PRESENTAZIONE

Studiare un fenomeno biologico comporta la scelta di un modello di studio appropriato, e i sistemi di coltura cellulare in vitro si sono rivelati molto utili negli anni per diversi tipi di esperimenti. Negli ultimi anni, anche nell’ottica di ridurre l’uso di animali nella sperimentazione, sono stati sviluppati diversi sistemi di coltura 3D che riproducono in modo sempre più fedele la fisiologia dell’organismo. In particolare, grazie all’evoluzione tecnologica, è oggi possibile ottenere strutture tridimensionali su cui le cellule possono organizzarsi e ricreare un ambiente simile a un organo o tessuto. Inoltre, sono stati messi a punto diversi sistemi ingegneristici innovativi per supportare la coltura cellulare in relazione alle diverse esigenze sperimentali.

Il corso presenterà diversi modelli di coltura cellulare 3D applicati alla biologia di base e applicata, con l’ausilio di una bibliografia scientifica aggiornata.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L’obiettivo di questo corso è quello di offrire una panoramica degli aspetti principali dei modelli di 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

La partecipazione attiva al corso e alle attività pratiche permetterà allo studente di:

• Descrivere la reciprocità dinamica tra cellula e matrice extracellulare nel determinare il destino cellulare, e confrontare le differenze tra colture 2D e 3D in termini di segnalazione ambientale.

• Distinguere sferoidi, organoidi, idrogel e scaffold rigidi, illustrandone vantaggi, limiti e principali applicazioni in ambito biologico e biotecnologico.

• Allestire in laboratorio colture cellulari tridimensionali in condizioni statiche, utilizzando idrogel, scaffold e sistemi per la formazione di sferoidi.

• Descrivere i principi delle colture dinamiche e illustrare il funzionamento dei bioreattori come strumenti per la simulazione di microambienti fisiologici più complessi.

• Osservare e comprendere il funzionamento di una stampante 3D per applicazioni biologiche e partecipare a un’attività dimostrativa di stampa priva di cellule.

• Conoscere le potenzialità dei dispositivi microfluidici e dei modelli organ-on-chip, anche se non direttamente utilizzati, come strumenti avanzati di modellazione fisiologica.

• Analizzare criticamente la letteratura scientifica aggiornata sui sistemi di coltura 3D.

PREREQUISITI

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

MODALITA' DIDATTICHE

L'insegnamento prevede 24 ore di lezione frontale e 16 ore di attività pratiche in laboratorio. Le lezioni teoriche sono finalizzate a fornire le basi concettuali sui modelli tridimensionali di coltura cellulare e sulle tecnologie associate. Le attività pratiche consentono agli studenti di applicare quanto appreso attraverso l’allestimento di colture cellulari 3D su diversi supporti (idrogel, scaffold, sferoidi), osservazioni microscopiche e dimostrazioni con strumenti di stampa 3D e bioreattori.

La frequenza è fortemente consigliata, in particolare per le attività di 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, al fine di concordare eventuali modalità didattiche personalizzate che, nel rispetto degli obiettivi dell’insegnamento, tengano conto delle modalità di apprendimento individuali.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Lezioni frontali:

• La “reciprocità dinamica” tra cellula e matrice extracellulare nel determinare il destino cellulare

• Modulazione dei segnali del microambiente (adesione cellulare, forze meccaniche, fattori solubili): confronto tra colture 2D e 3D

• Colture 2D vs. 3D: principali differenze, vantaggi e limiti

• Definizione di sferoide e organoide: caratteristiche, applicazioni, criticità

• Utilizzo degli organoidi per lo studio dei processi di innervazione e vascolarizzazione

• Biomateriali per colture 3D: caratteristiche fisico-chimiche e strutturali di idrogel e scaffold rigidi

• Tecnologie di stampa 3D applicate alla generazione di modelli tissutali specifici

• Bioreattori per colture dinamiche: principi di funzionamento e vantaggi sperimentali

• Cenni su dispositivi di microfluidica e sistemi organ-on-chip

• Modelli di microgravità simulata (Random Positioning Machine, Rotating Wall Vessel): principi e applicazioni nella ricerca biologica terrestre

• Discussione guidata e analisi di articoli scientifici su modelli 3D

Attività di laboratorio:

• Osservazione microscopica di scaffold rigidi utilizzati in colture statiche, dinamiche e a perfusione

• Allestimento di colture cellulari in idrogel e su scaffold rigidi, con colorazione e identificazione cellulare

• Formazione di sferoidi mediante tecnica hanging drop

• Introduzione alla stampante 3D: componenti e funzionamento (flusso laminare, UV, aria compressa, touch screen)

• Dimostrazione pratica di stampa 3D: preparazione degli strumenti, parametri di stampa, realizzazione di un modello, crosslinking dell’inchiostro con cloruro di calcio

• Osservazione di bioreattori per colture 3D presenti in laboratorio e descrizione dei progetti in cui sono impiegati

TESTI/BIBLIOGRAFIA

La preparazione dell’esame si basa principalmente su articoli scientifici selezionati e materiali forniti dal docente. Tutti i materiali di riferimento, incluse le presentazioni delle lezioni e la letteratura scientifica aggiornata, saranno resi disponibili sulla piattaforma AulaWeb all’inizio del corso.

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 e riguarda l’intero programma trattato durante il corso, incluse le lezioni frontali e l’attività di laboratorio. La prova consiste in un test a risposta multipla composto da 30 domande, volte a verificare la comprensione e la capacità di applicare i concetti affrontati nelle diverse parti dell’insegnamento.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

La valutazione si baserà sulla correttezza delle risposte fornite nel test a risposta multipla dell’esame finale. La prova è finalizzata a verificare l’effettiva assimilazione dei contenuti affrontati durante il corso e la capacità dello studente di collegare concetti, applicare le conoscenze acquisite e utilizzare una terminologia scientifica appropriata. Saranno inoltre valutate la comprensione critica dei modelli tridimensionali e la capacità di inquadrarli nei diversi contesti applicativi presentati.