Guida degli insegnamenti

Syllabus

Partially translatedTradotto parzialmente
[W000652] - BASI BIOLOGICHE E METODI DELLE BIOTECNOLOGIEBASI BIOLOGICHE E METODI DELLE BIOTECNOLOGIE
Francesco PIVA
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea - [IT02] INGEGNERIA BIOMEDICA First Cycle Degree (3 years) - [IT02] BIOMEDICAL ENGINEERING
Anno di corsoDegree programme year : 3 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2016-2017
Crediti: 6
Ore di lezioneTeaching hours: 48
TipologiaType: D - A scelta dello studente
Settore disciplinareAcademic discipline: BIO/13 - BIOLOGIA APPLICATA

LINGUA INSEGNAMENTO LANGUAGE

Italiano

Italian


PREREQUISITI PREREQUISITES

Conoscere le leggi fisiche che governano l'elettromagnetismo, la luce e l'interazione tra onde e materia. Conoscenza dei legami chimici e della termodinamica chimica. Avere nozioni di anatomia umana. Conoscere il funzionamento dei dispositivi a semiconduttori, la retroazione, il rumore, i circuiti digitali.

To know the physical laws that govern electromagnetism, light and the interaction between waves and matter. Knowledge of chemical bonds and thermodynamics. Having notions of human anatomy. Know the operation of semiconductor devices, feedback, noise, digital circuits.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DEL CORSO DEVELOPMENT OF THE COURSE

48 ore di lezioni frontali

48 hours of frontal lessons


RISULTATI DI APPRENDIMENTO ATTESI LEARNING OUTCOMES
Conoscenze e comprensione.

L’insegnamento intende fornire allo studente le conoscere riguardo a:
1. le principali apparecchiature e le tecniche utilizzate nelle biotecnologie.
2. caratteristiche e limitazioni delle attuali metodiche. Sapere quali prestazioni il biologo e il clinico richiedono alle attuali apparecchiature.
3. metodi di studio dell’organizzazione molecolare e funzionale della cellula, delle comunicazioni fra cellule, del flusso dell'informazione genetica
4. capire il ruolo dei biomarcatori nella pratica clinica e il motivo per cui si cercano ancora nuovi e migliori biomarcatori


Capacità di applicare conoscenze e comprensione.

Questo insegnamento si inquadra in uno dei corsi a scelta nell’ambito delle conoscenze di Ingegneria Biomedica volte a fornire agli studenti la conoscenza delle basi biologiche e dei metodi delle biotecnologie.
La prova orale avrà lo scopo di verificare la capacità di applicare le conoscenze acquisite per: essere in grado di dialogare con i clinici e i ricercatori in BioMedicina, comprendere le scelte dettate dalle necessità assistenziali ma anche dall'esigenza di razionalizzazione della spesa pubblica in ambito sanitario, comprendere i principi alla base del funzionamento delle apparecchiature utilizzate nella ricerca BioMedica per saper tradurre in termini ingegnerisici le esigenze degli operatori.


Competenze trasversali.

Capacità di relazionarsi con persone provenienti da diversi ambiti.


Knowledge and Understanding.

This course aims to give the students the knowledge about:
1. the main equipments and the methods used in biotechnology field
2. the features and limitations of the current equipments and methods. To know the performances required to the equipments by biologist and clinician
3. the methods to study the molecular and functional organization of the cell, the communications among cells, the flow of genetic information
4. to understand the role of molecular biomarkers in clinical practice and why it is necessary to search for new and better biomarkers


Capacity to apply Knowledge and Understanding.

This is an optional course of the Biomedical Engineering that aims at providing students with the knowledge of the biological bases and the methods used in the biotechnology field.
The oral test aims to assess the student ability to apply the knowledge gained in order to: be able to communicate with clinicians and researchers working in BioMedicine, understand the choices dictated by the care need but also by the need to rationalize public spending in health care, understand the principles applied in the equipments used in BioMedical research to translate the operator needs in engineering terms.


Transversal Skills.

Ability to relate to people with different backgrounds.



PROGRAMMA PROGRAM

La spettrofotometria, la cromatografia, la spettrometria di massa: alcuni metodi per lo studio delle molecole biologiche. Cenni di struttura e funzione delle molecole biologiche.

Microscopia ottica ed elettronica per lo studio della struttura cellulare. Cellule procariotiche ed eucariotiche. Struttura generale della cellula eucariotica (nucleo, endomembrane, organelli, citoscheletro, membrana plasmatica).

Tecniche di citofluorimetria a flusso e cell sorting per la caratterizzazione cellulare. La membrana plasmatica (proteine di superficie, recettori, canali di trasporto, ancoraggio e comunicazione cellulare, trasduzione del segnale).

Ultracentrifugazione e microscopia a fluorescenza per lo studio dei mitocondri, del reticolo endoplasmatico, dell’apparato di Golgi, dei lisosomi, del citoscheletro.

Metodiche di biologia molecolare per lo studio del DNA: amplificazione del DNA tramite la reazione a catena della polimerasi (PCR), lettura del DNA tramite sequenziamento, elettroforesi del DNA. Il nucleo cellulare, cromosomi e cromatina, il DNA, i geni, l'organizzazione dell'informazione biologica, la decodifica dei linguaggi biologici.

DNA microarray e Next-Generation Sequencing (NGS): metodi di misura dell'espressione genica. La duplicazione del DNA, la trascrizione. L'RNA, la sua maturazione, il misterioso linguaggio dello splicing, esporto, regolazione.

La diffrazione ai raggi X, la spettroscopia di risonanza magnetica e all'infrarosso nello studio delle proteine. Struttura e funzione delle proteine. La traduzione dell'RNA, il codice genetico.

Tecniche immunoenzimatiche nello studio della: divisione cellulare per meiosi e riproduzione, mitosi e ciclo cellulare, morte cellulare per necrosi e per apoptosi.

La rilevazione della metilazione e dello stato della cromatina nello studio dell’epigenetica. Il differenziamento cellulare. Le cellule staminali. L'epigenetica e l'ambiente. La memoria.
Metodi per lo studio dell’interazione tra onde elettromagnetiche e cellule: cellule in coltura, l'estrazione del DNA, dell'RNA e delle proteine da cellule, l’elettroforesi bidimensionale delle proteine, tecniche di stima della vitalità e della proliferazione cellulare. Misure enzimatiche. Spettroscopia di risonanza di spin elettronico (EPR).
Effetti biologici delle radiazioni non ionizzanti, la polarizzazione nei campi magnetici naturali e artificiali, modelli biologici, molecole cariche, polari, ioni liberi, il potenziale di membrana.
Effetti biologici delle radiazioni ionizzanti. Le mutazioni genetiche. Sistemi di riparo del DNA. Danno ossidativo.

Metodi di misura di marcatori tumorali per la diagnosi precoce in oncologia. I tumori. Alterazioni genetiche, la proliferazione cellulare, il microambiente, la metastatizzazione. Gli esosomi. Farmaci antiproliferativi e a bersaglio molecolare.

Spectrophotometry, chromatography, mass spectrometry: some methods for the study of biological molecules. Overview of structure and function of biological molecules.

Optical and electronic microscopy for the study of cellular structure. Prokaryotic and eukaryotic cells. General structure of the eukaryotic cell (nucleus, endomembrane, organelles, cytoskeleton, plasma membrane).

Flow cytometric and cell sorting techniques for cell characterization. The plasma membrane (surface proteins, receptors, transport channels, anchorage and cellular communication, signal transduction).

Ultracentrifugation and fluorescence microscopy for the study of mitochondria, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, lysosomes, and cytoskeleton.

Molecular biology methods for the study of DNA: amplification of DNA by polymerase chain reaction (PCR), DNA reading by sequencing, DNA electrophoresis. The cell nucleus, chromosomes and chromatin, the DNA, the genes, the organization of biological information, the decoding of biological languages.

DNA microarray and Next-Generation Sequencing (NGS): methods of measurement of gene expression. DNA duplication, transcription. RNA, its maturation, the mysterious language of splicing, export, regulation.

X-ray diffraction, magnetic resonance and infrared spectroscopy in the study of proteins. Structure and function of proteins. The translation of RNA, the genetic code.

Immunoenzymatic techniques in the study of cell division by meiosis and reproduction, mitosis and cell cycle, cell death by necrosis and apoptosis.

Detection of methylation and chromatin status in the study of epigenetics. Cell differentiation. Stem cells. Epigenetics and the environment. The memory.
Methods for the study of the interaction between electromagnetic waves and cells: cultured cells, DNA, RNA and protein extraction from cells, two-dimensional protein electrophoresis, cellular vitality and proliferation estimation techniques. Enzymatic measures. Electronic spin resonance spectroscopy (EPR).
Biological effects of non-ionizing radiation, polarization in natural and artificial magnetic fields, biological models, charged molecules, polar, free ions, membrane potential.
Biological effects of ionizing radiation. Genetic mutations. DNA repair systems. Oxidative damage.

Methods of measurement of tumor markers for early diagnosis in oncology. Tumors. Genetic alterations, cell proliferation, microenvironment, metastasis. The exosomes. Antiproliferative drugs and molecular targets.


MODALITÀ DI SVOLGIMENTO DELL'ESAME DEVELOPMENT OF THE EXAMINATION
Modalità di valutazione dell'apprendimento.

Esame orale


Criteri di valutazione dell'apprendimento.

La valutazione finale dello studente si basa sulla capacità dimostrata di conoscere in modo adeguato il contenuto del corso, sulla dimostrazione di senso critico, capacità di ragionamento e di sintesi delle nozioni apprese.


Criteri di misurazione dell'apprendimento.

Il voto finale è attribuito in trentesimi. L'esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18. E' prevista l'assegnazione del massimo voto con lode (30 e lode).


Criteri di attribuzione del voto finale.

Il voto finale viene attribuito in base al risultato ottenuto nell'esame orale e la lode viene attribuita quando lo studente dimostra piena padronanza della materia.


Learning Evaluation Methods.

Oral examination


Learning Evaluation Criteria.

The final evaluation of the student is based on the demonstrated ability to know the course content adequately, on the demonstration of critical sense, reasoning ability and synthesis of the learned notions.


Learning Measurement Criteria.

The final mark is attributed in thirtieths. The exam is considered passed when the grade is greater than or equal to 18. The maximum mark is expected to be awarded with honors (30 cum laude).


Final Mark Allocation Criteria.

The final grade is given based on the result obtained in the oral exam and the award is given when the student demonstrates full mastery of the subject.



TESTI CONSIGLIATI RECOMMENDED READING

1) Titolo: Elementi di Biologia e Genetica
Autore: David Sadava, H Craig Heller, Gordon h Orians, William K Purves, David M Hills
Casa Editrice: Zanichelli
oppure
Titolo: Elementi di Biologia
Autore: Helena Curtis, N Sue Barnes, Adriana Schnek, Alicia Massarini
Casa Editrice: Zanichelli
2) materiale didattico aggiuntivo:
https://learn.univpm.it/course/view.php?id=6985

1) Title: Elementi di Biologia e Genetica
Authors: David Sadava, H Craig Heller, Gordon h Orians, William K Purves, David M Hills
Publishing house: Zanichelli
or
Title: Elementi di Biologia
Authors: Helena Curtis, N Sue Barnes, Adriana Schnek, Alicia Massarini
Publishing house: Zanichelli
2) Additional material:
https://learn.univpm.it/course/view.php?id=6985


Scheda insegnamento erogato nell’A.A. 2018-2019
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento.
Academic year 2018-2019

 


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