La modellazione computazionale multiscala offre metodologie e strumenti potenti e versatili per descrivere il comportamento di strutture e componenti biomeccanici (artificiali, bioartificiali, biologici). Importanti sono le interazioni fra approccio multiscala e descrizioni multi fisiche, in grado di offrire descrizioni complesse e dettagliate delle funzionalità di sistemi, sottosistemi e componenti sia artificiali, sia naturali. La modellazione computazionale multiscala ha come fondamento la relazione tra le caratteristiche molecolari di un sistema e i fenomeni a scale più alte, come la mesoscala e le scale tradizionali dei continui.
L¿insegnamento di ¿Modelli biomeccanici multiscala¿ può essere incluso nel piano di studi sia al primo che al secondo anno di laurea magistrale. L¿insegnamento ha un duplice obiettivo: proporre un metodo alternativo per la descrizione di fenomeni che, attraverso livelli diversi di organizzazione strutturale, influenzano le proprietà macroscopiche di alcuni sistemi di interesse biologico e fornire uno strumento per la progettazione di materiali in ambito bionanotecnologico e per l¿ingegneria dei tessuti. Verrà inoltre introdotta la modellizzazione del comportamento cellulare che può essere simulato tramite metodi basati su sistemi multi agente.

Lo studente dovrà acquisire le tecniche di modellazione molecolare su tre livelli principali: atomistico, micro/mesoscopico e macroscopico. La comprensione e lo studio di alcuni tra i principali approcci e del loro significato fisico costituiscono la base per l¿implementazione dei metodi al calcolatore.
Lo studente è avviato alla applicazione delle tecniche computazionali ai differenti livelli di indagine, nonché alla loro integrazione.
Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: utilizzare codici di calcolo avanzati, simulare al calcolatore esperimenti di caratterizzazione meccanica di proteine e polimeri, studiare e rappresentare i fenomeni di rimodellamento dei tessuti(biomeccanica dell¿osso, della cartilagine e dei tendini), sia in condizioni fisiologiche che patologiche, progettare materiali per applicazioni bionanotecnologiche.
Questo insegnamento contribuisce a sviluppare l¿autonomia di giudizio mediante prove di autovalutazione in aula e in laboratorio.
Questo insegnamento contribuisce a migliorare le abilità comunicative sia scritte, che orali mediante esercitazioni frontali, di gruppo, tutorial individuali e attraverso lo sviluppo di un breve progetto su un argomento a scelta, da esporre al corpo docente e ai colleghi.
La capacità di apprendimento è stimolata da un percorso formativo che alterna, in una scansione organizzata, principi metodologici, esempi applicativi, ed esercizi di approfondimento.
La possibilità di essere seguiti nella realizzazione di una breve ricerca su un argomento a scelta, spinge gli studenti a svolgere indagini su siti web, a visionare la letteratura scientifica e aprender coscienza degli ambiti applicativi delle tecnologie di tipo, CAMMD, CAD, Lattice Boltzmann.

In generale, è richiesta una buona conoscenza delle basi della ingegneria con particolare riferimento alla fisica, matematica, chimica, fondamenti di biologia, anatomia e fisiologia, meccanica, scienza dei materiali.
E¿ richiesta, in particolare, una conoscenza di base delle strutture e substrutture delle cellule (DNA, RNA, proteine,...), dei dispositivi MEMs e NEMs, delle tecnologie di nano- e micro-fabbricazione.
Inoltre, occorre possedere una capacità di base di navigare in rete e di utilizzare Word, Power Point o equivalenti.
Una conoscenza di base del sistema operativo linux è consigliata anche se non richiesta.

Programma del Corso
- Generalità sulla modelling multiscala
- Mattoni costituenti il tessuto biologico
- Forze a livello molecolare (elementi di meccanica statistica applicati ai sistemi biologici)
- Concetti base nel campo del molecular e multiscale modelling. Meccanica Molecolare e Dinamica a livello molecolare, Enhanced Sampling
- Basi di drug design/discovery. Metodi di docking ligando (farmaco)/recettore (proteina). Affinità e cinetica di legame ligando/recettore
- Modelli Continui di rilascio di farmaco
- Approcci Coarse Grained per la modellazione multiscala
- Meccanica dei Biopolimeri/Membrane/Cellule
- Biomeccanica delle Macchine Molecolari
- Esercitazione in Laboratorio (Simulazione di dinamica di proteina e interazione farmaco recettore, studio della dinamica vibrazionale di Nanotubi di Carbonio, Meccanica dei filamenti citoscheletrici)

L'insegnamento prevede lezioni forntali, esercitazioni in aula e in laboratorio al calcolatore.
La capacità di apprendimento è stimolata da un percorso formativo che alterna, in una scansione organizzata, principi metodologici, esempi applicativi, ed esercizi di approfondimento.

Questo insegnamento contribuisce a migliorare le abilità comunicative sia scritte, che orali mediante esercitazioni frontali, di gruppo, tutorial individuali e attraverso lo sviluppo di un breve progetto su un argomento a scelta. La possibilità di essere seguiti nella realizzazione di una breve ricerca su un argomento scelto insieme al docente, spinge gli studenti a svolgere indagini su siti web, a visionare la letteratura scientifica e a prendere coscienza degli ambiti applicativi relativi al corso.

Il docente fornirà tutto il materiale per il corso (slide e dispense) sia per le lezioni che per le esercitazioni e laboratori.
Saranno inoltre suggeriti dei libri di testo come approfondimento a discrezione dello studente.

L'esame è scritto con domande a risposta aperta e chiusa. Sarà proposta la possibilità di sviluppare durante il corso un piccolo progetto (tesi bibliografica o lavoro sperimentale) che contribuirà a definire il voto finale.