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Bioreattori
01QHHMV
A.A. 2020/21
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica - Torino
Mutua
01QHGMV
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 30 |
| Esercitazioni in aula | 10 |
| Esercitazioni in laboratorio | 20 |
| Tutoraggio | 20 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Massai Diana Nada Caterina | Professore Associato | IBIO-01/A | 30 | 10 | 20 | 0 | 10 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | ING-IND/34 | 6 | B - Caratterizzanti | Ingegneria biomedica |
|---|
2020/21
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 un software commerciale di progettazione assistita al calcolatore. Organizzati in gruppi e supportati da una continua interazione con i docenti durante le esercitazioni in aula, gli studenti utilizzeranno tale software per sviluppare una soluzione progettuale di bioreattore (progetto). Una visita guidata in laboratorio consentirà agli studenti di osservare gli aspetti pratici del processo di progettazione e ottimizzazione di un bioreattore.
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 (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 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 a commercial software for computer assisted design. Organized in groups and supported by a constant interaction with the teachers during the classrooms practices, the students will use the software for developing a bioreactor design solution (project). A guided visit to the laboratory will allow students to observe the practical aspects of bioreactor design and optimization process.
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 esercitazioni in laboratorio e in aula orientate alla applicazione pratica delle nozioni introdotte a lezione.
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.
Conoscenze di bioingegneria cellulare
Conoscenze di bioingegneria meccanica
Conoscenze di disegno tecnico
Conoscenze di meccanica dei fluidi
Knowledge on cell bioengineering
Knowledge on mechanical bioengineering
Knowledge on technical drawing
Knowledge on fluid mechanics
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, sarà presentato e utilizzato un software commerciale di progettazione assistita al computer. Gli studenti, organizzati in gruppi e supportati da una continua interazione con i docenti durante le esercitazioni in aula, utilizzeranno tale software per sviluppare una soluzione progettuale di bioreattore (progetto).
Una visita guidata in laboratorio consentirà agli studenti di osservare gli aspetti pratici del processo di progettazione e ottimizzazione.
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 practices, a commercial software of computer assisted design will be presented and used. Organized in groups and supported by a constant interaction with the teachers during the classrooms practices, the students will use the software for developing a bioreactor design solution (project). A guided visit to the laboratory will allow students to observe the practical aspects of bioreactor design and optimization process.
Lezioni in aula con proiezione di slide
Esercitazioni in laboratorio di progettazione assistita al computer (frequenza obbligatoria)
Esercitazioni in aula di progettazione di bioreattori (frequenza obbligatoria)
Esercitazioni in aula a gruppi per discussione progetti
Visita guidata in laboratorio
Lectures with projection of slides
Lab practices of computer assisted design (attendance is mandatory)
Classroom practices of bioreactor design (attendance is mandatory)
Classroom practices in groups for project discussion
Lab guided visit
Slide/dispense presentate a lezione/esercitazione e successivamente caricate sul portale
Articoli scientifici di approfondimento caricati sul portale
Slides/lecture notes presented in lectures/tutorials and successively uploaded on the portal
Scientific articles uploaded on the portal
Modalità di esame: Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale in gruppo;
L’esame mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento e sarà costituito da:
1. Elaborato progettuale in gruppo (max 15 punti). Il progetto è svolto in gruppi di max 5 studenti e riguarda lo sviluppo di una soluzione progettuale di bioreattore in funzione delle indicazioni fornite all’inizio del corso. Il progetto deve contenere una introduzione alla motivazione clinica, l'obiettivo della soluzione progettuale proposta, i requisiti di progetto del bioreattore, lo schema del sistema/circuito, il dettaglio della camera di coltura e delle soluzioni innovative proposte (con relativi disegni tecnici) , un video della procedura di assemblaggio/disassemblaggio, l'impostazione del dimensionamento del sistema, vantaggi/limiti/sviluppi futuri e bibliografia. Il progetto deve essere presentato oralmente in teleconferenza da ogni gruppo in max 15 min tramite la discussione di max 12 slide.
2. Prova scritta (max 17 punti). La prova verte su tutto il programma del corso (lezioni ed esercitazioni), dura 1.5 ore ed è composta da 4 domande (aperte e a risposta multipla per le quali non sono previste penalità). Per la partecipazione all'esame ogni studente deve essere dotato di personal computer con webcam e connessione di rete adeguata. Durante lo svolgimento dell'esame tramite la piattaforma Exam non è consentito consultare materiale didattico o altri testi e non è ammesso usare dispositivi multimediali, inoltre è vietata la copresenza di altre persone nella stanza in cui lo studente sta svolgendo l'esame.
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 del software di progettazione.
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 in teleconferenza e chiedere chiarimenti.
Exam: Computer-based written test using the PoliTo platform; Group project;
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 5 students and it concerns the development of a bioreactor design solution depending on the information provided at the beginning of the course. The project should include an introduction to the clinical motivation, the aim of the proposed solution, the bioreactor design requirements, a schematic drawing of the system/circuit, a detailed description of the culture chamber and of the innovative proposed solutions (with technical drawings), a movie of the assembling/disassembling procedure, the system sizing, advantages/disadvantages/future developments and bibliography. The project should be presented orally in teleconference by each group in max 15 min by the discussion of max 12 slides.
2. Written examination (max 17 marks). The examination concerns the entire course program (lectures and practices), it lasts 1.5 hours and it is composed of 4 questions (open and multiple choice for which there are no penalties). For partecipating to the exam, each student needs a personal computer equipped with webcam and a proper internet connection. During the examination, slides/books/notes and multimedia devices are not allowed, morever it is vorbidden the co-presence of people in the room where the student is performing the exam.
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 test and asking for clarifications by teleconference.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale in gruppo;
L’esame mira a verificare l'acquisizione delle conoscenze e delle capacità obiettivo dell'insegnamento e sarà costituito da:
1. Elaborato progettuale in gruppo (max 15 punti). Il progetto è svolto in gruppi di max 5 studenti e riguarda lo sviluppo di una soluzione progettuale di bioreattore in funzione delle indicazioni fornite all’inizio del corso. Il progetto deve contenere una introduzione alla motivazione clinica, l'obiettivo della soluzione progettuale proposta, i requisiti di progetto del bioreattore, lo schema del sistema/circuito, il dettaglio della camera di coltura e delle soluzioni innovative proposte (con relativi disegni tecnici) , un video della procedura di assemblaggio/disassemblaggio, l'impostazione del dimensionamento del sistema, vantaggi/limiti/sviluppi futuri e bibliografia. Il progetto deve essere presentato oralmente (in aula o in teleconferenza) da ogni gruppo in max 15 min tramite la discussione di max 12 slide.
2. Prova scritta (max 17 punti). La prova verte su tutto il programma del corso (lezioni ed esercitazioni), dura 1.5 ore ed è composta da 4 domande (aperte e a risposta multipla per le quali non sono previste penalità). Durante lo svolgimento dell'esame, che sia in aula o tramite la piattaforma Exam, non è consentito consultare materiale didattico o altri testi e non è ammesso usare dispositivi multimediali. Nel caso di esame tramite piattaforma Exam, per la partecipazione all'esame ogni studente deve essere dotato di personal computer con webcam e connessione di rete adeguata e durante lo svolgimento dell'esame è vietata la copresenza di altre persone nella stanza in cui lo studente sta svolgendo l'esame.
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 del software di progettazione.
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 in presenza o in teleconferenza e chiedere chiarimenti.
Exam: Written test; Computer-based written test using the PoliTo platform; Group project;
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 5 students and it concerns the development of a bioreactor design solution depending on the information provided at the beginning of the course. The project should include an introduction to the clinical motivation, the aim of the proposed solution, the bioreactor design requirements, a schematic drawing of the system/circuit, a detailed description of the culture chamber and of the innovative proposed solutions (with technical drawings), a movie of the assembling/disassembling procedure, the system sizing, advantages/disadvantages/future developments and bibliography. The project should be presented orally (in the classroom or in teleconference) by each group in max 15 min by the discussion of max 12 slides.
2. Written examination (max 17 marks). The examination concerns the entire course program (lectures and practices), it lasts 1.5 hours and it is composed of 4 questions (open and multiple choice for which there are no penalties). During the examination, in the classroom or using the Exam platform, slides/books/notes and multimedia devices are not allowed. In case of use of the Exam platform, for partecipating to the exam, each student needs a personal computer equipped with webcam and a proper internet connection, moreover, during the examination, it is vorbidden the co-presence of people in the room where the student is performing the exam.
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 test and asking for clarifications, in presence or by teleconference.