Insegnamento INTERAZIONI TRA BIO/NANOMATERIALI E MATERIA VIVENTE

Nome del corso Biotecnologie molecolari e industriali
Codice insegnamento A005469
Curriculum Comune a tutti i curricula
Docente responsabile Sabata Martino
CFU 12
Regolamento Coorte 2025
Erogato Erogato nel 2026/27
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Tipo attività Attività formativa integrata
Suddivisione

BIOTECNOLOGIE TRASLAZIONALI MOLECOLARI

Codice A002648
CFU 6
Docente responsabile Sabata Martino
Docenti
  • Sabata Martino
Ore
  • 57 ore - Sabata Martino
Attività Caratterizzante
Ambito Discipline biologiche
Settore BIO/10
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti Biotecnologie innovative per: (i) lo studio dei meccanismi molecolari di base dei processi biologici fondamentali la cui alterazione genera disfunzione o patologia (ii) lo sviluppo di sistemi traslazionali per produrre strumenti di supporto per diagnosi e strategie terapeutiche di patologie e per applicazioni industriali (dalla ricerca di base a quella applicata).
Testi di riferimento MATERIALE DIDATTICO FORNITO DAL DOCENTE
Materiale elettronico da banche dati (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/; https://www.uniprot.org/blast/; https://scholar.google.com/)
Obiettivi formativi Renderli capaci di collegare struttura e funzione delle molecole con i meccanismi biologici complessi e le loro applicazioni traslazionali (meccanismi epigenetici; gene editing; terapia genica; ingegneria tissutale; nanottecncolgie). Fornire loro le conoscenze di base sugli strumenti sperimentali che rendono possibile i moderni avanzamenti della ricerca scientifica.
Prerequisiti Conoscenze di Biochimica, Biologia Molecolare, Chimica generale, Biologia Cellulare.
Metodi didattici Lezioni frontali in aula con proiezioni di diapositive e filmati. Alcune lezioni saranno dedicate all'approfondimento di tematiche innovative anche proposte dagli studenti, con il coinvolgimento degli studenti stessi.
Lezioni pratiche (3CFU) saranno tenute in laboratorio verteranno su metodologie di base come trasfezione di acidi nucleici su cellule ospiti e analisi tramite immunofluorescenza delle proteine ricombinati prodotte con la tecnica precedente.
Allestimento di sistemi bioibridi con cellule staminali e biomateriali e valutazione degli effetti biologici.
Altre informazioni Attività di didattica integrativa:
E' prevista attività di tutoraggio durante lo svolgimento del corso e successivamente per gli studenti che ne faranno richiesta per aiutarli nella preparazione dell'esame. Le date di ricevimento studenti sono disponibili nel sito personale del docente.
Modalità di verifica dell'apprendimento Esame orale.
Il voto dell’esame sarà dato dalla media del voto dei due moduli.
Le domande di esame verteranno su tutto il programma.

Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con
Programma esteso Meccanismi molecolari di base come substrato per lo sviluppo di biotecnologie applicate con riferimento particolare alle applicazioni nell’industria.
Epigenetica e Epitrascrittomica; Regolazione dell'espressione genica.
MicroRNA; long non-coding-RNA ; CE-RNA. Meccanismo molecolare della Riprogrammazione Genica.
Cellule staminali e applicazioni biomediche. Generazione di cellule staminali pluripotente indotte.
Terapia genica. Sistema molecolare CRISPR.
Ingegneria tissutale: applicazioni di cellule staminali e Biomateriali polimerici e nanocompositi per la generazione di tessuti artificiali.
Biotecnologie di base come trasfezione di acidi nucleici su cellule ospiti e analisi tramite immunofluorescenza delle proteine ricombinati prodotte con la tecnica precedente.
Allestimento di sistemi bioibridi con cellule staminali e biomateriali e valutazione degli effetti biologici.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile Il corso fornisce abilità laboratoriali di base finalizzate al miglioramento delle competenze nei settori della salute e dell'ambiente

NANOTECNOLOGIE APPLICATE

Codice A005471
CFU 6
Docente responsabile Loredana Latterini
Docenti
  • Alessio Cesaretti (Codocenza)
Ore
  • 57 ore (Codocenza) - Alessio Cesaretti
Attività Caratterizzante
Ambito Discipline chimiche e chimico-industriali
Settore CHIM/02
Tipo insegnamento Obbligatorio (Required)
Lingua insegnamento ITALIANO
Contenuti Nanoaggregazione e self-assembly: formazione di nanoaggregati, processi di autoassemblaggio e stabilità colloidale. Nano-bio interfaces: protein corona, interazioni con membrane biologiche e meccanismi di internalizzazione cellulare. Stati eccitati nei materiali aggregati: proprietà fotofisiche emergenti associate all'aggregazione molecolare, tra cui Aggregation-Induced Emission (AIE), Förster Resonance Energy Transfer (FRET), Two-Photon Absorption (TPA) e Singlet Fission. Applicazioni biologiche: bioimaging, terapia fotodinamica (PDT), terapia fototermica (PTT) e approcci teranostici. Interazione con sistemi biologici: targeting passivo e delivery di nanosistemi funzionalizzati, tra cui nanoparticelle responsive agli stimoli. Nanomateriali biologici naturali: vescicole extracellulari (Extracellular Vesicles, EVs) e nanosistemi biomimetici. Tecniche di caratterizzazione: Dynamic Light Scattering (DLS), misura del potenziale zeta (¿-potential), Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) e Tunable Resistive Pulse Sensing (TRPS).
Testi di riferimento Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondire gli argomenti trattati durante le lezioni, articoli scientifici e review selezionati saranno messi a disposizione durante il corso.
Obiettivi formativi L'insegnamento si propone di fornire agli studenti conoscenze avanzate sulle proprietà fisico-chimiche dei bionanomateriali e sui meccanismi che regolano la loro interazione con sistemi biologici. Particolare attenzione sarà dedicata ai fenomeni di autoassemblaggio e nanoaggregazione, alle proprietà fotofisiche emergenti dei materiali aggregati e alle loro applicazioni nel bioimaging, nelle terapie fotoindotte e nella teranostica.
Il corso consentirà agli studenti di acquisire competenze teoriche e pratiche nella progettazione, caratterizzazione e applicazione di nanosistemi funzionali per applicazioni biomediche e biotecnologiche, con particolare riferimento ai materiali organici fotoattivi e ai nanomateriali biomimetici.
Prerequisiti Sono richieste conoscenze di base di chimica generale, chimica fisica, biochimica e biologia cellulare. Sono inoltre utili nozioni fondamentali di spettroscopia e fotofisica molecolare.
Metodi didattici L'insegnamento è articolato in lezioni frontali e attività di laboratorio.
Le lezioni frontali saranno svolte mediante presentazioni multimediali e discussione di casi studio e articoli scientifici.
Le attività di laboratorio si svolgeranno presso i laboratori di Fotofisica e Fotochimica del Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie (Via Elce di Sotto, Perugia) e comprenderanno esercitazioni pratiche sulla preparazione e caratterizzazione di nanoaggregati organici, sull'utilizzo di tecniche di caratterizzazione colloidale (DLS e ¿-potential), nonché sull'acquisizione e interpretazione di dati spettroscopici relativi a nanosistemi fotoattivi.
Altre informazioni Il docente si rende disponibile per confrontarsi con gli studenti via mail o fissando un incontro su piattaforma Microsoft teams.
Modalità di verifica dell'apprendimento L'apprendimento sarà verificato mediante una prova orale finalizzata ad accertare la comprensione dei principi teorici trattati durante il corso, la capacità di collegare i diversi argomenti affrontati e la conoscenza delle attività sperimentali svolte durante il laboratorio.

Durante la prova verranno valutate la padronanza del linguaggio scientifico, la capacità di ragionamento critico e l'abilità nell'interpretazione di dati e risultati sperimentali.
Programma esteso Il corso fornisce una panoramica dei principi fondamentali che regolano le interazioni tra bionanomateriali e sistemi biologici, con particolare attenzione ai nanomateriali organici funzionali e alle loro proprietà fotofisiche emergenti.
Nanoaggregazione e self-assembly. Formazione di nanoaggregati mediante processi di autoassemblaggio. Proprietà emergenti della materia alla scala nanometrica. Stabilità colloidale, aggregazione e disaggregazione. Stabilizzazione elettrostatica e sterica dei nanosistemi. Tecniche di preparazione di nanoparticelle organiche.
Nano-bio interfaces. Interazione tra nanomateriali e fluidi biologici. Protein corona e biomolecular corona. Interazione con membrane biologiche. Principali meccanismi di internalizzazione cellulare e traffico intracellulare. Effetti delle proprietà superficiali sul comportamento biologico dei nanosistemi.
Stati eccitati nei materiali aggregati. Richiami di fotofisica molecolare e processi fotoindotti. Proprietà emergenti associate all'aggregazione molecolare. Aggregation-Induced Emission (AIE) e Aggregation-Caused Quenching (ACQ). Trasferimento di energia per risonanza di Förster (FRET). Assorbimento bifotonico (Two-Photon Absorption, TPA). Singlet fission intermolecolare e processi correlati. Relazioni tra organizzazione supramolecolare e dinamica degli stati eccitati.
Applicazioni biologiche dei bionanomateriali fotoattivi. Nanosistemi fluorescenti per bioimaging. Sonde ottiche e strategie di imaging in sistemi biologici. Terapia fotodinamica (PDT) e terapia fototermica (PTT). Sistemi teranostici per diagnosi e terapia integrate. Produzione di specie reattive dell'ossigeno e conversione fotone-calore.
Interazione con sistemi biologici e targeting. Principi di drug delivery mediato da nanoparticelle. Targeting passivo e targeting attivo. Strategie di funzionalizzazione superficiale. Distribuzione biologica dei nanosistemi e superamento delle barriere biologiche. Nanoparticelle stimuli-responsive, in particolare nanoparticelle sensibili al pH.
Nanomateriali biologici naturali. Vescicole extracellulari (Extracellular Vesicles, EVs): classificazione, biogenesi e ruolo nella comunicazione intercellulare. EVs come nanocarrier biologici. Sistemi biomimetici e nanosistemi ibridi.
Tecniche di caratterizzazione. Dynamic Light Scattering (DLS), potenziale zeta (¿-potential), Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) e Tunable Resistive Pulse Sensing (TRPS). Tecniche spettroscopiche per la caratterizzazione di nanosistemi fotoattivi.
Attività di laboratorio. Le attività pratiche saranno svolte presso i laboratori di Fotofisica e Fotochimica del Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie (Via Elce di Sotto, Perugia). Le esercitazioni comprenderanno la preparazione e caratterizzazione di nanoaggregati organici, misure di dimensione e stabilità colloidale mediante DLS e ¿-potential, acquisizione e interpretazione di spettri di assorbimento ed emissione, studio di fenomeni di Aggregation-Induced Emission (AIE), nonché elaborazione e discussione di dati sperimentali relativi a nanosistemi per bioimaging e applicazioni teranostiche.
Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile 3