• Blended Learning & Flipped Classroom

L’insegnamento, composto da due moduli integrati, intende fornire le basi di scienza dei Biomateriali (Bioingegneria Chimica [1]) e dei meccanismi di interazione con i tessuti biologici (Bioingegneria Chimica [2]).

L’insegnamento del modulo Bioingegneria Chimica [1] si propone di fornire allo studente le conoscenze di base della scienza e della tecnologia dei materiali, in particolare delle tre principali classi di materiali: metalli, polimeri e ceramici. Inoltre, allo studente verranno fornite competenze riguardanti i materiali che vengono impiegati in ambito biomedico, evidenziando le problematiche, i vantaggi e le principali applicazioni di questi. I possibili meccanismi di degradazione dei materiali polimerici e ceramici verranno illustrati per meglio comprendere come questi possano influenzare la risposta dell’ambiente biologico in presenza di un biomateriale.

L’insegnamento del modulo di Bioingegneria Chimica [2] si propone di fornire allo studente le conoscenze di base relative ai meccanismi innescati dall’interazione che si instaura all'interfaccia tra dispositivo ed organismo ospite, affrontando gli effetti dell’ospite sull’impianto e viceversa. Tali interazioni che variano al variare dei biomateriali utilizzati e del luogo anatomico dell'impianto si basano su meccanismi di risposta fisiopatologica dei tessuti interessati quali l'infiammazione, la coagulazione del sangue e la risposta immunitaria. Verranno trattate le tecniche in vitro ed in vivo per lo studio della biocompatibilità e della risposta post impianto e lo studente riceverà una prima introduzione sulle principali caratteristiche degli scaffold e sulle biotecnologie.

A seguito del superamento dell'esame (DD1,DD2,DD3), lo studente:

• conoscerà la struttura dei materiali metallici, polimerici e ceramici;

• conoscerà le tecnologie di lavorazione dei materiali appartenenti alle tre classi di materiali;

• conoscerà le principali tipologie di materiali metallici, polimerici e ceramici;

• saprà definire le principali proprietà dei materiali utilizzati per realizzare dispositivi biomedici;

• conoscerà e saprà spiegare i concetti fondamentali della struttura dei materiali;

• conoscerà e saprà spiegare i concetti fondamentali della degradazione dei materiali polimerici e della corrosione dei materiali metallici;

• conoscerà e saprà spiegare i concetti fondamentali dei metodi di sterilizzazione;

• sarà in grado di valutare le possibili applicazioni dei biomateriali;

• conoscerà e saprà spiegare l’organizzazione strutturale dell’essere vivente in cellule e tessuti;

• conoscerà le principali classi di polimeri naturali e saprà spiegarne le principali applicazioni in ambito biomedicale;

• saprà definire le principali proprietà dei materiali utilizzati per realizzare dispositivi biomedici;

• avrà appreso e saprà spiegare come condurre la valutazione della biocompatibilità di materiali e dei dispositivi;

• conoscerà e saprà spiegare i concetti fondamentali e i meccanismi della risposta infiammatoria;

• conoscerà e saprà spiegare i concetti fondamentali e i meccanismi della coagulazione del sangue;

• conoscerà e saprà spiegare i concetti fondamentali e i meccanismi della risposta immunitaria;

• sarà in grado di applicare le conoscenze trasmesse a problemi di carattere biomedico;

• sarà in grado di affrontare problemi inerenti alla Bioingegneria Chimica anche non esplicitamente trattati nell’insegnamento utilizzando i metodi appresi;

• apprenderà, mediante azioni di didattica innovativa, competenze trasversali e soft skills.

Introduzione ai materiali. Materiali polimerici: struttura, ottenimento (naturali, sintetici), configurazione; conformazione, transizioni termiche e proprietà generali. Materiali ceramici: struttura e proprietà. Materiali metallici e leghe: struttura e proprietà. Materiali compositi: principali proprietà. Proprietà meccaniche dei materiali, metodi di valutazione e parametri ottenibili. Tecnologie di lavorazione delle varie classi dei materiali, con particolare riferimento alle applicazioni biomedicali. Metodi di sterilizzazione e problematiche connesse. Degradazione dei materiali polimerici, corrosione dei materiali metallici e problematiche di usura con particolare riferimento all'ambiente corpo umano. Principali tipi di biomateriali e loro impiego nella preparazione di dispositivi e protesi.

I polimeri naturali: polisaccaridi, proteine e acidi nucleici. Le cellule e i tessuti: organizzazione e funzione. Composizione, struttura e funzioni della matrice extracellulare, funzioni dei principali tipi cellulari coinvolti nei meccanismi di difesa e riparo. Meccanismi di difesa e fenomeni riparativi dell'organismo umano: riparazione e rimodellamento dei tessuti biologici, la coagulazione ematica, la reazione immunitaria, la reazione infiammatoria, il sistema del complemento. Biocompatibilità e interazione biomateriali-corpo umano: effetti dell’impianto verso il corpo umano, effetti dei tessuti ospite verso il dispositivo impiantato, adesione batterica e calcificazione. Principali tecniche di analisi per la valutazione dei biomateriali in vitro e a scopo diagnostico. Fondamenti di Biotecnologie, applicazioni biotecnologiche dei biomateriali e terapia genica. Approccio all’Ingegneria dei tessuti. Lo scaffold: requisiti richiesti e principali metodi di preparazione. Sistemi di coltura cellulare statici e dinamici.

Le esercitazioni in aula vertono sull’approfondimento di argomenti trattati a lezione, con eventuali dimostrazioni pratiche. Durante le esercitazioni, gli studenti sono chiamati a rispondere a domande ed esercizi concernenti gli argomenti specifici del corso.

Le attività progettuali prevedono il raggiungimento di un obiettivo assegnato dal docente, con il coinvolgimento attivo degli studenti e prevedono, in parte, lo sviluppo autonomo degli studenti organizzati in gruppi. Queste attività verranno svolte impiegando strumenti di didattica innovativa.

Le attività svolte durante le esercitazioni, le attività di laboratorio progettuale sono valutate e contribuiscono alla valutazione dell'insegnamento.

• SDG3 - GOOD HEALTH AND WELLBEING

Materiali ed approcci per il miglioramento della salute dei pazienti.

Sono necessarie e propedeutiche conoscenze elementari di chimica e fisica.

L’esame consiste in una prova scritta, della durata minima di un’ora, sull'intero programma dell’insegnamento, nella quale viene chiesto allo studente di rispondere a domande a risposta aperta o multipla ed esercizi su concetti fondamentali trattati durante il corso, utilizzando il formalismo e la terminologia appropriati. Le attività svolte durante le esercitazioni verranno valutate e premetteranno di acquisire un punteggio che verrà sommato alla valutazione della prova d’esame finale.

Non è prevista prova orale né prova in itinere.

In sede di esame finale lo studente deve dimostrare di:

• conoscere la struttura dei materiali polimerici, metallici e ceramici;

• aver acquisito concetti riguardanti le tecnologie di lavorazione e le proprietà specifiche dei materiali appartenenti alle tre principali classi di materiali;

• conoscere le tipologie di materiali utilizzabili in ambito biomedico;

• conoscere i meccanismi di degradazione a cui possono essere soggetti i biomateriali anche quando impiantati nel corpo umano;

• conoscere le principali tecniche di sterilizzazione dei biomateriali;

• applicare metodi e strumenti propri della bioingegneria chimica per valutare le possibili applicazioni in ambito biomedico dei materiali;

• saper discutere le possibili applicazioni dei biomateriali in ambito biomedico;

• conoscere la struttura della cellula e l’organizzazione in tessuti;

• aver acquisito concetti riguardanti la classificazione e le principali applicazioni dei polimeri naturali;

• conoscere le funzioni, i meccanismi e le componenti dell’emostasi, della risposta infiammatoria e dell’immunità;

• conoscere i meccanismi biologici che governano la risposta dei tessuti all'impianto di un biomateriale;

• applicare metodi e strumenti propri della bioingegneria chimica per valutare la biocompatibilità;

• saper discutere le principali tecnologie analitiche e diagnostiche;

• applicare metodi e strumenti propri della bioingegneria chimica per valutare le possibili applicazioni in ambito biomedico dei materiali;

• saper gestire risorse e tempi per il completamento del compito assegnato.