PRESENTAZIONE

Studiare un fenomeno biologico comporta la scelta di un modello di studio appropriato e i sistemi di colture cellulari in vitro sono risultati essere molto utili negli anni per diversi esperimenti. In questi ultimi anni, anche nell’ottica di ridurre al massimo l’uso di animali nella sperimentazione, sono stati sviluppati diversi sistemi di coltura 3D che si avvicinano sempre di più alla fisiologia dell’organismo. In particolare, grazie allo sviluppo della tecnologia si ottengono diversi tipi di strutture tridimensionali su cui le cellule possono ricreare un ambiente simile a un organo o tessuto. Infine, diversi sistemi ingegneristici innovativi sono stati messi a punto per supportare la coltura cellulare tenendo conto delle diverse esigenze sperimentali. 

In questo corso verranno presentati diversi sistemi di coltura cellulare in 3D applicati ai diversi ambiti di studio riguardante la biologia di base e applicata mettendo a disposizione dello studente una bibliografia aggiornata.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’obiettivo di questo corso è quello di offrire una panoramica degli aspetti principali dei modelli tridimensionali di colture cellulari, dagli sferoidi agli organoidi e 3D-printing. Verranno presentati anche modelli di microgravità simulata nel supportare la formazione di strutture 3D e alcuni esempi di bioreattori e microfluidica, che consentono il mantenimento e il controllo della coltura cellulare per studi farmacologici e di biomedicina.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Il corso ha come obiettivo di ampliare le conoscenze su sistemi di coltura 3D, modelli sempre più usati nella ricerca sia di base che applicata. In particolare verranno trattati:

- La reciprocità dinamica tra cellula e matrice extracellulare nel determinare il destino di una cellula

- Modulazione dei segnali del microambiente a confronto nelle colture 2D e 3D.

- Definizione di sferoide e organoide, differenze, vantaggi e svantaggi delle diverse tipologie di colture 3D. Loro applicazioni nei diversi ambiti della ricerca biologica

- Biomateriali come supporto tridimensionale per le colture cellulari

- Uso della 3D-printing per la formazione di organoidi tessuto specifici

- Uso di organoidi per lo studio dei processi di innervazione e vascolarizzazione

- Utilizzo di bioreattori per le colture cellulari dinamiche e cenni di microfluidica e organ-on-chip

- Utilizzo di modelli di microgravità simulata per la formazione di strutture cellulari 3D: Random positioning machine (RPM), rotating wall vessel (RWV). Loro applicazione nella ricerca a terra

- Rivisitazione della letteratura scientifica

- Attività di laboratorio per la messa a punto di una coltura cellulare in 3D

Al termine dell’insegnamento gli studenti saranno in grado di:

- Conoscere la recente letteratura sui diversi sistemi di colture cellulari tridimensionali

- Conoscere vantaggi e svantaggi delle culture 3D nelle diverse applicazioni

- Avere le conoscenze di base per allestire colture cellulari tridimensionali in condizioni statiche e dinamiche, tramite l’ausilio di bioreattori e strumenti che aiutano la formazione di strutture cellulari tridimensionali.

PREREQUISITI

Gli studenti dovranno essere in possesso di nozioni di base di chimica, biochimica, biologia cellulare e colture cellulari in 2D.

MODALITA' DIDATTICHE

24 ore frontali e 16 ore di attività pratiche in laboratorio.

Gli studenti con certificazioni valide per Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), per disabilità o altri bisogni educativi, sono invitati a contattare il docente e il referente per la disabilità della Scuola/Dipartimento all’inizio del corso per concordare eventuali modalità didattiche che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Programma delle ore frontali: 

• La "reciprocità dinamica" tra cellula e matrice extracellulare nel determinare il destino di una cellula
• Modulazione dei segnali del microambiente come adesioni cellulari, forze meccaniche, e fattori solubili, etc.  a  confronto nelle colture 2D e 3D.
• Colture 2D e 3D: differenze. Vantaggi e svantaggi
• Definizione di sferoide e organoide, differenze, vantaggi e svantaggi delle diverse tipologie di colture 3D. Loro applicazioni nei diversi ambiti della ricerca biologica
• Uso di organoidi per lo studio dei processi di innervazione e vascolarizzazione
• Biomateriali come supporto tridimensionale per le colture cellulari. Principali caratteristiche fisico-chimiche e strutturali dei diversi biomateriali
• Uso della 3D-printing per la formazione di organoidi tessuto specifici
• Utilizzo di bioreattori per le colture cellulari dinamiche e cenni di microfluidica e organ-on-chip
• Utilizzo di modelli di microgravità simulata per la formazione di strutture cellulari 3D:
• Random positioning machine (RPM), rotating wall vessel (RWV). Loro applicazione nellaricerca a terra
• Rivisitazione della letteratura scientifica

Attività di laboratorio: 

• osservazione delle caratteristiche morfologiche di diversi scaffold rigidi al microscopio per colture 3D in condizioni statiche, dinamiche e a perfusione
• allestimento di una coltura cellulare in un idrogel e su scaffold rigidi e successiva colorazione delle cellule per la loro identificazione
• allestimento di una coltura cellulare di sferoidi usando la tecnica hanging drop
• Introduzione alla stampante e ai suoi elementi (flusso laminare, raggi UV, aria compressa, touch screen)
• dimostrazione pratica della preparazione e utilizzo degli strumenti di stampa (siringhe, inchiostri, cellule, puntali), impostazione dei parametri di stampa, stampa di un modello, e crosslinking dell'inchiostro con cloruro di calcio
• osservazione di bioreattori per colture statiche, dinamiche e a perfusione presenti in laboratorio e utilizzati nei diversi progetti.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Letteratura scientifica.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Come da calendario.

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame si svolge in modalità scritta con domande riguardanti tutti gli argomenti trattati durante il corso. L'esame è costituito da un test a risposta multipla con 30 domande sulle lezioni frontali e l'esperienza di laboratorio.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La valutazione si baserà sulla correttezza delle risposte fornite durante l'esame finale, il quale è volto a verificare l'assimilazione dei contenuti trattati e la capacità di collegare e applicare le conoscenze acquisite.