Catalogo dei Corsi di studio

Obiettivi generali
L’obiettivo del Corso è fornire i concetti fondamentali che riguardano la struttura ed il comportamento dei materiali polimerici e gli strumenti principali che consentano di relazionare le caratteristiche dei polimeri con le loro proprietà; offrire una panoramica dei più importanti materiali polimerici sia sintetici che naturali utilizzati in campo industriale con un approfondito focus sugli ambiti biomedico e farmaceutico.
Obiettivi specifici
Tale obiettivo generale comprende il conseguimento di obiettivi specifici, riguardanti:
1. Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente conoscerà le diverse classi polimeriche in base alle diverse tipologie di sintesi, come le diverse strutture influenzano le loro proprietà chimico-fisiche allo stato solido ed in soluzione. Conoscerà altresì le principali applicazioni di ciascuna classe di polimeri nel mondo industriale e molto approfonditamente nei campi farmaceutico e biomedico.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Al termine del corso lo studente comprenderà come i diversi polimeri, in base alle loro differenti caratteristiche, abbiano specifiche applicazioni; comprenderà quali devono essere le specifiche caratteristiche di biomateriale richieste ad un polimero per la costituzione di un medical device o di una forma farmaceutica avanzata e avrà la capacità di progettare l’utilizzo di uno specifico materiale polimerico in una formulazione farmaceutica in base alle caratteristiche richieste.

3. Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di comprendere e valutare in modo critico le caratteristiche e l’utilizzo delle principali classi polimeriche; sarà in grado di reperire autonomamente informazioni sulle caratteristiche e l’utilizzo di polimeri che incontrerà nel corso della propria di formazione o attività lavorativa e saprà quindi discriminare all’interno di essi i candidati più idonei alle diverse applicazioni richieste.

4. Abilità comunicative
La capacità di comunicare i concetti appresi verrà verificata mediante confronto diretto in aula e mediante l’elaborazione di una monografia relativa ad uno specifico polimero o ad una specifica applicazione da illustrare in sede di esame mediante presentazione. Attraverso il corso di Polimeri di Interesse Farmaceutico lo studente apprenderà la terminologia specifica base della scienza dei polimeri, potrà comunicare sull’argomento in maniera consona e relazionarsi adeguatamente a livello lavorativo, ove richiesto, in materia di polimeri.

5. Capacità di apprendimento
Lo studente verrà stimolato a comprendere il motivo dell’utilizzo di determinati materiali polimerici per specifiche applicazioni, mediante domande, riferimenti continui alla vita quotidiana e numerosi collegamenti con il mondo farmaceutico in particolare con il campo della tecnologia farmaceutica, al fine di stimolarlo ad apprendere e ragionare in maniera interdisciplinare.

Tali obiettivi specifici saranno ottenuti mediante l’erogazione di lezioni frontali con aperta discussione in aula e continui riferimenti ai materiali polimerici di uso quotidiano e contenuti nelle forme farmaceutiche di comune utilizzo.

Programma

Introduzione ai polimeri. Pesi molecolari: definizioni e metodi di determinazione. Polimerizzazioni a stadi: cinetica, grado di avanzamento, distribuzione dei pesi molecolari. Polimerizzazioni a catena: radicaliche; caratteristiche, meccanismo, cinetica. Introduzione alla stereoisomeria nei polimeri. Polimeri stereoregolari: isotattici, sindiotattici. Polimerizzazioni Ziegler-Natta: il caso del polietilene e del polipropilene. Polimerizzazioni anionica e cationica. Metodi di polimerizzazione (ca. 16 ore).

Lo stato solido nei polimeri: lo stato amorfo e lo stato semicristallino; temperatura di transizione vetrosa, temperature di cristallizzazione e di fusione. Proprietà meccaniche dei polimeri. Soluzioni polimeriche e dimensioni delle catene in soluzione: principi generali. Viscosità di soluzioni polimeriche, significato della Viscosità intrinseca. Equazione di Mark-Houwink-Sakurada e calcolo del peso molecolare medio viscosimetrico. Principi di Reologia. Fluidi non newtoniani: sistemi pseudoplastici e soluzioni polimeriche. Viscoelasticità. Spettri meccanici di soluzioni polimeriche. Principali polimeri sintetici e loro applicazioni (ca. 14 ore).

Polisaccaridi: proprietà generali. Amido, cellulosa, alginati, guar, destrano e altre classi di polisaccaridi: strutture, usi in industria alimentare, cosmetica, farmaceutica.
Biomateriali polimerici: biofunzionalità e biocompatibilità, biodegradabilità, mucoadesività. Applicazioni in ambito biomedico e farmaceutico.
Dispositivi per il rilascio controllato di farmaci: a matrice, a riserva, impianti sottocutanei, inserti oculari, transdermici.
Idrogel: strutture, grado di swelling. Idrogel “smart” e “stimuli responsive”. Rilascio di farmaci da idrogel. Esempi di IPN.
Polimeri per applicazioni biomediche e farmaceutiche: sintetici (poliolefine, poliesteri, polisilossani, PEG), caratteristiche e applicazioni; naturali: cellulosa e derivati, altri polisaccaridi. Polimeri per gastroresistenza: poliacrilati (Eudragit).
Microparticelle e microincapsulazione: tecnica della polimerizzazione interfacciale, complessazione ionica, tecnica per evaporazione del solvente, spray drying. Applicazioni della microincapsulazione in campo farmaceutico, alimentare, cosmetico.
Nanoparticelle polimeriche: definizioni, metodi di preparazione. Ingresso cellulare delle nanoparticelle. Nanoparticelle come carrier di farmaci. Rivestimento e targeting passivo (effetto EPR). Funzionalizzazione e targeting attivo. Esempi in terapia antitumorale.Monografie di importanti polimeri per uso farmaceutico e biomedico: Acido ialuronico, Gelatina, Eudragit, eteri della cellulosa, carbopol e pemulen (ca. 34 ore).

Testi adottati

1) R.J. Young, P.A. Lovell, "Introduction to Polymers", Chapman and Hall, N.Y., 2° edizione, 1991;
3) AIM Associazione Italiana di Scienza e Tecnologia delle Macromolecole: "Fondamenti di Scienza dei Polimeri", Pacini editore, Pisa, 1998
4) Atti del Convegno AIM su "Biopolimeri e polimeri biocompatibili: aspetti chimici e macromolecolari", 1991.
5) Atti del XIX Convegno Scuola AIM Mario Farina su "Polimeri in Medicina", 1997;
6) Fotocopie delle slide di lezione fornite dal docente

Prerequisiti

Per la comprensione delle lezioni di Polimeri di Interesse Farmaceutico sono indispensabili nozioni di Chimica Generale e Chimica Organica, molto importanti nozioni di Chimica Fisica e Tecnologia Farmaceutica.

Modalità di valutazione

La modalità di valutazione degli studenti consiste in un esame orale (cinque appelli/anno più 1-2 appelli straordinari secondo le esigenze degli studenti laureandi o fuori corso) durante il quale l’esaminando è invitato a presentare una power point su un approfondimento di argomento a scelta inerente il corso, quale una monografia su un polimero o una specifica applicazione dei polimeri in ambito farmaceutico o biomedico. Durante la presentazione, di durata non superiore ai 15-20 minuti, il docente potrà verificare la capacità dello studente di affrontare la progettazione e la realizzazione di una trattazione individuale sull’argomento, verificando la padronanza di concetti e linguaggio e la coerenza dell’esposizione; verificherà altresì l’acquisizione delle nozioni relative alla scienza dei polimeri e principali applicazioni, ponendo quesiti più specifici relativamente all’argomento presentato. La durata complessiva della prova finale è stimata attorno ai 40-45 minuti.
Gli elementi presi in esame ai fini della valutazione sono: l’apprendimento delle nozioni di scienza dei polimeri e la conoscenza di come le caratteristiche chimico-fisiche dei polimeri ne determinino i diversi utilizzi; la conoscenza dei requisiti richiesti ai materiali polimerici per il loro utilizzo come biomateriali in dispositivi medici o in forme farmaceutiche; la capacità di ragionamento critico sulla materia e di apprendimento e organizzazione autonoma del lavoro di approfondimento.
Una conoscenza e una capacità di ragionamento base sui vari aspetti del programma del corso sono richiesti per superare l’esame di profitto con la sufficienza.
Una conoscenza e capacità eccellenti nell’esposizione e nella rielaborazione delle nozioni acquisite sono richiesti per superare l’esame di profitto con 30/30 e Lode