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PORTALE DELLA DIDATTICA

Bioreattori

01QHHMV

A.A. 2018/19

2018/19

Bioreattori

Il corso di Bioreattori è finalizzato a fornire agli studenti elementi conoscitivi, competenze e capacità nel campo della progettazione e realizzazione di dispositivi per coltura dinamica di cellule/tessuti (bioreattori) per applicazioni nell’ambito della medicina rigenerativa. In particolare, gli studenti conosceranno le soluzioni tecnologiche più avanzate di bioreattori per diversi utilizzi (espansione cellulare, produzione di tessuti ingegnerizzati, sistemi modello per studio di farmaci o malattie) e per diversi tessuti biologici (es. tessuto osseo/cartilagineo, vascolare, cardiaco). Saranno illustrati i sottosistemi, e relativi materiali e componenti, costituenti il sistema bioreattore. Gli studenti acquisiranno competenze di progettazione e realizzazione di un bioreattore, con particolare attenzione alla identificazione dei requisiti di progetto, alle metodologie adottate a supporto della progettazione e alle tecniche di fabbricazione. Saranno infine analizzati i fenomeni di trasporto e consumo che si sviluppano all’interno di un bioreattore. Durante le esercitazioni in laboratorio, gli studenti apprenderanno a utilizzare due software commerciali di progettazione (CAD e modellazione multifisica). Organizzati in gruppi e supportati da una continua interazione con il docente durante le esercitazioni in aula, gli studenti utilizzeranno tali software per sviluppare una soluzione progettuale di bioreattore (progetto). Visite guidate in laboratorio consentiranno agli studenti di osservare gli aspetti pratici del processo di progettazione e ottimizzazione di un bioreattore.

Bioreattori

The course of Bioreactors aims to provide students with cognitive elements, knowledge and skills in the field of design and realization of devices for dynamic cell/tissue culture (bioreactors) for regenerative medicine applications. In detail, the students will know the most advanced technological solutions of bioreactors for several applications (cellular expansion, engineered tissue production, model systems for drug screening and disease modeling) and for different biological tissues (e.g., bone/cartilage tissue, vascular tissue, cardiac tissue). Bioreactor subsystems, with focus on materials and components, will be illustrated. The students will acquire skills in design and realization/manufacturing procedures, with focus on identification of design requirements and practical and numerical methods to support the design. Transport phenomena developing within the bioreactors will be analyzed. During lab practices, the students will learn to use two software for technical drawing and multiphysics modeling. Organized in groups and supported by a constant interaction with the teacher during the classrooms practices, the students will use these software for developing a bioreactor design solution (project). Guided visits to the laboratory will allow students to observe the practical aspects of bioreactor design and optimization process.

Bioreattori

Conoscenza e capacità di comprensione: Conoscenza dei vantaggi dell’uso di un bioreattore rispetto alle tecniche di coltura tradizionali Conoscenza dei requisiti di progetto di un bioreattore conforme alla buona pratica di laboratorio Conoscenza dei sottosistemi costituenti un bioreattore Conoscenza dei fenomeni di trasporto e consumo in bioreattore Conoscenza delle metodologie di progettazione e relativi software Conoscenza delle tecniche di fabbricazione Conoscenza delle soluzioni tecnologiche più innovative applicate in fase di ricerca per espansione cellulare, produzione di tessuti ingegnerizzati, studi di comportamento cellulare, studi di sviluppo tissutale, analisi di farmaci (drug screening) e modellazione in vitro di patologie (in vitro disease modeling) Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Capacità di pianificare l’attività di progettazione di un bioreattore Capacità di stabilire le esigenze di progettazione e i requisiti di progetto di un bioreattore in base al tessuto biologico sotto studio Capacità di progettare un bioreattore mediante la combinazione critica degli strumenti teorici, numerici e sperimentali forniti durante il corso L'insegnamento contribuisce a sviluppare l’analisi critica, l'autonomia di giudizio e la capacità di proporre soluzioni innovative da parte degli studenti mediante una frequente attività di laboratorio e di discussione in aula orientata alla applicazione pratica delle nozioni introdotte a lezione.

Bioreattori

Knowledge and understanding: Knowledge of advantages of using a bioreactor compared to conventional culture techniques Knowledge of requirements for bioreactors design, in compliance with Good Laboratory Practice Knowledge of bioreactor subsystems Knowledge of transport and consumption phenomena in bioreactor Knowledge of design methodologies and associated software Knowledge of manufacturing techniques Knowledge of the most innovative technological solutions applied in research for cell expansion, production of engineered tissues, cell behavior studies, tissue development studies, analysis of drugs (drug screening) and in vitro modeling of diseases (in vitro disease modeling) Ability to apply knowledge and understanding: Ability to plan the design phase of a bioreactor Ability to define the bioreactor design requirements depending on the biological tissue under study Ability to design a bioreactor through the critical combination of theoretical, numerical and experimental provided during the course The course stimulates students to develop critical analysis, independence of judgment and the ability to propose innovative solutions through laboratory and classroom practice-oriented applications and discussions of the concepts introduced during the lectures.

Bioreattori

Conoscenze di bioingegneria cellulare Conoscenze di bioingegneria meccanica Conoscenze di disegno tecnico Conoscenze di meccanica dei fluidi

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Knowledge on cell bioengineering Knowledge on mechanical bioengineering Knowledge on technical drawing Knowledge on fluid mechanics

Bioreattori

Il corso ha il fine di fornire agli studenti competenze nel campo della progettazione e realizzazione di dispositivi per coltura dinamica di cellule/tessuti (bioreattori) per applicazioni nell’ambito della medicina rigenerativa. In dettaglio, durante le lezioni in aula con proiezione di slide, verranno presentate e analizzate le soluzioni tecnologiche più avanzate in funzione dei diversi utilizzi (espansione cellulare, produzione di tessuti ingegnerizzati, sistemi modello per studio di farmaci o malattie) e dei diversi tessuti biologici coltivati (es. tessuto osseo/cartilagineo, vascolare, cardiaco). Saranno analizzati in dettaglio i sottosistemi, e relativi materiali e componenti, costituenti il sistema bioreattore. Verranno illustrate le diverse fasi di progettazione e di realizzazione di un bioreattore, con particolare attenzione rivolta alla identificazione dei requisiti di progetto, alle metodologie adottate a supporto della progettazione e alle tecniche di fabbricazione. Saranno infine analizzati i fenomeni di trasporto e consumo che si sviluppano all’interno di un bioreattore. Nel corso delle esercitazioni in laboratorio, saranno presentati e utilizzati due software commerciali di progettazione (CAD e modellazione multifisica). Gli studenti, organizzati in gruppi e supportati da una continua interazione con il docente durante le esercitazioni in aula, utilizzeranno tali software per sviluppare una soluzione progettuale di bioreattore (progetto). Visite guidate in laboratorio consentiranno agli studenti di osservare gli aspetti pratici del processo di progettazione e ottimizzazione.

Bioreattori

The course aims to provide students with skills to design and manufacture devices for dynamic cell/tissue culture (bioreactors) for regenerative medicine applications. In detail, during the lectures with projection of slides, the most advanced technological solutions of bioreactors adopted for several applications (cell expansion, engineered tissue production, model systems for drug screening and disease modeling) and for different biological tissues (e.g., bone/cartilage tissue, vascular tissue, cardiac tissue). Bioreactor subsystems, with focus on materials and components, will be illustrated. The different phases of design and construction of a bioreactor will be analyzed, with focus on the identification of the design requirements, the methods applied to support the design and the manufacturing techniques. Transport phenomena establishing within a bioreactor will be analyzed. During lab practice, two commercial software supporting the design phase will be presented and used (CAD and multi-physics modeling). Organized in groups and supported by a constant interaction with the teacher during the classrooms practices, the students will use these software for developing a bioreactor design solution (project). Guided visits to the laboratory will allow students to observe the practical aspects of bioreactor design and optimization process.

Bioreattori

Bioreattori

Bioreattori

Lezioni in aula con proiezione di slide Esercitazioni in laboratorio a gruppi con software commerciali di progettazione (frequenza obbligatoria) Esercitazioni in aula a gruppi per discussione progetto Visite guidate in laboratorio

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Lectures with projection of slides Lab practices in groups with commercial design software (attendance is mandatory) Classroom practices in groups for project discussion Guided visits to the laboratory

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Slide/dispense presentate a lezione/esercitazione e successivamente caricate sul portale Articoli scientifici di approfondimento caricati sul portale

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Slides/lecture notes presented in lectures/tutorials and successively uploaded on the portal Scientific articles uploaded on the portal

Bioreattori

Modalità di esame: prova scritta; progetto di gruppo;

Bioreattori

L’esame mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento e sarà costituito da: 1. Progetto (max 15 punti). Il progetto è svolto in gruppi di max 4 studenti e riguarda lo sviluppo di una soluzione progettuale di bioreattore in funzione del tessuto biologico indicato all’inizio del corso. Il progetto deve contenere una introduzione alla motivazione clinica, i requisiti di progetto del bioreattore, i disegni tecnici del bioreattore e i risultati della modellazione multifisica. Il progetto deve essere presentato oralmente da ogni gruppo tramite la discussione di 10 slide. 2. Prova scritta (max 17 punti). La prova verte su tutto il programma del corso (lezioni ed esercitazioni), dura 2 ore ed è composta da 3/4 domande (aperte e a risposta multipla). Durante lo svolgimento dell'esame non è consentito consultare materiale didattico o altri testi e non è ammesso portare in aula dispositivi multimediali. La valutazione del progetto viene fatta considerando la capacità di applicare le conoscenze acquisite nel corso delle lezioni, la fattibilità, la funzionalità e l'originalità della soluzione proposta, e la capacità di utilizzo dei software. La valutazione della prova scritta viene fatta considerando la correttezza delle risposte, la pertinenza delle informazioni fornite, la capacità di rispondere in modo chiaro, preciso e razionale, con proprietà di linguaggio e motivando adeguatamente le argomentazioni prodotte. La valutazione finale è data dalla somma dei punteggi ottenuti con il progetto e con la prova scritta, l’esame è superato se tale somma è pari ad almeno 18/30. I risultati dell’esame vengono comunicati sul portale della didattica, insieme alla data in cui gli studenti possono visionare il compito e chiedere chiarimenti.

Bioreattori

Exam: written test; group project;

Bioreattori

The exam aims to verify knowledge and skills acquired by the students and it is composed of: 1. Project (max 15 marks). The project is developed by groups of max 4 students and it concerns the development of a bioreactor design solution for the biological tissue indicated at the beginning of the course. The project should include an introduction to the clinical motivation, design requirements, technical drawings and multiphysics modeling results. The project should be presented orally by each group by the discussion of 10 slides. 2. Written examination (max 17 marks). The examination concerns the entire course program (lectures and practices), it lasts 2 hours and it is composed of 3/4 questions (open and multiple choice). During the examination, slides/books/notes and multimedia devices are not allowed. The evaluation of the project takes into account the ability to apply knowledge acquired during the course, the feasibility, functionality, and originality of the proposed solution, and the ability to use the software. The evaluation of the written examination considers the accuracy of the answers, the pertinency of provided information, the ability to clearly and precisely answer, with proper vocabulary and providing adequate reasoning. The final evaluation is done by the sum of the marks obtained with the project and the written examination, the exam is passed if the sum reaches at least 18/30. The exam results are published on the portal with the date for viewing the written test and asking for clarifications.



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