Molecular Biology, Medicinal Chemistry and Computer Science for Pharmaceutical Applications - Biologia molecolare, Chimica farmaceutica e Informatica per applicazioni farmaceutiche

Tipologia

Discipline Mediche

SSD

MED/46

Anno

3º anno

Semestre

1º semestre

CFU

6

Distribuzione delle ore

32 classroom hours, 40 laboratory hours

Docenti

VITTORIO PICCHIO
ISOTTA CHIMENTI
Francesca PAGANO

Tipologia

Discipline Mediche

SSD

MED/04

Anno

3º anno

Semestre

1º semestre

CFU

6

Distribuzione delle ore

48 classroom hours

Docenti

DONATELLA PONTI
PAOLO ROSA

Lo studente apprenderà i principi generali ed i meccanismi base della patologia e della fisiopatologia con particolare riferimento alla immunologia. Il taglio del modulo sarà poi indirizzato verso le tecniche avanzate di biologia molecolare anche con riferimento alla diagnostica e alla ricerca di base e soprattutto alla integrazione con i modelli cellulari avanzati. Nel modulo si includerà a sviluppare dimestichezza con la pubblicazione scientifica e la lettura critica di manoscritti su giornali di alto impatto.

Indispensabile: Biologia cellulare e biologia molecolare
Importante: Biochimica
Utile: Chimica e Fisica

MODULO 1 – PATHOLOGY AND IMMUNOLOGY

Patologia generale

Concetti di eziologia e patogenesi: cause delle malattie e meccanismi biologici alla base del loro sviluppo; agenti patogeni chimici, fisici e biologici.

Adattamenti cellulari e morte cellulare: iperplasia, ipoplasia, ipertrofia, atrofia, metaplasia, displasia e autofagia; necrosi e apoptosi.

Infiammazione: infiammazione acuta e cronica; eventi vascolari e cellulari, microcircolazione, essudato, chemiotassi, diapedesi e fagocitosi; mediatori dell’infiammazione, citochine, complemento e recettori dell’immunità innata; effetti sistemici dell’infiammazione, febbre, ipertermia e shock settico; infiammazione cronica, ruolo dei macrofagi, granulomi, fibrosi e riparazione tissutale.

Neoplasie: iniziazione e progressione tumorale; classificazione dei tumori benigni e maligni, grading e staging; epidemiologia del cancro, fattori di rischio e sindromi ereditarie; caratteristiche delle cellule maligne, proliferazione incontrollata, evasione dell’apoptosi e riprogrammazione metabolica; eterogeneità tumorale e cellule staminali tumorali; invasione, angiogenesi e metastasi; oncogeni, geni oncosoppressori, RNA non codificanti e stress ossidativo; cancerogenesi chimica e virale e alterazioni del ciclo cellulare.

Malattie genetiche: anomalie cromosomiche, ereditarietà mendeliana, malattie genetiche complesse e correlazioni genotipo-fenotipo.

Immunologia

Struttura e funzione del sistema immunitario: organi linfoidi primari e secondari; principali popolazioni cellulari del sistema immunitario; coordinamento delle risposte immunitarie locali e sistemiche.

Immunità innata: barriere fisiche e chimiche; sistema del complemento; proteine di fase acuta; fagociti; cellule natural killer (NK) e cellule linfoidi innate; recettori per il riconoscimento di pattern molecolari.

Immunità umorale: attivazione e differenziamento dei linfociti B e produzione di anticorpi; classi di immunoglobuline (IgM, IgG, IgA, IgE e IgD); segnalazione attraverso il BCR; risposte T-dipendenti e T-indipendenti; switching isotipico e maturazione dell’affinità; funzioni degli anticorpi: neutralizzazione, opsonizzazione e attivazione del complemento.

Immunità cellulo-mediata: linfociti T helper (Th1, Th2, Th17 e Treg), linfociti T citotossici e cellule T della memoria; presentazione dell’antigene attraverso MHC di classe I e II; processamento dell’antigene attraverso proteasomi, fagolisosomi e autofagia; attivazione e co-stimolazione dei linfociti T; produzione di citochine e principali vie di segnalazione.

MODULO 2 – ADVANCED MOLECULAR BIOLOGY TECHNIQUES

Tecniche di discovery e profiling: introduzione alle tecniche omiche; principi e chimica del sequenziamento e della Next Generation Sequencing (NGS); genomica umana e sue applicazioni; trascrittomica e analisi degli RNA codificanti e non codificanti; single-cell sequencing; spatial omics; biopsia liquida e analisi del DNA circolante; tecniche di analisi delle proteine, proteomica e array; biomarcatori circolanti.

Principi di analisi bioinformatica: Principal Component Analysis (PCA), heatmap e clustering; rappresentazione e visualizzazione dei dati mediante diagrammi di Venn e Sankey; Gene Ontology enrichment; network analysis e pathway analysis.

Tecniche di interferenza ed editing genetico: biologia degli RNA non codificanti e loro applicazioni biotecnologiche; vettori di espressione genica; tecnologie di genome editing.

Attività di laboratorio: estrazione e quantificazione dell’RNA; retrotrascrizione; preparazione di una real-time PCR e analisi dei dati; protocollo di antibody array e analisi dei dati; principi e applicazione di un protocollo di Next Generation Sequencing in ambito diagnostico.

Biologia molecolare - Zlatanova, van Holde - Anno 2018
Genetica e Genomica nelle scienze mediche. Strachan-Goodship-Chinnery
Biotecnologie Molecolari Brown - seconda edizione 2017
Basic Immunology, Shiv Pillai, Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman, Elsevier
Robbins, Basic Pathology, Kumar Abbas Aster, Elsevier Saunders

Articoli scientifici e materiale fornito dal Professore

Lezioni frontali: lezioni classiche con presentazione di diapositive da parte del docente.
Seminari: se durante il corso saranno presenti importanti occasioni di seminari all’interno del circuito universitario, le lezioni saranno integrate
Esperienze lab: conoscenza ed interazione con i laboratori di ricerca e con le principali tecniche diagnostiche e hands on su pratica di laboratorio
Lavori di gruppo: possibili workshop di gruppo con discussioni dinamiche durante il Corso.

Non obbligatoria ma altamente raccomandata

Prova scritta per tutti i moduli in modalità quiz risposta multipla.
Per il modulo di biologia molecolare, è prevista anche integrazione con la prova orale, ma solamente successiva al superamento della prova scritta.

1 - Descrivere i principali meccanismi dell’infiammazione acuta e cronica, evidenziando il ruolo delle cellule e dei mediatori del sistema immunitario e le possibili conseguenze patologiche.
2 - Descrivere i principi della Next Generation Sequencing (NGS) e discutere le sue principali applicazioni nella genomica, nella trascrittomica e nella diagnostica molecolare.
3 - Descrivere i principi delle tecnologie di genome editing, con particolare riferimento al sistema CRISPR/Cas9, e discuterne le principali applicazioni nella ricerca biomedica e nello studio delle malattie.
4 - Che cosa sono i biomarcatori circolanti e la biopsia liquida? Descrivere le principali molecole che possono essere analizzate, le tecniche utilizzate per la loro identificazione e le possibili applicazioni nella diagnosi e nel monitoraggio delle malattie.

• Concetti di
  eziologia e patogenesi: cause
  delle malattie e meccanismi biologici alla base del loro sviluppo; agenti
  patogeni chimici, fisici e biologici.
  • Testi di riferimento: Robbins,
    
    Basic Pathology, Kumar Abbas Aster, Elsevier Saunders


• Adattamenti
  cellulari e morte cellulare:
  iperplasia, ipoplasia, ipertrofia, atrofia, metaplasia, displasia e autofagia;
  necrosi e apoptosi.
  • Testi di riferimento: Robbins,
    
    Basic Pathology, Kumar Abbas Aster, Elsevier Saunders


• Struttura e funzione
  del sistema immunitario: organi
  linfoidi primari e secondari; principali popolazioni cellulari del sistema
  immunitario; coordinamento delle risposte immunitarie locali e sistemiche.
  
  Immunità innata: barriere fisiche e chimiche; sistema del
  complemento; proteine di fase acuta; fagociti; cellule natural killer (NK) e
  cellule linfoidi innate; recettori per il riconoscimento di pattern molecolari.
  • Testi di riferimento: Basic Immunology, Shiv Pillai, Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman, Elsevier


• Infiammazione:
  infiammazione acuta e cronica; eventi vascolari e cellulari, microcircolazione,
  essudato, chemiotassi, diapedesi e fagocitosi; mediatori dell’infiammazione,
  citochine, complemento e recettori dell’immunità innata; 
  • Testi di riferimento: Robbins,
    
    Basic Pathology, Kumar Abbas Aster, Elsevier Saunders


• effetti sistemici
  dell’infiammazione, febbre, ipertermia e shock settico; infiammazione cronica,
  ruolo dei macrofagi, granulomi, fibrosi e riparazione tissutale.
  • Testi di riferimento: Robbins,
    
    Basic Pathology, Kumar Abbas Aster, Elsevier Saunders


• introduzione alle tecniche omiche; principi e chimica
  del sequenziamento e della Next Generation Sequencing (NGS); genomica umana e
  sue applicazioni; 
  • Testi di riferimento: Biologia molecolare - Zlatanova, van Holde - Anno 2018
    
    
    
    Genetica e Genomica nelle scienze mediche.
    
    Strachan-Goodship-Chinnery
    
    
    
    Biotecnologie Molecolari Brown - seconda edizione 2017


• Immunità umorale: attivazione e differenziamento dei linfociti B e
  produzione di anticorpi; classi di immunoglobuline (IgM, IgG, IgA, IgE e IgD);
  segnalazione attraverso il BCR; risposte T-dipendenti e T-indipendenti;
  switching isotipico e maturazione dell’affinità; funzioni degli anticorpi:
  neutralizzazione, opsonizzazione e attivazione del complemento.
  • Testi di riferimento: Basic Immunology, Shiv Pillai, Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman, Elsevier


• Immunità
  cellulo-mediata: linfociti T
  helper (Th1, Th2, Th17 e Treg), linfociti T citotossici e cellule T della
  memoria; presentazione dell’antigene attraverso MHC di classe I e II;
  processamento dell’antigene attraverso proteasomi, fagolisosomi e autofagia;
  attivazione e co-stimolazione dei linfociti T; produzione di citochine e
  principali vie di segnalazione.
  • Testi di riferimento: Basic Immunology, Shiv Pillai, Abul K. Abbas, Andrew H. Lichtman, Elsevier


• Neoplasie:
  iniziazione e progressione tumorale; classificazione dei tumori benigni e
  maligni, grading e staging; epidemiologia del cancro, fattori di rischio e
  sindromi ereditarie; caratteristiche delle cellule maligne, proliferazione
  incontrollata, evasione dell’apoptosi e riprogrammazione metabolica; 
  • Testi di riferimento: Robbins,
    
    Basic Pathology, Kumar Abbas Aster, Elsevier Saunders


• eterogeneità tumorale e
  cellule staminali tumorali; invasione, angiogenesi e metastasi; oncogeni, geni
  oncosoppressori, RNA non codificanti e stress ossidativo; cancerogenesi chimica
  e virale e alterazioni del ciclo cellulare.
  • Testi di riferimento: Robbins,
    
    Basic Pathology, Kumar Abbas Aster, Elsevier Saunders


• trascrittomica e analisi degli RNA codificanti e non
  codificanti; single-cell sequencing; spatial omics;  biomarcatori circolanti.
  • Testi di riferimento: Biologia molecolare - Zlatanova, van Holde - Anno 2018 Genetica e Genomica nelle scienze mediche. Strachan-Goodship-Chinnery Biotecnologie Molecolari Brown - seconda edizione 2017


• biopsia liquida e analisi del DNA circolante; tecniche di analisi delle proteine, proteomica e array;
  • Testi di riferimento: Biologia molecolare - Zlatanova, van Holde - Anno 2018 Genetica e Genomica nelle scienze mediche. Strachan-Goodship-Chinnery Biotecnologie Molecolari Brown - seconda edizione 2017


• Malattie genetiche: anomalie cromosomiche, ereditarietà mendeliana,
  malattie genetiche complesse e correlazioni genotipo-fenotipo.
  • Testi di riferimento: Robbins,
    
    Basic Pathology, Kumar Abbas Aster, Elsevier Saunders


• Principi di analisi
  bioinformatica: Principal
  Component Analysis (PCA), heatmap e clustering; rappresentazione e
  visualizzazione dei dati mediante diagrammi di Venn e Sankey; Gene Ontology
  enrichment; network analysis e pathway analysis.
  • Testi di riferimento: Biologia molecolare - Zlatanova, van Holde - Anno 2018 Genetica e Genomica nelle scienze mediche. Strachan-Goodship-Chinnery Biotecnologie Molecolari Brown - seconda edizione 2017


• Tecniche di
  interferenza ed editing genetico: biologia degli RNA non codificanti e loro applicazioni biotecnologiche;
  vettori di espressione genica; tecnologie di genome editing.
  • Testi di riferimento: Biologia molecolare - Zlatanova, van Holde - Anno 2018 Genetica e Genomica nelle scienze mediche. Strachan-Goodship-Chinnery Biotecnologie Molecolari Brown - seconda edizione 2017


• Attività di laboratorio: estrazione e quantificazione dell’RNA;
  retrotrascrizione; 
  • Testi di riferimento: Materiali e protocolli forniti durante le attività


• Attività di laboratorio: protocollo di antibody array e analisi dei dati; 
  • Testi di riferimento: Materiali e protocolli forniti durante le attività


• Attività di laboratorio: preparazione di una real-time PCR e analisi dei dati; 
  • Testi di riferimento: Materiali e protocolli forniti durante le attività


• Attività di laboratorio: principi e applicazione
  di un protocollo di Next Generation Sequencing in ambito diagnostico.
  • Testi di riferimento: Materiali e protocolli forniti durante le attività