Ingegneria Biomedica | Course catalogue

INGEGNERIA CHIMICA PER I SISTEMI BIOMEDICI

Obiettivi formativi

L’insegnamento si propone di fornire agli studenti le basi culturali e metodologiche per lo studio dei fenomeni chimico-fisici e biologici che intervengono nei sistemi biomedici secondo un approccio tipico dell’ingegneria chimica. In particolare, gli obiettivi primari del corso sono lo sviluppo della capacità degli studenti di analizzare in maniera quantitativa i processi biotecnologici in cui sono presenti enzimi o cellule e l’applicazione delle conoscenze acquisite alla progettazione e modellizzazione di apparecchiature e dispositivi biomedici.

Canale 1

ROBERTO LAVECCHIA Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma

Parte A – FONDAMENTI DI INGEGNERIA CELLULARE E BIOMOLECOLARE Il ruolo dell’ingegneria chimica nello studio dei sistemi di interesse dell’ingegneria biomedica. Gli organismi viventi: caratteristiche e proprietà. Organismi procariotici ed eucariotici: differenze e analogie. L’accrescimento cellulare e le caratteristiche del mezzo di crescita. Virus e infezioni virali. Caratteristiche strutturali dei virus. Fasi e meccanismi di infezione virale. Sviluppo di terapie antivirali. Struttura e proprietà chimico-fisiche degli amminoacidi e delle proteine. Livelli strutturali delle proteine e funzione biologica. Agenti denaturanti ed effetto sulla stabilità delle proteine. Gli enzimi: caratteristiche strutturali ed effetto sull’attività biologica. Esempi di enzimi di interesse biomedico. Biosensori enzimatici. Fondamenti di ingegneria genetica: DNA e RNA. Il codice genetico. Tecnologia del DNA ricombinante. Terapie cellulari e terapie geniche. Parte B – INGEGNERIA DELLE REAZIONI ENZIMATICHE Elementi di cinetica chimica. Velocità di reazione ed espressioni cinetiche. Reazioni chimiche elementari e meccanismi di reazione. Derivazione dell’equazione di Michaelis-Menten e stima dei parametri cinetici. Effetto della temperatura e del pH sulla cinetica enzimatica. L’inibizione enzimatica. Meccanismo d’azione degli inibitori e identificazione del tipo di inibizione. Inibitori e terapia farmacologica. Esempi di farmaci basati sull’utilizzo di inibitori enzimatici. Parte C – INGEGNERIA DEI PROCESSI CELLULARI Il fenomeno della crescita cellulare. Effetto della temperatura e del pH sull’accrescimento cellulare. L’equazione di Monod. Inibizione della crescita cellulare indotta da substrati o da prodotti. Metabolismo cellulare. Metaboliti primari e secondari. Metabolismo endogeno. Espressioni cinetiche per l’accrescimento cellulare. Fattori di resa e coefficiente di mantenimento. Morte cellulare. La produzione di energia in condizioni aerobiche ed anaerobiche. Il ruolo dell’ATP nei processi di produzione dell’energia. La fermentazione lattica. Bioreattori: caratteristiche realizzative e funzionali. Sviluppo di bioreattori per applicazioni biomediche.

Prerequisiti

Conoscenze di base di chimica generale e di chimica organica Fondamenti di calcolo differenziale ed integrale

Testi di riferimento

Fournier R.L., Basic transport phenomena in biomedical engineering, Taylor and Francis, Philadelphia, 1999 Ratledge C., Kristiansen B., Biotecnologie di base, Zanichelli, Bologna, 2004 Stryer L., Biochimica, Zanichelli, Bologna, 1996 Materiale didattico distribuito dal docente

Frequenza

Il corso non richiede la frequenza obbligatoria ma questa è fortemente consigliata

Modalità di esame

La valutazione prevede una prova orale intesa a valutare il grado di preparazione acquisito dallo studente sugli argomenti presentati nel corso nonché l'approccio metodologico per affrontare problemi o situazioni inerenti allo sviluppo di processi o tecnologie biochimiche di interesse dell’ingegneria biomedica

Modalità di erogazione

La didattica si svolgerà in aula e sarà costituita da lezioni svolte anche attraverso presentazioni in PowerPoint e da seminari tenuti da professionisti e docenti del settore biotecnologico