• 085835 - APPLICAZIONI BIOTECNOLOGICHE E BIOREATTORI [2]

L’insegnamento di Bioreattori ha lo scopo di fornire agli allievi strumenti ingegneristici utilizzabili per affrontare la progettazione di un sistema di coltura cellulare in condizioni dinamiche, sterili e controllate. Vengono identificate le specifiche generali di progetto dei bioreattori e le specifiche particolari finalizzate quindi all'applicazione biologica (tessuto osseo, tessuto muscolare, tessuto vascolare...). Gli strumenti forniti sono legati ai materiali/biomateriali utilizzati, alle tecnologie di lavorazione, alla componente cellulare, ai metodi matematici fino alla identificazione della architettura del sistema complessivo. L’insegnamento intende, inoltre, sviluppare negli allievi le capacità di identificare, di formulare correttamente e di risolvere problemi che si incontrano nella progettazione di dispositivi nel campo della ingegneria dei tessuti biologici. Nel corso dell’insegnamento verranno, infine, portati in aula bioreattori reali e utilizzati nella medicina rigenerativa al fine di poter illustrare aspetti più propriamente progettuali di funzionamento. Durante le esercitazioni gli allievi affronteranno la progettazione di un nuovo bioreattore per l'ingegenria dei tessuti biologici.

Lo studente:

• conosce in modo critico i concetti fondamentali dell'ingegneria dei tessuti biologici, legati alla sterilità del processo, allo scaffold e alla componente cellulare;
• è in grado di formulare e risolvere problemi ingegneristici relativi alla progettazione di dispositivi di coltura dinamica e alla loro interazione con il tessuto in crescita;
• possiede metodi e strumenti per affrontare problemi di progettazione meccanica, idraulica ed elettronica nella realizzazione un bioreattore per la medicina rigenerativa;

I principali argomenti trattati nell'insegnamento sono:

L’eredità delle caratteristiche biologiche: alterazioni del messaggio genetico; 

Cenni di biologia cellulare. Lo sviluppo embrionale: crescita, differenziamento e morfogenesi. I tre paradigmi della biologia dello sviluppo. 

Coltura e ingegenrizzazione di cellule e tessuti, metodi ingegneristici per lo sviluppo in vitro di tessuti ingegnerizzati, parametri di progettazione di tessuti ingegnerizzati in vitro. Lo stato di sforzo generato sulle cellule in coltura perfusa, la stimolazione meccanica, elettrica e magnetica di costrutti cellulari ingegnerizzati.

Progettazione del medium; ingegneria dei bioreattori; cinetica delle colture cellulari nei bioreattori; valutazione dell’efficienza dei bioreattori.

Ingegneria dei processi di coltura cellulare: strumentazione on-line e controllo di processo, apporto dinamico di nutrienti, ritenzione cellulare e perfusione, effetti della variazione dimensionale dei bioreattori. Progettazione e realizzazione e utilizzo di bioreattori per vasi , cartilagine, ossa, muscoli.

Applicazioni cliniche della medicina rigenerativa (Ingegneria della cute, Ingegneria della cartilagine, Ingegneria del tessuto osseo)

Aspetti etici e normativi della medicina rigenerativa.

E’ richiesto il possesso di una buona preparazione di base (a livello di corsi di laurea triennale) in Matematica, Fisica, Bioingegneria Chimica, Biomateriali.

L'esame dell’insegnamento di  Bioreattori è condotto secondo le seguenti modalità:

1) prova scritta (della durata indicativa di una ora)  il giorno dell’appello d’esame con domande di teoria e su problemi progettuali;

2) l’esame non prevede parti orali.

 In sede di esame finale lo studente deve dimostrare di essere in grado di:

• applicare metodi e strumenti propri della materia per affrontare e risolvere i problemi proposti (analisi del problema, proposta dello schema di risoluzione, giustificazione delle scelte) 
• rispondere alle domande proposte su aspetti teorici (discussi nel corso dell’insegnamento).

 Nella valutazione dell'esame la determinazione del voto finale tiene conto dei seguenti elementi:

- capacità di analisi dei problemi;

- correttezza formale e sostanziale delle procedure individuate per la soluzione dei problemi;

- correttezza dei risultati ottenuti;

- conoscenza e comprensione degli argomenti;

- adeguatezza del linguaggio tecnico-scientifico utilizzato;

- autonomia di giudizio.