Didattica - Università degli Studi di Padova

Syllabus

Prerequisiti:	Il corso di Biomateriali e tessuti biologici prevede i seguenti prerequisiti: elementi di chimica generale, chimica organica, biochimica e biomateriali.
Conoscenze e abilita' da acquisire:	E' previsto che gli studenti acquisiscano le seguenti conoscenze: 1) i principali processi che regolano le interazioni tra la superficie di un dispositivo implantare e l’ambiente biologico circostante (coagulazione, infiammazione, eventuale infezione, rimodellamento, integrazione); 2) i metodi per favorire e migliorare dette interazioni (tecniche di funzionalizzazione biochimica delle superfici); 3) le recenti applicazioni dell’ingegneria tessutale alla medicina rigenerativa per la sostituzione di tessuti/organi con tessuti/organi ingegnerizzati. E' inoltre previsto che gli studenti acquisiscano le seguenti abilità: 1) la capacità di esprimere una valutazione documentata e circostanziata circa i materiali da utilizzare per la realizzazione di dispositivi protesici, ottenuti anche con le tecniche di ingegneria tessutale; 2) la capacità di proporre tecniche di funzionalizzazione delle superfici.
Modalita' di esame:	Agli studenti in corso è offerta la possibilità di sostenere due prove scritte in itinere (compitini), ciascuna in relazione a metà del programma svolto a lezione. Il voto acquisito, che viene assegnato premiando la prestazione migliore, viene poi verbalizzato nell’appello immediatamente successivo alla chiusura del corso. A tutti gli studenti è data la possibilità di sostenere l’esame orale sull’intero programma svolto a lezione in occasione degli appelli ufficiali.
Criteri di valutazione:	La preparazione degli studenti è valutata sulla base della capacità di discutere con spirito critico gli argomenti svolti durante le lezioni, tenendo conto in particolare di: - completezza dell’esposizione; - padronanza lessicale.
Contenuti:	Introduzione ai contenuti del corso. Il moderno approccio allo studio dei biomateriali. La medicina rigenerativa. I materiali metallici, polimerici, ceramici e compositi: aspetti generali ed applicazioni. Interazione tra proteine e superfici. Adsorbimento. Fattori cinetici e di trasporto di massa. Interazioni tra biomateriali e sangue. Origine e ruolo delle cellule del sangue. Il processo di coagulazione: ruolo delle piastrine. Via intrinseca ed estrinseca. Gli anticoagulanti. La progettazione di biomateriali e dispositivi biomedici in funzione dell'interazione con il sangue: innesti vascolari, ossigenatori, dispositivi di assistenza ventricolare e valvole cardiache. Il processo di infiammazione. Ruolo dei leucociti non-linfatici. Macrofagi tessutali, neutrofili e monociti-macrofagi. Chemotassi. Fagocitosi. Opsonizzazione. Diapedesi. Infezione: immediata e ritardata. Infiammazione acuta e infiammazione cronica. Modello cinetico per l'adesione piastrinica. Sistema immunitario. Immunità: innata ed acquisita. Immunità umorale e mediata da cellule. Ruolo dei linfociti B e linfociti T. Immunogeni, antigeni e anticorpi. Il sistema del complemento. Guarigione di una ferita. Tessuti e matrice extra-cellulare. Emostasi ed infiammazione. Fase proliferativa. Outside-in e inside-out signalling. Angiogenesi. Tessuto granulare e tessuto cicatriziale. Rimodellamento. Ferite croniche. Utilizzo di acido ialuronico esterificato nella guarigione di ulcere. Guarigione attorno ad un dispositivo implantare. Fagocitosi frustrata. Formazione della capsula fibrotica in relazione alle proprietà del dispositivo. Complicazioni. Citotossicità e immunotossicità . Carcinogenesi da corpo estraneo. Ancora sull'interazione tra biomateriali e tessuti: il caso particolare del tessuto osseo. La funzionalizzazione biochimica: adsorbimento di biomolecole, legame covalente e rilascio da carrier. Descrizione dell’attività sperimentale per la determinazione dell’adesione di osteoblasti in vitro e in vivo. Biomolecole di interesse applicativo, peptide mimicry. L’adesione cellulare: adesione cellula-cellula, adesione cellula-ECM. Funzioni della membrana cellulare. Proteine della membrana cellulare. Funzioni e composizione della ECM. Proteine della ECM. Fattori di crescita: casi di studio. La valutazione di biocompatibilità. Le tecniche dell’ingegneria tessutale applicate alla ricostruzione di valvole cardiache. Fenomeni di trasporto di massa nei sistemi biologici. Consumo e trasporto di ossigeno nei sistemi biologici. Equazione di Michaelis-Menten. Legge di Henry. Equazione di bilancio. Legge di Stokes-Einstein. Prima e seconda legge di Fick. Modulo di Thiele. Dimensionamento di costrutti bio-artificiali extra-vascolari impiantabili. Processi diffusivo-convettivi. Il modello di Krogh.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento:	- Il programma viene svolto principalmente attraverso lezioni frontali ed alcune attività seminariali. In questo modo vengono proposte le conoscenze che gli studenti devono acquisire. - Gli obiettivi di apprendimento sono raggiunti anche attraverso la discussione in classe di alcuni specifici argomenti. La presentazione di diversi “case studies” intende sollecitare la partecipazione degli studenti alla discussione, anche attraverso il lavoro di gruppo. In questo modo si favorisce l’acquisizione di alcune specifiche abilità.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio:	Agli studenti è proposto il seguente testo di riferimento: - Carlo Di Bello e Andrea Bagno, Biomateriali (seconda edizione). Bologna: Patron Editore, 2016. Altro materiale didattico integrativo è fornito agli studenti attraverso Moodle.
Testi di riferimento:	Carlo Di Bello e Andrea Bagno, Biomateriali (seconda edizione). Bologna: Patron Editore, 2016. Riccardo Pietrabissa, Biomateriali per protesi e organi artificiali. Bologna: Patron Editore, 1996. James F. Shackelford, Scienza e ingegneria dei materiali. --: Pearson Prentice Hall, 2009.