Il corso di Ingegneria per la Medicina Rigenerativa/Bioreattori è finalizzato a fornire agli studenti elementi conoscitivi sulle strategie di Medicina Rigenerativa, quali la progettazione di materiali biocompatibili, scaffold biomimetici e sistemi per il rilascio di farmaco, tecniche di coltura cellulare statiche e dinamiche (bioreattori), e strategie di terapia cellulare. Durante il corso, saranno presentate le soluzioni più recenti di ingegneria tissutale, finalizzate alla rigenerazione di vari tessuti (nervo, miocardio, pelle, etc.). Sarà inoltre esposta la regolamentazione per la certificazione dei prodotti biomedicali.

Conoscenza e capacità di comprensione (Ingegneria per la Medicina Rigenerativa):
Conoscenza sui materiali adoperati in Medicina Rigenerativa (polimeri e materiali inorganici)
Conoscenza sulle tecniche per la produzione degli scaffold (tecniche convenzionali e di prototipazione rapida)
Conoscenza sui sistemi a rilascio di farmaco (macro-, micro-, nano-dispositivi)
Conoscenza di terapia cellulare (cellule staminali)
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 principali soluzioni applicate clinicamente e in fase di ricerca per la rigenerazione di vari tessuti, quali nervo periferico, vasi sanguigni, pelle e miocardio.
Capacità di affrontare problemi di rigenerazione tissutale, mediante la combinazione critica delle strategie correnti di Medicina Rigenerativa, affrontate durante il corso.
Conoscenza sulle normative di certificazione di dispositivi biomedicali per la medicina rigenerativa.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (Ingegneria per la Medicina Rigenerativa):
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.
Risultati di apprendimento attesi
Capacità di studiare il comportamento cellulare mediato dal substrato
Conoscenza delle soluzioni più innovative per la progettazione di scaffold per applicazioni specifiche
Conoscenza delle metodologie di funzionalizzazione chimica e di progettazione meccanica e strutturale degli scaffold
Conoscenza delle tecniche di fabbricazione degli scaffold
Tecniche sperimentali per la caratterizzazione chimico-fisica e biologica degli scaffold
Conoscenza delle caratteristiche biologiche delle cellule staminali
Capacità di progettare uno scaffold in rapporto agli scopi finali mediante la combinazione critica degli strumenti forniti durante il corso
Conoscenze generali di terapia cellulare.
Ingegnerizzazione di tessuti e modellazione in vitro di tessuti sani e patologici mediante opportune soluzione di ingegneria tissutale.
Conoscenza dei principi di certificazione di dispositivi per applicazioni biomedicali.
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.


Conoscenza e capacità di comprensione (Bioreattori):
Conoscenza delle soluzioni 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)
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 (stimolazione fisica, perfusione, monitoraggio e controllo)
Conoscenza dei fenomeni di trasporto e consumo in bioreattore
Conoscenza delle metodologie di progettazione e relativi software
Conoscenza delle tecniche di fabbricazione
Capacità di progettare un bioreattore mediante la combinazione critica degli strumenti teorici, numerici e sperimentali forniti durante il corso.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (Bioreattori):
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 orientata alla applicazione pratica delle nozioni introdotte a lezione.
Conoscenza delle soluzioni più innovative applicate in fase di ricerca per espansione cellulare, produzione di tessuti ingegnerizzati, studi di comportamento cellulare, studi di sviluppo tessutale, analisi di farmaci (drug screening) e modellazione in vitro di patologie (in vitro disease modeling)
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 (stimolazione fisica, perfusione, monitoraggio e controllo)
Conoscenza dei fenomeni di trasporto e consumo in bioreattore
Conoscenza delle metodologie di progettazione e relativi software
Conoscenza delle tecniche di fabbricazione
Capacità di progettare un bioreattore mediante la combinazione critica degli strumenti teorici, numerici e sperimentali forniti durante il corso.

Prerequisiti per Ingegneria per la Medicina Rigenerativa
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 della biologia e fisiologia cellulare.
Conoscenze di base dei metodi per la determinazione delle proprietà superficiali e in massa dei materiali.

Prerequisiti per Bioreattori
Conoscenze di bioingegneria cellulare
Conoscenza di bioingegneria meccanica
Conoscenza di meccanica dei fluidi

INGEGNERIA PER LA MEDICINA RIGENERATIVA
Il modulo ha il fine di fornire agli studenti competenze nel campo della progettazione e realizzazione di dispositivi in forma di "scaffold", 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 (es. tessuto nervoso, vascolare, cardiaco, pelle). 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. Infine, verranno illustrati i principi generali di validazione e certificazione dei dispositivi biomedicali.

Risultati di apprendimento attesi
Capacità di studiare il comportamento cellulare mediato dal substrato
Conoscenza delle soluzioni più innovative per la progettazione di scaffold per applicazioni specifiche
Conoscenza delle metodologie di funzionalizzazione chimica e di progettazione meccanica e strutturale degli scaffold
Conoscenza delle tecniche di fabbricazione degli scaffold
Tecniche sperimentali per la caratterizzazione chimico-fisica e biologica degli scaffold
Conoscenza delle caratteristiche biologiche delle cellule staminali
Capacità di progettare uno scaffold in rapporto agli scopi finali mediante la combinazione critica degli strumenti forniti durante il corso
Conoscenze generali di terapia cellulare.
Ingegnerizzazione di tessuti e modellazione in vitro di tessuti sani e patologici mediante opportune soluzione di ingegneria tissutale.
Conoscenza dei principi di certificazione di dispositivi per applicazioni biomedicali.
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.

Prerequisiti / Conoscenze pregresse
Conoscenze di base di chimica generale, chimica organica e biochimica.
Conoscenza di base di scienza e tecnologia dei materiali inorganici e polimerici.
Conoscenza di base della biologia e fisiologia cellulare.
Conoscenza di base dei metodi per la determinazione delle proprietà superficiali e in massa dei materiali.
BIOREATTORI
Il modulo ha il fine di fornire agli studenti competenze nel campo della progettazione e realizzazione di dispositivi automatizzati di coltura cellulare dinamica (bioreattori) per applicazioni nell’ambito della medicina rigenerativa. Verranno presentate le soluzioni tecnologiche più avanzate in funzione dei diversi utilizzi (espansione cellulare, produzione di tessuti ingegnerizzati, sistemi modello) e dei diversi tessuti biologici coltivati (es. tessuto osseo/cartilagineo, nervoso, vascolare, cardiaco/muscolare). Saranno analizzati in dettaglio i sottosistemi, e relativi materiali e componenti, costituenti il sistema bioreattore.
Verranno inoltre 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, saranno presentati alcuni software commerciali di progettazione (CAD, modellazione multifisica, controllo/analisi/misura), strumenti con i quali gli studenti potranno fare pratica per eventualmente sviluppare soluzioni dedicate in funzione di esempi forniti a lezione. Visite guidate in laboratorio consentiranno agli studenti di osservare gli aspetti pratici del processo di progettazione e ottimizzazione.

INGEGNERIA PER LA MEDICINA RIGENERATIVA (Prof. V. Chiono)
Lezioni in aula con proiezione di slides
Esercitazioni in aula
Visite guidate in laboratorio

BIOREATTORI (Prof. U. Morbiducci)

Lezioni in aula con proiezione di slides
Esercitazioni in aula a gruppi con software commerciali di progettazione (frequenza obbligatoria)
Visite guidate in laboratorio

INGEGNERIA PER LA MEDICINA RIGENERATIVA (Prof. V. Chiono)
Slides presentate a lezione
Articoli scientifici di approfondimento forniti dal docente


BIOREATTORI (Prof. U. Morbiducci)
Slide/dispense presentate a lezione/esercitazione e successivamente caricate sul portale
Articoli scientifici di approfondimento caricati sul portale

INGEGNERIA PER LA MEDICINA RIGENERATIVA (Prof. V. Chiono)
L'esame è scritto. Il modulo di Ingegneria per la Medicina Rigenerativa prevede 8 domande da 4 punti ciascuna (in parte chiuse e in parte aperte).

BIOREATTORI (Prof. U. Morbiducci)
L'esame è scritto e prevede da 3 a 5 domande aperte.