sanguanini, Transcriptome Analysis, Edizioni della Scuola Normale Superiore, Pisa, 2018.





Libri consigliati:

7. Luigi Landini, Nicola Vanello, Analisi e Modelli di Segnali Biomedici, Pisa University Press, 2016

8. Giuseppe Coppini, Stefano Diciotti, Guido Valli, Bioimmagini, Collana di Ingegneria Biomedica (Diretta da Emanuele Biondi e Claudio Cobelli) Pàtron Editore, 2012.

Studio dei microrganismi di interesse bio-medico e industriale. Tassonomia ed identificazione. Interazioni
ospite- parassita. Meccanismi molecolari dell’azione patogena.
Biotecnologia molecolare dei sistemi microbici. Filo-genomica: I benefici della combinazione tra
ricostruzione evolutiva e l’analisi genomica. Applicazioni.
Genetica, genomica, metagenomica e trascrittomica batterica. Applicazioni.
Agenti terapeutici e studio di nuovi bersagli molecolari. Studio dei meccanismi molecolari di resistenza
agli antibiotici. Composti farmaceutici, enzimi, produzione di anticorpi in E.coli, acidi nucleici come agenti terapeutici. Vaccini tradizionali e tecnologicamnete avanzati. Tecnologie tradizionali e ricombinanti in microbiologia di interesse industriale.

1. Deho' Galli - Biologia dei Microrganismi - Casa editrice EA
2. Brock – Biologia dei Microrganismi – vol. 2 Casa Editrice CEA
3. Perry JJ et al – Microbiologia vol 2 – Casa Editrice Zanichelli
4. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9780470688618 (scaricabile da tutti gli studenti)

da consultare:

1. Glick et al – Molecular Biotechnology 3th ed. ASM
2. Brodgen KA et al – Virulence mechanisms of bacterial pathogens 3th ed ASM
3. Lavori in lingua Inglese

I campioni biologici: tipi, prelievi, trattamento e conservazione.
Estrazione e purificazione di acidi nucleici da cellule umane mediante colonnine cromatografiche per gel di filtrazione, a scambio ionico e per affinità.
Purificazione di acidi nucleici con biglie magnetiche.
Dosaggio e valutazione qualitativa di acidi nucleici con metodo spettrofotometrico e fluorimetrico.
Tecnologie basate sulla complementarietà dei nucleotidi purinici e pirimidinici.
Sintesi di cDNA tramite trascrizione inversa.
Reazione a catena delle polimerasi (PCR). PCR qualitativa o End Point PCR quantitativa o q-Real Time PCR. Programmi per la progettazione dei primers da
utilizzare per le reazioni PCR.
Reazione di digestione con enzimi di restrizione. Reazioni con enzimi di modificazione.Elettroforesi in gel d’agarosio di acidi nucleici. Elettroforesi capillare di acidi nucleici per l’analisi di singoli nucleotidi e per l’analisi di microsatelliti.
Estrazione e dosaggio spettrofotometrico di proteine. Elettroforesi di proteine. Analisi di proteine tramite Western blot.
DNA- e RNA-microarrays: Preparazione di campioni di DNA o di RNA per l’analisi globale del genoma e del trascrittoma. Analisi molecolare del cariotipo umano
mediante microarray genomici fotolitografici basati su sonde a “Single Nucleotide Polymorphism-SNP” e “Copy Number Variation-CNV”. Utilizzo di algoritmi e
softwares per l’interpretazione dei dati (CN state, Allele difference). Analisi del trascrittoma mediante microarray di espressione. Microarray a cDNA. Microarray
di espressione ad oligonucleotidi ottenuti per sintesi fotolitografia. Microarray di espressione ad oligonucleotidi supportati da biglie. Array-CGH. Utilizzo di
algoritmi e softwares per l’interpretazione dei dati (RMA e SAM).
Applicazione delle tecnologie “microarrays” per lo studio dei tumori solidi ed ematologici.
Tecnologie di sequenziamento di acid nucleici di prima generazione, seconda generazione e terza generazione. Metodi per la preparazione di librerie per l’analisi
dell’esoma e di specifiche regioni tramite multiplex. Metodi di amplificazione clonale. Tecniche per la rilevazione dei nucleotidi incorporati. Metodi bio-informatici e
statistici per l'interpretazione dei dati ottenuti da piattaforme di sequenziamento di seconda generazione (NGS).
Applicazione delle tecniche di sequenziamento di prima generazione per la rivelazione di mutazioni con significato prognostico e predittivo di risposta alla
terapia. Applicazione delle tecnologie di seconda generazione per l’analisi di tumori solidi ed ematologici.
Rilevazione di aberrazioni cromosomiche mediante la tecnologia MLPA (Multiplex Ligation-dependent Probe Amplification).

1) Metodologie Biochimiche e Biomolecolari, a cura di Maccarone M. e colleghi, Zanichelli editore
2) Biologia molecolare, F.Amaldi, et al. Casa Editrice Ambrosiana – Zanichelli editore
3) Lavori scientifici e materiale didattico fornito dalla docente del corso,
4) Video-corsi online

Modulo A

- Introduzione allo studio della fisiologia cellulare.

- I processi cellualari di base

- Comunicazione intercellulari

- Omeostasi e regolazione

- Neuroni: proprietà cellulari e rete nervosa

- Neurotrasmissione

- Recettori sistematica e funzioni

- Recettori Canale e Recettori accoppiati a proteina G- Il controllo ormonale

Modulo B- Modelli preclinici nella ricerca in campo biomedico- Le cellule cancerose: quando le cellule eludono le regole basilari del comportamento fisiologico- Medicina rigenerativa

- Neurodegenerazione e Neuroprotezione

- Cellule staminali

- Applicazione di terapia cellulare

Laboratorio

- Attività di laboratorio

Vanni Taglietti, Cesare Casella - Fisiologia e biofisica delle cellule. EDISES
Carbone, Cicirata, Aicardi - Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati. EDISES
D’angelo e Peres - Fisiologia Autore: Ed. edi-ermes
Dispense specialistiche fornite dai Docenti del Corso.

Modulo A- Introduzione allo studio della fisiologia cellulare.- I processi cellualari di base- Comunicazione intercellulari- Omeostasi e regolazione- Neuroni: proprietà cellulari e rete nervosa- Neurotrasmissione- Recettori sistematica e funzioni- Recettori Canale e Recettori accoppiati a proteina G- Il controllo ormonaleModulo B- Modelli preclinici nella ricerca in campo biomedico- Le cellule cancerose: quando le cellule eludono le regole basilari del comportamento fisiologico- Medicina rigenerativa- Neurodegenerazione e Neuroprotezione- Cellule staminali- Applicazione di terapia cellulareLaboratorio- Attività di laboratorio

-
Vanni Taglietti, Cesare Casella - Fisiologia e biofisica delle cellule. EDISES

-
Carbone, Cicirata, Aicardi - Fisiologia: dalle molecole ai sistemi integrati. EDISES

-
D’angelo e Peres - Fisiologia Autore: Ed. edi-ermes

-
Dispense
specialistiche fornite dai Docenti del Corso.





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EMBRIOLOGIA

Concetti generali dello sviluppo
embrionale - Ovogenesi — Spermatogenesi- Fecondazione - I e II settimana di
sviluppo - III settimana di sviluppo - IV settimana di sviluppo – Placenta.

Derivati dei foglietti embrionali:

ECTODERMA:
epidermide, tubo neurale e vescicole encefaliche

ENDODERMA:
intestino primitivo; intestino anteriore; intestino faringeo. Sviluppo apparati
digerente e respiratorio

MESODERMA:
mesoderma parassiale: somiti e loro derivati; Neurocranio e splancnocranio;
Sviluppo apparato locomotore; Sviluppo apparato urogenitale; Sviluppo
dell’apparato cardiovascolare.

ISTOLOGIA:

ISTOLOGIA
di Monesi 7° ediz. di S. Adamo, M. De Felici, A. Dolfi, A. Filippini, …… E.
Ziparo - Piccin



EMBRIOLOGIA:

LO SVILUPPO
PRENATALE DELL’UOMO 11° ediz. di Moore, Persaud,
Torchia - EDRA

Altro
materiale didattico: Dispense
in pdf relative agli argomenti esposti in aula durante le lezioni frontali,
distribuite attraverso la piattaforma STUDIUM.



English

HISTOLOGY:

ISTOLOGIA di Monesi 7° ediz. di S. Adamo, M. De Felici, A. Dolfi, A.
Filippini, …… E. Ziparo – Piccin

EMBRIOLOGY:

LO SVILUPPO
PRENATALE DELL’UOMO 11° ediz. di Moore, Persaud, Torchia - EDRA

Other teaching material: pdf documents uploaded on the STUDIUM digital platform, relating to
the topics presented during the lectures.

Il processo infettivo, agenti eziologici e microbiota normale

Principi di diagnosi di laboratorio delle malattie infettive.

Emergenza e diffusione globale delle infezioni; vie di trasmissione

Patogenesi delle infezioni virali e alcuni esempi di virus patogeni

Patogenesi delle infezioni batteriche ed alcuni esempi di batteri patogeni

Patogenesi delle infezioni fungine: il modello Candida

Agenti antibatterici e resistenze

EUCAST e ATB

Profilassi, Immunità, anticorpo monoclonali e vaccini

Uno di questi testi a scelta:
Microbiologia Medica, Antonelli, Clementi, Pozzi, Rossolini, Casa Editrice Ambrosiana
Microbiologia Medica, Murray, Rosenthal, Pfaller, Edra s.p.a.
Microbiologia Medica, Sherris EMSI 2017

Dispense ed articoli del docente

Vecchi e nuovi approcci per l’isolamento dei
microrganismi dagli habitat natural:
Sistemi selettivi e non selettivi (attività di laboratorio)

Materiale fornito dal Docente durante l'attività di laboratorio

1. Epidemiologia molecolare dei tumori
2. Fattori di rischio e agenti eziologici di trasformazione neoplastica
3. Epigenetica dei tumori
4. Alterazioni molecolari nei tumori
5. Targeted therapy
6. Tumori ereditari
7. Immuno-terapia nei tumori - Immune checkpoint inhibitor

ROSA M. PASCALE - FRANCESCO FEO; Elementi di oncologia molecolare - Piccin

Variazione genetiche, genomiche
e loro cause Concetto di polimorfismo e
mutazione e loro significato evoluzionisticoClassificazione funzionale
delle mutazioniMutazioni costituzionali e
somatiche



Modalità di trasmissione delle
malattie genetiche mendeliane e legate al sesso Concetto di allele recessivo,
dominante e legato ai cromosomi sessualiEreditarietà pseudodominante e
digenicaPenetranza ed espressivitàMosaicismoImprinting genomicoMalattie da ripetizioni di
triplette e anticipazione



Altri tipi di ereditarietà Ereditarietà mitocondrialeEreditarietà poligenica e
multifattorialeModelli di malattie
multifattorialiGenetica delle malattie
complesse



Genetica di popolazione

a.Equilibrio di Hardy-Weinberg e sue deviazioni

b. Effetto fondatore e deriva genetica

c. I polimorfismi del DNA



I polimorfismi del DNA e metodi d’identificazione

a. Sequenziamento di Sanger, SNP-array
e NGS

b. i polimorfismi del DNA in genetica
forense, i profili genetici e i sistemi usati dal CODIS

c. i polimorfismi del cromosoma Y e del
DNA mitocondriale

d. l’importanza dei database del DNA
genetici a uso forense: nucleotidiche, aplotipiche e di profili genetici



Statistica applicata all'esame dei
polimorfismi del DNA

a. Calcolo delle probabilità nelle indagini di identificazione individuale;calcolo
biostatistico nelle indagini di paternità



b. Il teorema di Bayes: probabilità e verosimiglianza.

Forensic DNA Analysis
Technological Development and Innovative ApplicationsISBN 9781774637586

Conoscenze di base relativamente alle seguenti tematiche:

-ispezione e rilevazione di tracce genetiche da qualsiasi
tipologia di reperto;

-tecniche mirate alla ricerca e diagnosi di tracce
biologiche ed impronte digitali su reperti forensi, anche attraverso l’utilizzo
di lampade forensi e lampade UV;

-test generici e specifici per la individuazione di tracce
di sangue, saliva, sangue occultato, sangue lavato, sperma, sudore, secrezioni
vaginali, urina, reperti ossei, denti, formazioni pilifere ed altri;

-estrazione di DNA genomico con resine magnetiche , con
resine in silice e lisi differenziale;

-quantificazione del DNA attraverso metodiche in
spettrofotometria e Real-time;

-caratterizzazione del materiale biologico attraverso kit
validati di analisi forense;

-tipizzazione di microsatelliti STR per l’identificazione
umana;

-analisi dell’RNA messaggero (mRNA) per l’identificazione
certa della natura della traccia biologica;

J. Butler. Foundamental of
forensic DNA typing. 2009, AP

Integrazione delle quattro abilità di base (speaking, listening, reading, writing) ed uso della lingua nelle diverse situazioni su argomenti di carattere generale e scientifico con un registro appropriato e con capacità argomentative e di rielaborazione personale. Capacità di decodifica di un testo scientifico.

English in Medicine. Third Edition. Eric H. Glendinning, Beverly A.S. Holmström. CambridgeEnglish for Medicine in Higher Education Studies: Course Book and Audio CDs (English for Specific Academic Purposes) diMarie McCullagh, Ros Wright, Patrick Fitzgerald·English Grammar in Use. Book with Answers and Interactive eBook. 4th Edition. Self-Study Reference and Practice Book for Intermediate Learners of English diRaymond MurphyDocumenti and materiale fornito dal docente

Attraverso la discussione dei più recenti
articoli scientifici verranno proposti esempi di applicazione delle
biotecnologie più avanzate nel campo della ricerca onco-ematologica per la
diagnosi e il monitoraggio della malattia minima residua nelle principali neoplasie
ematologiche e per valutare l’efficacia nel tempo delle terapie cellulari e
geniche.

Manuale di malattie del Sangue di Bosi, De Stefano, Di Raimondo, La Nasa -
Elsevier

Ematologia per medicina, scienze biologiche, biotecnologie mediche di N.
Giuliani, A. Olivieri - Idelson-Gnocchi

Manuale di ematologia di Paolo Corradini, Robin Foà - Minerva Medica

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Dopo un inquadramento generale delle
principali tecnologie omiche sviluppate per la comprensione delle principali
neoplasie ematologiche, lo studente verrà introdotto all’applicazione della
terapia genica, immunoterapia e metabolomica utilizzati per lo sviluppo della
medicina di precisione. Ad ogni lezione la discussione di un articolo
scientifico consentirà di evidenziare in maniera critica l’approccio
sperimentale adottato per la comprensione della patologia di interesse.





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Manuale di malattie del
Sangue, Elsevier di
















Bosi, De Stefano, Di Raimondo, La Nasa
















Hematology.
Pathophysiology, diagnosis and treatment, Esculapio di
















Pier Luigi Zinzani, Sante Tura, Michele Cavo Ematologia Smart, Idelson Gnocchi di Fiorina Giona




























Gene and Cell Therapy:
Biology and Applications, Springer Link di Giridhara R. Jayandharan
















Chimeric Antigen
Receptor T-Cell Therapies for Cancer 1st Edition A Practical Guide, Elsevier di
















Daniel Lee Nirali N. Shah



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· Terapia genica· Terapia cellulare· Farmaci biologi in oncologia· Farmaci biologici in oftalmologia· Farmaci biologici in dermatologia· Farmaci biologici in neurologia· Farmaci biologici per il sistema cardiovascolareES in aula· Cenni sui modelli sperimentali· Cenni sulla validazione dei dati sperimentali· Cenni sulla corretta interpretazione dei dati scientifici

· Goodman and Gilman - Le basi farmacologiche della terapia. Ed. Zanichelli 13^ ed.· Rossi, Cuomo, Riccardi - Farmacologia. Principi di base e applicazioni terapeutiche. Ed. Minerva Medica, 4^ ed.

· TECNICHE DI BIOLOGIA
CELLULARE:

- allestimento e vita di
una coltura cellulare

- colture di linee
cellulari primarie ed immortalizzate

- tecniche di trasfezione di
cellule di mammifero mediante metodi fisici e chimici

- principi generali della
microscopia

· TECNICHE MOLECOLARI:

· TECNICHE DI ANALISI E
SEPARAZIONE DEGLI ACIDI NUCLEICI

· Estrazione e purificazione
degli acidi nucleici da linee cellulari, fluidi biologici e biopsie

· Tecniche spettrofotometriche
per l’analisi del DNA e dell’RNA

· VETTORI DI CLONAGGIO

- definizione e ruolo dei
principali componenti dei plasmidi procariotici ed

eucariotici.

· QUANTIFICAZIONE DELL’ESPRESSIONE
GENICA MEDIANTE PCR E REAL-TIME PCR

· Metodi low- ed high-throughput
ed analisi dei dati

· QUANTIFICAZIONE DELL’ESPRESSIONE
GENICA MEDIANTE ddPCR

· METODI PER LO STUDIO DELLA
METILAZIONE DEL DNA

· Metodi aspecifici

· Metodi specifici

· Modifiche del DNA con
bisolfito

· Pirosequenziamento

· METODI PER LO STUDIO DELLE
MODIFICHE ISTONICHE

· ChIP

· Siti ipersensibili alle
nucleasi

· TECNICHE PER LO STUDIO
DEGLI RNA NON CODIFICANTI

· microRNAs, circRNAs e lncRNAs

· Identificazione di ncRNA
attraverso metodiche in vitro ed in silico

· Estrazione ed analisi di
ncRNA

· INTERAZIONI TRA
MACROMOLECOLE BIOLOGICHE

· RNA binding proteins

· Interazioni tra RBPs e ncRNAs

· Interazioni fisiche e
funzionali tra ncRNAs

· ANALISI BIOINFORMATICHE
PER LO STUDIO DEI GENOMI E DEI TRASCRITTOMI

· EVOLUZIONE MOLECOLARE
DEI GENI E DEI GENOMI

· ESERCITAZIONI DI
LABORATORIO

1. Francesco
Amaldi, Piero Benedetti, Graziano Pesole, Paolo Plevani. Tecniche e metodi per
la biologia molecolare. Zanichelli

2. Massimo
Romani. Epigenetica. Zanichelli



NOTA: E’ necessario utilizzare l’edizione
più recente dei testi di riferimento.

Struttura del gene e regolazione dell’espressione genica

Geni codificanti e non codificanti
Promotori, enhancers e fattori di trascrizione
Principi di epigenetica
Splicing alternativi
Trascritti non codificanti e antisenso
RNA interference
Struttura del genoma
Il genoma 3D
Banche dati genomiche





2.Tecniche di analisi whole genome e di espressione


Microarray a DNA
Tecniche Genome wide association nelle malattie complesse
Techniche NGS
Whole exome sequencing
Whole genome sequencing
Bioinformatica dell’analisi di dati NGS
Analisi del trascrittoma tramite RNA-seq


3.Ingegneria genetica in medicina


Topi transgenici e topi knock-out
Gene targeting e mutagenesi condizionale
Il sistema CRISPR/Cas9
Applicazioni in terapia genica

Human Molecular Genetics (English Edition) 5° Edizione ,‎ Garland Science

Genetica Umana e Medica (Neri, Genuardi), seconda edizione, Elsevier

Medical Genetics (Jorde, Carey, Bamshad) fifth edition, Elsevier

RNA-seq Data Analysis: A Practical Approach CRC press

Computational exome and genome analysis