CI FARMACI BIOTECNOLOGICI

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2019/2020
Docente
LUCA FERRARO
Crediti formativi
12
Percorso
BIOTECNOLOGIE PER LA SALUTE
Periodo didattico
Primo Semestre

Obiettivi formativi

Modulo di Biotecnologie Farmacologiche nella Ricerca Preclinica
Il modulo esamina le principali metodologie sperimentali, basate sulle biotecnologie, per la ricerca e lo sviluppo preclinico di nuovi farmaci. Il Corso è svolto mediante un'articolazione integrata dei concetti di farmacologia generale e cellulare, della loro applicazione nella ricerca e sviluppo di nuovi farmaci, della “rivoluzione biotecnologica” nella ricerca e sviluppo di nuovi farmaci e dell’applicazione delle metodiche biotecnologiche nella ricerca e sviluppo preclinico di nuovi farmaci. Unitamente al modulo di “Terapie Cellulari e Molecolari”, il corso si propone di fornire gli strumenti teorici e metodologici che consentano di affrontare in modo adeguato problemi attuali di ricerca e sviluppo preclinico di nuovi farmaci.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
1) concetti generali di farmacocinetica e farmacodinamica;
2) conoscenza di base delle strategie di ricerca preclinica e clinica;
3) conoscenza di base delle metodologie tradizionali utilizzate nella ricerca preclinica e dei loro aspetti generali;
4) conoscenza delle metodologie biotecnologiche utilizzate nella ricerca preclinica;

Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
1) progettare uno studio preclinico utilizzando le biotecnologie;
2) comprendere ed interpretare in modo analitico le pubblicazioni scientifiche inerenti la ricerca preclinica dei farmaci.

Modulo di Terapie Cellulari e Molecolari
Il modulo comprende un’ampia panoramica delle più moderne e avanzate strategie terapeutiche attualmente proposte (utilizzate in terapia, in trials clinici o allo stato di ricerca pre-clinica) per diverse patologie dell’uomo. Il corso si propone di fornire gli strumenti teorici e metodologici che consentano di affrontare in modo adeguato problemi attuali di ricerca, sviluppo e terapia nel campo delle terapie molecolari (es: terapia genica, “genome editing”, farmaci ricombinanti) e delle terapie cellulari (es: cellule staminali). Saranno presentate le principali strategie che utilizzano terapie cellulari e biomolecolari, indicandone il meccanismo d’azione e le loro più recenti applicazioni in campo biomedico. Tra queste, verranno illustrati esempi di terapia molecolare mediante l’impiego di terapia genica per sequenze geniche codificanti e acidi nucleici non codificanti, mediante “genome editing” e mediante proteine ricombinanti; esempi di terapia cellulare mediante l’impiego di cellule staminali e esempi di strategie combinate di terapia cellulare e molecolare.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
1) Storia;
2) Caratteristiche chimico-biologiche;
3) Meccanismo d’azione;
4) Vantaggi e svantaggi;
5) Tecniche per lo sviluppo e lo studio;
6) Principali criticità per l’utilizzo clinico;
7) Esempi di patologie per le quali sono utilizzati o studiati questi approcci innovativi.

Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) che saranno trasmesse allo studente riguardano:
1) La capacità di analisi, di ragionamento, di confronto ed intervento critico su esempi concreti di terapie cellulari e terapie a base di acidi nucleici sia in fase di studio, sia già in terapia;
2) La capacità di discernere autonomamente tra gli approcci terapeutici cellulari e biomolecolari quelli applicabili alle diverse patologie o quelli più adatti a specifiche finalità terapeutiche;
3) La capacità di coltivare l'aggiornamento sullo sviluppo di nuovi approcci terapeutici che prevedono l’impiego di farmaci biomolecolari e terapie cellulari.

Prerequisiti

Modulo di Biotecnologie Farmacologiche nella Ricerca Preclinica
Lo studente deve avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze:
1) concetti elementari di Fisiologia e Patologia;
2) concetti fondamentali di Biochimica e Biologia Molecolare;
3) concetti fondamentali di Tecnologie Biochimiche e Ricombinanti.

Modulo di Terapie Cellulari e Molecolari
Lo studente deve aver già piena padronanza dei concetti di base della biologia molecolare. In particolare, conoscere la struttura e funzione degli acidi nucleici (DNA e mRNA e altri piccoli RNA cellulari, e i meccanismi di trascrizione dell’mRNA, di traduzione in proteine, meccanismi di regolazione dell’espressione genica.

Contenuti del corso

Modulo di Biotecnologie Farmacologiche nella Ricerca Preclinica
1) Farmacocinetica e Farmacodinamica: concetti generali (10 ore)
Caratteristiche fisico-chimiche dei farmaci tradizionali e biologici; vie di somministrazione; assorbimento; distribuzione; metabolismo dei farmaci e vie di eliminazione; bersagli molecolari dei farmaci; interazione farmaco-recettore; agonismo, antagonismo e sinergismo; relazione dose-effetto.
2) Metodiche tradizionali nella ricerca preclinica (18 ore)
Approcci sperimentali in vitro ed in vivo; binding recettoriale; curve dose-risposta; organi isolati; valutazione degli effetti dei farmaci sui meccanismi di trasduzione; rilascio di neurotrasmettitori; metodiche comportamentali per la valutazione delle proprietà analgesiche, ansiolitiche, antidepressive e neuroprotettive dei farmaci.
3) Biotecnologie nella ricerca preclinica (20 ore)
Analisi della “rivoluzione biotecnologica” delle metodologie tradizionali di ricerca preclinica; modelli cellulari ricombinanti; cellule trasfettate e ricerca preclinica; animali transgenici e ricerca preclinica; uso di anticorpi monoclonali e sequenze di acidi nucleici nella ricerca preclinica; genomica, trascrittomica, proteomica e secretomica nella ricerca preclinica.

Modulo di Terapie Cellulari e Molecolari
1) Terapie molecolari mediante terapia genica (28 ore):
a) Terapia genica (Introduzione).
b) Metodologie per il trasferimento genico: barriere cellulari al trasferimento genico; metodi fisici/chimici; vettori virali.
c) Sequenze di DNA che codificano proteine che sostituiscono proteine cellulari assenti o mutate o che modulano funzioni cellulari, geni per fattori di crescita secreti e citochine, geni per proteine che regolano la sopravvivenza cellulare e l’apoptosi, geni codificanti antigeni ed anticorpi, cenni a T-cell receptor chimerici e CAR-T cells. Controllo dell’espressione dei geni terapeutici: il targeting trascrizionale con promotori inducibili e tessuto specifici.
d) Acidi nucleici non codificanti come farmaci biomolecolari: strategia antigene mediante oligonucleotidi TFO, strategia antisenso con oligonucleotidi, siRNA per l’approccio di RNA interference, microRNA e long non-coding RNA come farmaci innovativi; piccoli DNA e RNA con funzione catalitica: Ribozimi e DNAzimi, aptameri a DNA e RNA, terapia decoy per fattori di trascrizione.
e) Funzionalizzazioni e modifiche degli acidi nucleici terapeutici per incrementare il delivery, la biodisponibilità, l’uptake e per un targeting specifico: acidi peptido-nucleici (PNA), chimere DNA-PNA, oligonucleotidi morfolino, gli LNA.
f) Utilizzo di proteine ingegnerizzate per il Genome Editing: le Zinc-Finger nucleasi (ZFNs), le Transcriptor activator-Like Effector nuclease (TALENs), ed i sistemi CRISPR/Cas9.
g) Modelli in-vitro, ex-vivo, ed in-vivo per la scoperta e la a validazione delle terapie molecolari mediante studi di genomica, trascrittomica, proteomica e secretomica.
2) Terapie cellulari: le diverse tipologie e fonti di cellule staminali (20 ore):
Caratteristiche, vantaggi e svantaggi, applicazioni terapeutiche e stato dell'arte della ricerca per: cellule staminali embrionali e altre cellule staminali pluripotenti, cellule staminali fetali e isolate dagli annessi embrionali (cordone ombelicale, placenta, sacco amniotico), cellule staminali adulte (es: ematopoietiche, della pelle e della cornea, neurali, muscolari, mesenchimali), cellule staminali pluripotenti indotte (iPSCs).
Utilizzo di cellule staminali modificate mediante terapia genica o molecolare.
Verranno indicati esempi di terapie cellulari per la terapia del il cancro, delle malattie ereditarie, delle malattie infettive, e di altre patologie.

Metodi didattici

Modulo di Biotecnologie Farmacologiche nella Ricerca Preclinica
Il modulo è organizzato nel seguente modo:
1) lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso;
2) esercitazioni in aula per la comprensione di pubblicazioni scientifiche inerenti la ricerca preclinica e le biotecnologie: discussione comune.

Modulo di Terapie Cellulari e Molecolari
Il modulo è organizzato nel seguente modo:
lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del corso mediante visualizzazione di presentazioni powerpoint e, per approfondimento, di videofilmati. Occasionalmente e secondo le esigenze degli studenti, saranno tenute delle lezioni per il ripasso e di chiarimento di eventuali dubbi sugli argomenti già svolti.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi e delle abilità precedentemente indicati. Essa consiste in due esami scritti, uno per modulo così strutturati:

Modulo di Biotecnologie Farmacologiche nella Ricerca Preclinica
Esame scritto che comprende 31 domande a risposta multipla con risposte chiuse (con 4 possibilità di risposta di cui una sola corretta) e sarà svolto utilizzando moduli OMR. La domanda potrà prevedere l’interpretazione di un grafico/figura. La durata dell’esame sarà 60 minuti.
Per gli studenti DSA verrà valutata singolarmente la modalità di svolgimento della prova.
Per superare l’esame (voto minimo 18/30) sarà necessario rispondere correttamente ad almeno 18 quesiti. La votazione di 30/30 e lode si conseguirà rispondendo correttamente a 31 quesiti. Non verranno dati punti di penalizzazione per risposte sbagliate o risposte non date.
La prova d’esame ha lo scopo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti trattati nel corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente.

Modulo di Terapie Cellulari e Molecolari
Esame scritto che comprende 31 domande a risposta multipla con risposte chiuse (con 5 possibilità di risposta di cui una sola corretta) e sarà svolto utilizzando moduli OMR. La durata dell’esame sarà 60 minuti.
Per gli studenti DSA verrà valutata singolarmente la modalità di svolgimento della prova.
Per superare l’esame (voto minimo 18/30) sarà necessario rispondere correttamente ad almeno 18 quesiti. La votazione di 30/30 e lode si conseguirà rispondendo correttamente a 31 quesiti. Non verranno dati punti di penalizzazione per risposte sbagliate o risposte non date.
La prova d’esame ha lo scopo di verificare il livello di conoscenza ed approfondimento degli argomenti trattati nel corso e la capacità di ragionamento sviluppata dallo studente.
Il voto finale del corso integrato (CI) “Farmaci Biotecnologici” consisterà nella media dei voti ottenuti nei due moduli: modulo “Biotecnologie Farmacologiche nella Ricerca Preclinica” (Prof. Ferraro) e modulo “Terapie Cellulari e Molecolari” (Prof. Finotti).

Testi di riferimento

Modulo di Biotecnologie Farmacologiche nella Ricerca Preclinica
1) Diapositive a dispensa presentate a lezione dal Docente (devono essere una guida allo studio e non possono sostituire i libri di testo).
2) Farmacologia Generale e Molecolare – Autori: F. Clementi, G. Fumagalli – Utet Ed.

Modulo di Terapie Cellulari e Molecolari
1) Files delle presentazioni esposte a lezione e degli articoli discussi. Di volta in volta verranno indicati siti internet, links o riferimenti bibliografici utili.
2) Terapia genica. Mauro Giacca. Ed. Springer-Verlag Italia. 2011. ISBN: 978-88-470-1988-1.