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Ingegneria per la medicina rigenerativa

01NZSMV

A.A. 2018/19

2018/19

Ingegneria per la medicina rigenerativa

Il corso di Ingegneria per la Medicina Rigenerativa è finalizzato a fornire agli studenti elementi conoscitivi sulle strategie di Medicina Rigenerativa, in particolare inerenti allo sviluppo di: • materiali biocompatibili tessuto-specifici • scaffold biomimetici rispetto alla matrice extracellulare del tessuto da rigenerare • sistemi per il rilascio di farmaci/fattori bioattivi • strategie per la terapia cellulare. Durante il corso saranno illustrate le soluzioni più recenti di ingegneria tissutale, con particolare riferimento ad applicazioni cardiovascolari, quali gli stent bioriassorbibili di ultima generazione e gli scaffold e gli idrogeli iniettabili per la rigenerazione del miocardio. Saranno inoltre illustrate le norme per la certificazione dei prodotti biomedicali oggetto di studio durante il corso. Sono anche previste 9 ore di attività di laboratorio (previa suddivisione degli studenti del corso in 4 squadre) sulla preparazione di scaffold e la loro caratterizzazione meccanica e morfologica.

Ingegneria per la medicina rigenerativa

The course of Engineering for Regenerative Medicine is aimed at providing the students with cognitive elements on Regenerative Medicine strategies, such as the design of: • tissue-specific biocompatible materials • biomimetic scaffolds respect to the tissue extracellular matrix • systems for drug/bioactive factors delivery • cell therapy strategies. During the course, the newest solutions for tissue engineering, aimed at the regeneration of various tissues will be presented with particular reference to the cardiovascular applications, such as bioresorbable stents and scaffolds and hydrogels for myocardial regeneration. The regulation for the preclinical and clinical validation of biomedical products will also be illustrated. Nine hours will be dedicated to lab activity (in 4 groups) and will involve the preparation of scaffolds and their morphological and mechanical characterisation.

Ingegneria per la medicina rigenerativa

Conoscenze: Conoscenza sui materiali adoperati in Medicina Rigenerativa (principalmente polimeri e materiali inorganici) Conoscenza sulle interazioni cellula-matrice extracellulare, cellula-cellula, cellula-fattori di crescita, funzionale ad apprendere i principi per la progettazione di soluzioni biomimetiche per l’ingegneria dei tessuti Conoscenza sulle tecniche per la produzione degli scaffold (tecniche convenzionali e di prototipazione rapida) Conoscenze sui metodi per la funzionalizzazione chimica e la progettazione meccanica e strutturale degli scaffold. Conoscenze di terapia cellulare con cellule staminali Conoscenza sulle principali soluzioni applicate clinicamente e in fase di ricerca per la rigenerazione di alcuni tessuti, con particolare riferimento al miocardio. Conoscenza sulle norme da seguire per la validazione preclinica e clinica delle soluzioni di Medicina Rigenerativa Conoscenza delle norme di sicurezza per l’accesso ai laboratori in previsione delle esercitazioni pratiche Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di elaborare soluzioni per la rigenerazione di specifici tessuti, mediante la combinazione critica delle strategie di Medicina Rigenerativa affrontate durante il corso. Capacità di selezionare le tecniche più appropriate per la preparazione di scaffold con determinate specifiche in termini di struttura e composizione. Abilità nella progettazione e ingegnerizzazione di sistemi per la medicina rigenerativa Applicazione dei concetti appresi, per ingegnerizzare nuove soluzioni nell’ingegneria dei tessuti e nella medicina rigenerativa. Capacità di comprensione di lavori di letteratura scientifica. Questo insegnamento contribuisce a sviluppare l’analisi critica, l'autonomia di giudizio e la capacità di proporre soluzioni innovative da parte degli studenti mediante una partecipazione attiva alle lezioni e alle esercitazioni.

Ingegneria per la medicina rigenerativa

Knowledge and understanding: Knowledge on materials used in Regenerative Medicine (mainly polymers and inorganic materials) Knowledge on cell-extracellular matrix, cell-cell, cell-growth factors interactions, that are functional for learning the principles for the design of biomimetic solutions for tissue engineering. Knowledge on the techniques for the preparation of the scaffolds (conventional and rapid prototyping techniques) Knowledge on chemical functionalization methods and mechanical and structural design of the scaffold Knowledge of cell therapy (stem cells) Knowledge on the main solutions applied clinically or tested in the scientific research for the regeneration of a few tissues, with reference to the regeneration of myocardium. Knowledge on the regulations for the preclinical and clinical validation of biomedical devices in regenerative medicine. Knowledge on the lab security rules before starting the lab activity during the course Applying knowledge and understanding: Ability to deal with problems of tissue regeneration, through the critical combination of the current strategies of Regenerative Medicine, addressed during the course Ability to select the most proper techniques for the preparation of scaffolds satisfying certain requirements in terms of structure and composition. Ability to understand scientific articles Ability in the design and engineering of systems for regenerative medicine Application of the concepts learned, to engineer new solutions for tissue engineering and regenerative medicine. This course helps to develop critical analysis, the independence of judgment and the ability to propose innovative solutions to the students through active participation in lectures and exercises.

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Conoscenze di base di chimica generale, chimica organica e biochimica. Conoscenze di base di scienza e tecnologia dei materiali inorganici e polimerici. Conoscenze di base di biologia e fisiologia cellulare. Conoscenze di base delle tecniche per la determinazione delle proprietà superficiali e massive dei materiali.

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Knowledge of general chemistry, organic chemistry, biochemistry Basic knowledge of inorganic and polymeric material science and technology Basic knowledge on cell biology and physiology. Basic knowledge on the techniques for the determination of bulk and surface properties of materials.

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Il corso ha il fine di fornire agli studenti competenze nel campo della progettazione e realizzazione di "scaffold", substrati tri-dimensionali porosi per applicazioni nell’ambito della medicina rigenerativa. Dopo un’iniziale introduzione sui principi di comunicazione cellulare, verranno analizzati i criteri generali di progettazione degli scaffold: funzionalizzazione chimica con molecole bioattive, progettazione meccanica e strutturale. Verranno successivamente presentate le principali linee di ricerca dell’ingegneria tissutale per la rigenerazione di diversi tessuti biologici. Saranno descritte le caratteristiche e le potenzialità delle cellule staminali con riferimento ad alcune delle attuali strategie di medicina rigenerativa che le utilizzano, tra le quali verrà analizzata in maggiore dettaglio la terapia cellulare del miocardio. Parte del corso sarà dedicata alle strategie per il trattamento delle patologie cardiovascolari (stent cardiovascolari; scaffold/idrogeli per il trattamento del miocardio infartuato) che rappresentano la principale causa di morte nei paesi industrializzati. Infine, verranno illustrate le norme per la validazione preclinica e clinica dei dispositivi biomedicali. Saranno inoltre illustrati alcuni progetti di ricerca di Medicina Rigenerativa attualmente in corso presso il Politecnico di Torino.

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The course has the aim to provide students with competences in the field of the design and preparation of scaffolds, porous tri-dimensional substrates for applications in the field of regenerative medicine. After an initial introduction on the principles of cell communication, the general criteria for scaffold engineering will be shown: chemical functionalisation with bioactive molecules, as well as mechanical and structural design. The main research approaches for the regeneration of different tissues will be shown. Stem cells will be described together with their potentialities, with reference to some of the current stem cell-based Regenerative Medicine strategies, including cell therapies for myocardial regeneration. Part of the course will be dedicated to the strategies for the treatment of cardiovascular pathologies (cardiovascular stents, scaffolds/hydrogels for myocardial treatment), as such diseases are the main mortality cause in the industrialised world. The international rules for the preclinical and clinical validation of biomedical devices will be shown. Finally, main Politecnico di Torino research projects on Regenerative Medicine will be also described.

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Ingegneria per la medicina rigenerativa

Lezioni in aula con proiezione di slides Esercitazioni in aula Visite guidate in laboratorio Esercitazioni in laboratorio suddivisi in 4 squadre: preparazione di scaffold e loro caratterizzazione

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Lectures with projection of slides Classroom exercises Guided visits in the laboratory Practical activity in the lab divided into 4 groups: preparation of scaffolds and their characterisation

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Slides presentate a lezione Articoli scientifici di approfondimento forniti dal docente

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Slides presented in class Scientific articles uploaded to the portal

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Modalità di esame: prova scritta;

Ingegneria per la medicina rigenerativa

L'esame è scritto e prevede 8 domande da 4 punti ciascuna (in parte chiuse e in parte aperte) e ha una durata di 2 ore. E’ prevista una domanda inerente alle attività pratiche svolte in laboratorio; tre domande verificano l'abilità dello studente di sfruttare le conoscenze acquisite per progettare scaffold rispondenti a specifiche particolari; le restanti quattro domande verificano le conoscenze acquisite dagli studenti. Non è possibile consultare nessun testo in fase d’esame. L'esame viene superato con una votazione minima di 18. Il voto massimo (30L) si consegue con un punteggio di almeno 30.5. L’esame ha l’obiettivo di verificare le conoscenze apprese (domande di esame aperte e chiuse) e anche la capacità di rielaborarle per lo sviluppo di scaffold e funzionalizzazioni di scaffold in grado di soddisfare le specifiche tecniche richieste (domande aperte). I risultati dell’esame vengono comunicati sul portale della didattica, insieme alla data in cui gli studenti possono visionare il compito e chiedere chiarimenti.

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Exam: written test;

Ingegneria per la medicina rigenerativa

The exam is written, consists of 8 questions of 4 marks each (both closed and open questions) and lasts 2 hours. One question concerns the practical lab activity, three questions verify the ability of the student to critically exploit what learnt to design scaffolds with certain characteristics, the four remaining questions verify the students' knowledge on the course subject. It is not possible to consult books or notes during the exam. The exam is passed if the mark sum reaches at least 18. The maximum mark (30L) can be achieved with a total of marks of at least 30.5. The exam objective is that to verify the knowledge on course subject (verified by open and closed questions) and the ability to exploit what learnt to develop functionalised scaffolds satisfying technical requirements (verified by open questions). The exam results are published on the portal with the date for viewing the written test and asking for clarifications.



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