Politecnico di Torino
Politecnico di Torino
   
Login  
en
Politecnico di Torino
Anno Accademico 2009/10
01KCEET
Bioingegneria cellulare e bionanotecnologie
Corso di Laurea in Ingegneria Biomedica - Torino
Docente Qualifica Settore Lez Es Lab Tut Anni incarico
Montevecchi Franco Maria ORARIO RICEVIMENTO     26 12 18 0 3
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/34 5 D - A scelta dello studente A scelta dello studente
Obiettivi dell'insegnamento
Nel corso di Bioingegneria cellulare e Bionanotecnologie verrano studiati ed analizzati le strutture principali delle cellule eucariote. Particolare attenzione verrā posto sui componenti strutturali dell'ambiente intra ed extra-cellulare. Le conoscenze sviluppate nella prima parte del corso saranno successivamente applicate nella discussione delle applicazioni in ambito biotecnologico alla nano-scala. Relativamente alle applicazioni verranno trattati ed analizzati tecniche quali la microscopia a forza atomica, l'elettroforesi capillare e i sistemi micro elettro-meccanici (MEMS). Relativamente agli strumenti, parte del corso tratterā dell'approccio di meccanica e dinamica molecolare per lo studio sistemi molecolari complessi.
Competenze attese
Lo studente sarā in grado di conoscere le principali strutture cellulari e caratterizzarle dal punto di vista meccanico, conoscerā le principali applicazioni biotecnologiche alla nano-scala. Lo studente potrā autonomamente eseguire calcoli di natura molecolare utilizzando codici di chimica computazionale, in questo ambito da tale competenza si rende possibile un futuro impiego in quegli ambiti (drug design o trattamenti biomimetici) in cui la modellazione molecolare svolge un ruolo non trascurabile.
Prerequisiti
L'esame richiede conoscenze di base di biologia e chimica organica.
Programma
1) Gli esperimenti di Miller come prova dello sviluppo dei composti fondamentali per la nascita della vita sulla terra. Evoluzione e biodiversitā. I composti fondamentali, specie atomiche nei sistemi biologici semplici (cellula) e complessi (uomo). I composti fondamentali (RNA, DNA, proteine e lipidi).
2) DNA: struttura, acidi nucleici, complementarietā tra le basi, legami intra/inter-molecolari, funzione. Organizzazione del materiale genetico: dal cromosoma alla doppia elica. Replicazione dell'informazione genetica. Il dogma centrale della biologia molecolare. RNA struttura funzione. I diversi tipi di RNA (nucleare, messaggero e ribosomiale). Il codice genetico e la sintesi delle proteine.
3) Proteine: dalla struttura primaria alla struttura quaternaria. Il legame peptidico, principali strutture secondarie (alfa elica, beta sheet, loop). Forze coinvolte nel processo di folding. Il raggiungimento della struttura quaternaria come passo fondamentale per l'attivazione funzionale. Funzioni delle proteine.
4) Lipidi: struttura, modi di assemblaggio. Catene idrocarburiche sature vs catene idrocarburiche insature. La manbrana cellulare: composizione e funzione. Fosfolipidi, colesterolo e glicolipidi, struttura e contributi relativi alla viscositā/fluiditā della membrana. Proteine di trasmembrana, un esempio l'integrina.
5) Meccanica molecolare. Basi teoriche allo sviluppo di codici di chimica computazionale e applicazioni in ambito cellulare (molecolare). Definizione di force field e sviluppo dei diversi termini energetici. Ottimizzazione e minimizzazione dell'energia nei sistemi molecolari. Uso di dinamiche molecolari per la ricerca del minimo assoluto. Introduzione ad un particolare codice di calcolo.
6) Strutture fondamentali della cellula eucariota. Nucleo, mitocondrio, apparato di Golgi. Vacuoli, lisosomi, cetrioli, reticolo endoplasmatico rugoso/liscio, ribosoma.
7) Le strutture fondamentali del citoscheletro: filamenti di actina, filamenti intermedi e microtubuli. Biopolimeri. Tecnichedi caratterizzazioni delle cellule e delle sue sub-strutture: AFM, trappole ottiche, micropipette.
8) MEMS e NEMS. Di elettroforesi
9) Movimento cellulare. La vita a bassi numeri di Reynolds. Cilia e flagelli: basi molecolari nella generazione del movimento. Filipodi e lamellipodi: polimerizzazione dei filamenti di actina. Trasporto passivo a livello cellulare: diffusione, fenomeni Markoviani, relazione di Einstein e moto bowniano. trasporto attivo a livello cellulare: proteine motore, chinesina, dineina.
10) PCR ed elettroforesi. Nanotecnologie applicate alla genomica e proteomica.
11) Applicazioni di microfluidodinamica.
12) La matrice extracellulare. Collagene, elastina, proteoglicani e glicosaminoglicani.
13) Un esempio di tecnica di caratterizzazione di cellule e strutture sub-cellulari: l'AFM. Principio di funzionamento, metodi di utilizzo.
14) Analisi dei principali utilizzi delle nanotecnologie in nanomedicina: wafer nanostrutturati per il rilascio di metabolici, realizzazione di napori su substrati artificiali, modifica di strutture proteiche.
Laboratori e/o esercitazioni
1) Esperimenti di microaspirazione mediante micropipette per la caratterizzazione delle proprietā delle membrane cellulari.
2) Caratterizzazione meccanica dei biopolimeri, calcolo della lunghezza persistente dei principali biopolimeri, calcolo della lunghezza di contorno, distribuzione gaussiana e definizione dei modelli.
3) Curva forza-posizione negli esperimenti di microscopia a forza atomica, calibrazione dello strumento, calcolo della sensitivitā, determinazione della rigidezza e della frequenza di risonanza del cantilever.
4) Processi di diffusione passiva e forzata, moto attivo mediato da proteine motore.
5) Laboratorio in aula informatizzata sull'uso di Hyperchem. In queste ore verranno sviluppate alcune molecole semplici. Acqua, ciclo esano, nel primo laboratorio; calcolo del comportamento idrofilico e idrofobico di aminoacidi in solvente esplicito, secondo laboratorio; costruzione e minimizzazione due fosfolipidi della membrana cellulare (uno caratteristico del lato in e l'altro del lato out) in un box di acqua, terzo laboratorio.
Bibliografia
Siti internet via via segnalati durante le lezioni, articoli resi disponibili sul portale della didattica nella sezione relativa al corso. A richiesta dello studente il docente č a disposizione all'integrazione dello specifico argomento con ulteriori tesi e lavori scientifici.
Controlli dell'apprendimento / Modalitā d'esame
L'esame consta di una prova scritta della durata proporzionale al numero di domande. Le domande sono a risposta aperta ed inerenti le lezioni e gli esercizi svolti durante il corso.
Orario delle lezioni
Statistiche superamento esami

Programma definitivo per l'A.A.2009/10
Indietro



© Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi, 24 - 10129 Torino, ITALY
WCAG 2.0 (Level AA)
Contatti