Chimica farmaceutica e processi fermentativi
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
Il corso di Chimica Farmaceutica e Processi Fermentativi, inserito nel piano didattico del curriculum Farmaceutico del Corso di Laurea in Biotecnologia si pone come obiettivo di fornire allo studente:
a) le conoscenze che stanno alla base della progettazione e sviluppo di nuovi principi attivi aventi i requisiti necessari per poter diventare dei candidati farmaci.
b) le nozioni necessarie a comprendere i principi che regolano i processi fermentativi nella produzione di farmaci di origine naturale o biotecnologici.
Inoltre, tramite la descrizione e l'analisi approfondita di alcune classi di farmaci e di tutte le fasi necessarie all'allestimento di un processo su scala industriale, il corso si propone di fornire agli studenti gli elementi necessari a comprendere le criticità riscontrabili nell'intero processo che porta alla produzione e sviluppo di un farmaco.
a) le conoscenze che stanno alla base della progettazione e sviluppo di nuovi principi attivi aventi i requisiti necessari per poter diventare dei candidati farmaci.
b) le nozioni necessarie a comprendere i principi che regolano i processi fermentativi nella produzione di farmaci di origine naturale o biotecnologici.
Inoltre, tramite la descrizione e l'analisi approfondita di alcune classi di farmaci e di tutte le fasi necessarie all'allestimento di un processo su scala industriale, il corso si propone di fornire agli studenti gli elementi necessari a comprendere le criticità riscontrabili nell'intero processo che porta alla produzione e sviluppo di un farmaco.
Risultati apprendimento attesi
Gli studenti dovranno dimostrare di aver acquisito e compreso:
a) i concetti base della chimica farmaceutica, le nozioni fornite sulle proprietà chimiche, chimico-fisiche, strutturali e sul meccanismo d'azione di farmaci appartenenti alle principali classi terapeutiche, gli elementi fondamentali di progettazione dei farmaci, il ruolo che posseggono i nuovi farmaci biotecnologici nei processi di ricerca e sviluppo.
b) tutte le nozioni necessarie all'allestimento di un processo biotecnologico a partire dalla selezione del ceppo, allo studio della via biosintetica, al miglioramento dei ceppi sino ad arrivare alla messa a punto del processo fermentativo e al recupero del prodotto.
Grazie alle nozioni fornite nelle lezioni frontali e alle esercitazioni svolte in aula, gli studenti sapranno autonomamente analizzare i punti critici di processo e impareranno a ipotizzare e progettare un processo fermentativo nelle sue differenti fasi in funzione del microrganismo produttore e del metabolita desiderato.
Gli studenti dovranno inoltre essere in grado di comprendere correttamente i quesiti in fase di verifica dell'apprendimento, di saper scegliere, elaborare e collegare le conoscenze acquisite in entrambe i moduli del corso.
a) i concetti base della chimica farmaceutica, le nozioni fornite sulle proprietà chimiche, chimico-fisiche, strutturali e sul meccanismo d'azione di farmaci appartenenti alle principali classi terapeutiche, gli elementi fondamentali di progettazione dei farmaci, il ruolo che posseggono i nuovi farmaci biotecnologici nei processi di ricerca e sviluppo.
b) tutte le nozioni necessarie all'allestimento di un processo biotecnologico a partire dalla selezione del ceppo, allo studio della via biosintetica, al miglioramento dei ceppi sino ad arrivare alla messa a punto del processo fermentativo e al recupero del prodotto.
Grazie alle nozioni fornite nelle lezioni frontali e alle esercitazioni svolte in aula, gli studenti sapranno autonomamente analizzare i punti critici di processo e impareranno a ipotizzare e progettare un processo fermentativo nelle sue differenti fasi in funzione del microrganismo produttore e del metabolita desiderato.
Gli studenti dovranno inoltre essere in grado di comprendere correttamente i quesiti in fase di verifica dell'apprendimento, di saper scegliere, elaborare e collegare le conoscenze acquisite in entrambe i moduli del corso.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento non può essere seguito come corso singolo. Puoi trovare gli insegnamenti disponibili consultando il catalogo corsi singoli.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Responsabile
Periodo
Primo semestre
Programma
Durante lo svolgimento delle lezioni frontali riguardanti la Chimica Farmaceutica verranno illustrati i seguenti argomenti:
1) Introduzione alla Chimica Farmaceutica:
La scoperta e lo sviluppo di nuovi farmaci.
Le biotecnologie per la scoperta e lo sviluppo di nuovi farmaci.
Meccanismi molecolari di azione dei farmaci e drug targets.
I recettori come target per i farmaci.
Gli enzimi come target per i farmaci.
Gli acidi nucleici come target per i farmaci.
2) Progettazione e sviluppo dei farmaci:
Fonti di ricerca di composti lead
Nuove strategie di "Drug design"
Relazioni struttura-attività (SAR).
La ricerca del farmacoforo.
Ottimizzazione dell'interazione del farmaco con il target.
Similarità chimica. Bioisosteria e aspetti stereochimici dell'azione dei farmaci.
Proprietà chimico-fisiche e biofarmaceutiche dei farmaci e farmacocinetica.
Drug design finalizzata all'ottimizzazione dell'accesso del farmaco al target.
Profarmaci.
Peptidomimetici.
Relazioni Quantitative Struttura-Attività (QSAR).
3) Cenni sulla chimica combinatoriale, in particolare rivolta alla sintesi peptidica.
Durante la trattazione dei suddetti argomenti verranno fatti numerosi riferimenti a vari tipi di farmaci.
In modo particolare verranno approfondite le seguenti classi di farmaci:
· Antibiotici
· Farmaci antitumorali (esempi selezionati).
Per quel che riguarda la parte del corso inerente i Processi Fermentativi nella produzione di farmaci verranno trattati i seguenti argomenti:
1) Flow sheet di un processo fermentativo: upstream e dowstream
2) Selezione dei microrganismi: concetto di screening, test primari e secondari, costruzione di library e loro caratteristiche
3) Caratteristiche dei ceppi industriali e loro conservazione. Microrganismi di interesse industriale per la produzione di metaboliti secondari di interesse farmaceutico: attinomiceti e funghi. Lieviti e batteri di interesse industriale per la produzione di proteine eterologhe: Pichia pastoris, Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli. Strain improvement.
4) Metabolismo secondario in relazione alla produzione di molecole biologicamente attive. Caratteristiche, correlazione con il metabolismo primario, regolazione e repressione da catabolita. Cluster genici e schemi generali delle vie metaboliche
5) Upstream: preparazione della master e della working cells bank, inoculo, terreni colturali vegetativi e fermentativi, chimicamente definiti e complessi, fonti di carbonio e azoto grezzi (melassi, corn steep liquor .), fattori di crescita, antischiuma. Messa a punto di terreni colturali a livello industriale. Case study.
6) Selezione della tipologia di coltura: solida, semisolida, sommersa, stazionaria. Fermentatori: caratteristiche generali, variabili di processo, termostatazione, agitazione, aerazione, sensori. Sterilizzazione e linea di pre-fermentazione.
7) Descrizione dei processi fermentativi tramite le curve di Gaden, curve di crescita in relazione alla produzione di metaboliti primari e secondari. Colture batch, fed-batch e continue. Produttività.
8) Dowmstream: considerazioni generali per la scelta delle tecniche di recupero del prodotto da impiegare a livello industriale. Separazione solido-liquido, isolamento primario, purificazione ad alta risoluzione e formulazione.
9) Esempi di processi biotecnologici. Case study: progettazione di un processo fermentativo. Esercitazione in aula.
1) Introduzione alla Chimica Farmaceutica:
La scoperta e lo sviluppo di nuovi farmaci.
Le biotecnologie per la scoperta e lo sviluppo di nuovi farmaci.
Meccanismi molecolari di azione dei farmaci e drug targets.
I recettori come target per i farmaci.
Gli enzimi come target per i farmaci.
Gli acidi nucleici come target per i farmaci.
2) Progettazione e sviluppo dei farmaci:
Fonti di ricerca di composti lead
Nuove strategie di "Drug design"
Relazioni struttura-attività (SAR).
La ricerca del farmacoforo.
Ottimizzazione dell'interazione del farmaco con il target.
Similarità chimica. Bioisosteria e aspetti stereochimici dell'azione dei farmaci.
Proprietà chimico-fisiche e biofarmaceutiche dei farmaci e farmacocinetica.
Drug design finalizzata all'ottimizzazione dell'accesso del farmaco al target.
Profarmaci.
Peptidomimetici.
Relazioni Quantitative Struttura-Attività (QSAR).
3) Cenni sulla chimica combinatoriale, in particolare rivolta alla sintesi peptidica.
Durante la trattazione dei suddetti argomenti verranno fatti numerosi riferimenti a vari tipi di farmaci.
In modo particolare verranno approfondite le seguenti classi di farmaci:
· Antibiotici
· Farmaci antitumorali (esempi selezionati).
Per quel che riguarda la parte del corso inerente i Processi Fermentativi nella produzione di farmaci verranno trattati i seguenti argomenti:
1) Flow sheet di un processo fermentativo: upstream e dowstream
2) Selezione dei microrganismi: concetto di screening, test primari e secondari, costruzione di library e loro caratteristiche
3) Caratteristiche dei ceppi industriali e loro conservazione. Microrganismi di interesse industriale per la produzione di metaboliti secondari di interesse farmaceutico: attinomiceti e funghi. Lieviti e batteri di interesse industriale per la produzione di proteine eterologhe: Pichia pastoris, Saccharomyces cerevisiae, Escherichia coli. Strain improvement.
4) Metabolismo secondario in relazione alla produzione di molecole biologicamente attive. Caratteristiche, correlazione con il metabolismo primario, regolazione e repressione da catabolita. Cluster genici e schemi generali delle vie metaboliche
5) Upstream: preparazione della master e della working cells bank, inoculo, terreni colturali vegetativi e fermentativi, chimicamente definiti e complessi, fonti di carbonio e azoto grezzi (melassi, corn steep liquor .), fattori di crescita, antischiuma. Messa a punto di terreni colturali a livello industriale. Case study.
6) Selezione della tipologia di coltura: solida, semisolida, sommersa, stazionaria. Fermentatori: caratteristiche generali, variabili di processo, termostatazione, agitazione, aerazione, sensori. Sterilizzazione e linea di pre-fermentazione.
7) Descrizione dei processi fermentativi tramite le curve di Gaden, curve di crescita in relazione alla produzione di metaboliti primari e secondari. Colture batch, fed-batch e continue. Produttività.
8) Dowmstream: considerazioni generali per la scelta delle tecniche di recupero del prodotto da impiegare a livello industriale. Separazione solido-liquido, isolamento primario, purificazione ad alta risoluzione e formulazione.
9) Esempi di processi biotecnologici. Case study: progettazione di un processo fermentativo. Esercitazione in aula.
Prerequisiti
Per affrontare adeguatamente i contenuti dell'insegnamento è necessario possedere le nozioni di base di microbiologia e avere una buona conoscenza della chimica organica e della chimica biologica.
Metodi didattici
Il corso prevede lezioni frontali durante le quali verranno svolte anche esercitazioni basate su "case study" e simulazioni d'esame a quiz volte a verificare la comprensione degli argomenti svolti.
Materiale di riferimento
Tutto il materiale didattico proiettato durante le lezioni frontali e la letteratura scientifica verranno messe a disposizione sulla piattaforma MyAriel.
Gli studenti e le studentesse potranno approfondire gli argomenti trattati utilizzando i seguenti testi:
1. G. L. Patrick: An introduction to Medicinal Chemistry. 6th Ed. - Oxford University Press (2017). ISBN: 978-0-19-874969-1.
2. G. L. Patrick: Chimica Farmaceutica, III Ed. EdiSES- Napoli (2015). ISBN: 978-88-7959-845-3.
3. FOYE'S: Principi di Chimica Farmaceutica: L'ESSENZIALE - PICCIN. ISBN: 978-88-299-2867-5.
4. S. Donadio, G. Marino: Biotecnologie Microbiche - Casa Editrice Ambrosiana
Eventuale materiale aggiuntivo verrà fornito dal docente durante le lezioni.
Gli studenti e le studentesse potranno approfondire gli argomenti trattati utilizzando i seguenti testi:
1. G. L. Patrick: An introduction to Medicinal Chemistry. 6th Ed. - Oxford University Press (2017). ISBN: 978-0-19-874969-1.
2. G. L. Patrick: Chimica Farmaceutica, III Ed. EdiSES- Napoli (2015). ISBN: 978-88-7959-845-3.
3. FOYE'S: Principi di Chimica Farmaceutica: L'ESSENZIALE - PICCIN. ISBN: 978-88-299-2867-5.
4. S. Donadio, G. Marino: Biotecnologie Microbiche - Casa Editrice Ambrosiana
Eventuale materiale aggiuntivo verrà fornito dal docente durante le lezioni.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO
Parte dell'insegnamento inerente a Chimica Farmaceutica:
L'esame consiste in una prova scritta della durata di 60 minuti. Comprende un questionario con domande a risposta multipla e 1-2 domande aperte relative agli argomenti trattati a lezione.
Parte dell'insegnamento inerente a Processi Fermentativi:
L'esame consiste in una prova scritta della durata di 60 minuti. Prevede 2-3 domande aperte inerenti agli argomenti inseriti nel programma di "Processi fermentativi nella produzione di farmaci" e un esercizio di progettazione di un processo fermentativo.
CRITERI DI VALUTAZIONE
La valutazione viene effettuata considerando la capacità di comprendere correttamente i quesiti e di scegliere, elaborare e collegare le conoscenze acquisite durante il corso, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato.
In particolare, per ciascuna delle due parti dell'insegnamento, Chimica Farmaceutica e Processi Fermentativi, la verifica dell'apprendimento viene valutata utilizzando il voto in trentesimi con un punteggio minimo di 18/30. L'esito finale deriverà dalla media dei voti ottenuti nelle due parti ponderata per i CFU di ciascuna parte.
Gli studenti e le studentesse potranno sostenere l'esame di entrambe le parti nello stesso appello oppure l'esame di una parte in un appello e dell'altra parte entro gli appelli dei sei mesi successivi.
Gli studenti e le studentesse frequentanti avranno anche la possibilità di sostenere le prove in itinere di ciascuna parte al termine delle lezioni tenute da ciascun docente. Il superamento della prima prova è condizione necessaria per sostenere la seconda in ordine temporale.
Parte dell'insegnamento inerente a Chimica Farmaceutica:
L'esame consiste in una prova scritta della durata di 60 minuti. Comprende un questionario con domande a risposta multipla e 1-2 domande aperte relative agli argomenti trattati a lezione.
Parte dell'insegnamento inerente a Processi Fermentativi:
L'esame consiste in una prova scritta della durata di 60 minuti. Prevede 2-3 domande aperte inerenti agli argomenti inseriti nel programma di "Processi fermentativi nella produzione di farmaci" e un esercizio di progettazione di un processo fermentativo.
CRITERI DI VALUTAZIONE
La valutazione viene effettuata considerando la capacità di comprendere correttamente i quesiti e di scegliere, elaborare e collegare le conoscenze acquisite durante il corso, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato.
In particolare, per ciascuna delle due parti dell'insegnamento, Chimica Farmaceutica e Processi Fermentativi, la verifica dell'apprendimento viene valutata utilizzando il voto in trentesimi con un punteggio minimo di 18/30. L'esito finale deriverà dalla media dei voti ottenuti nelle due parti ponderata per i CFU di ciascuna parte.
Gli studenti e le studentesse potranno sostenere l'esame di entrambe le parti nello stesso appello oppure l'esame di una parte in un appello e dell'altra parte entro gli appelli dei sei mesi successivi.
Gli studenti e le studentesse frequentanti avranno anche la possibilità di sostenere le prove in itinere di ciascuna parte al termine delle lezioni tenute da ciascun docente. Il superamento della prima prova è condizione necessaria per sostenere la seconda in ordine temporale.
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA - CFU: 6
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI - CFU: 4
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI - CFU: 4
Lezioni: 80 ore
Docente/i
Ricevimento:
previo appuntamento
Ricevimento:
Previo appuntamento
Ufficio 4021 Via Golgi 19 Ingresso 1C 4° piano