Analisi e controllo di qualità dei farmaci biotecnologici

A.A. 2019/2020
9
Crediti massimi
72
Ore totali
SSD
BIO/14 CHIM/06 CHIM/08
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire le basi teoriche delle principali tecniche spettroscopiche (IR, NMR, CD), di spettrometria di massa (IE, CI, ESI), di DSC e XRPD ed introdurre lo studente all'uso di questi metodi nella determinazione della struttura dei composti organici anche di interesse in campo biotecnologico. Particolare rilievo è attribuito all'analisi dei dati e alla strategia per la loro interpretazione, anche attraverso la discussione di alcuni problemi.
Saranno inoltre fornite nozioni di base delle tecniche analitiche più diffuse per la caratterizzazione di farmaci biotecnologici, tra cui la cromatografia, l'elettroforesi capillare e su gel, la spettrometria di massa e la spettroscopia UV-Vis in assorbimento ed in emissione. Inoltre verranno illustrate diverse procedure per i test di potenza (attività biologica) utilizzati per il controllo qualità, tra cui saggi di legame per ligando e recettore, saggi basati su colture cellulari, saggi biochimici (come i saggi enzimatici) e saggi basati sull'uso di animali transgenici.
Risultati apprendimento attesi
Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà: 1) dimostrare di conoscere i principi di base delle tecniche analitiche più diffuse per la caratterizzazione di farmaci biotecnologici; 2) essere in grado di elaborare strategie analitiche per la caratterizzazione di farmaci biotecnologici; 3) saper interpretare i risultati di analisi strumentali effettuate su prodotti biotecnologici; 4) dimostrare di conoscere i principali metodi utilizzati per misurare l'attività biologica di prodotti biofarmaceutici; 5) imparare a maneggiare i dati spettroscopici riguardanti molecole organiche ed estrarre da essi, in modo integrato e comparativo, tutte le informazioni necessarie all'identificazione della struttura di una molecola organica; 6) essere in grado di comunicare in modo chiaro e con un linguaggio adeguato le proprie conoscenze e la propria capacità interpretativa dei vari spettri e 7) sviluppare una buona autonomia per l'identificazione delle strutture di molecole organiche.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Periodo
Primo semestre
Prerequisiti
Conoscenze di base di Fisica, Chimica generale e Inorganica, Chimica Organica e Biochimica.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una prova scritta, della durata di due ore, sul programma del modulo di "Metodi Fisici in Chimica Bioorganica" e una prova orale sul programma del modulo di "Analisi e farmaco-dinamica di principi attivi biotecnologici". Non sono previste prove in itinere.
La prova scritta è composta da una domanda di teoria ed un esercizio di interpretazione di spettri di una molecola organica a struttura nota.
La prova orale verificherà la conoscenza dei principi di analisi strumentale e di misurazione dell'attività biologica di prodotti biofarmaceutici.
Modulo: Metodi fisici in chimica bioorganica
Programma
PARTE GENERALE: spettro elettromagnetico e radiazione elettromagnetica, caratterizzazione della radiazione elettromagnetica, radiazione elettromagnetica e interazioni con la materia, le tecniche spettroscopiche.
SPETTROSCOPIA INFRAROSSA: Principi fondamentali, frequenza dell'assorbimento infrarosso e struttura chimica. Lo spettro IR. Assorbimenti caratteristici: idrocarburi (alcani, alcheni, alchini, aromatici), alcoli, eteri, alogenuri, composti carbonilici, ammine. Lettura di spettri IR. Strumentazione e registrazione degli spettri. Strumentazione e registrazione degli spettri, Spettrofotometro IR e Spettrofotometro IR a trasformata di Fourier (FT-IR). Tecniche in riflessione (ATR, DRIFT, RAIRS, ATR). Applicazioni della spettroscopia IR.
RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE: principi generali, proprietà dei nuclei, campo magnetico e radiazione elettromagnetica (radiofrequenza). Risonanza magnetica protonica: Introduzione. Spettrometria NMR ad impulsi con trasformata di Fourier. Sistema di riferimento rotante. Spostamento chimico. Accoppiamento di spin semplice. Sistemi di spin con due o tre costanti di accoppiamento. Accoppiamento vicinale, geminale e a lunga distanza. Disaccoppiamento di spin. Prossimità H-H nello spazio ed effetto Overhauser. Spettroscopia per differenza ad effetto nucleare Overhauser. Lettura di spettri 1HNMR. Spettroscopia 13C-NMR: Introduzione. Tecniche di registrazione di uno spettro del carbonio. Spostamenti chimici. Accoppiamento di spin 13C-1H. Spettri DEPT e APT. Spettroscopia NMR di correlazione 1H-1H COSY.1H-13C HETCOR-HSQC-HMBC. Spettroscopia NMR di altri nuclei importanti Risonanza magnetica nucleare del 15N, del 19F e 31P. Lettura di spettri NMR. Applicazioni della spettroscopia NMR.
SPETTROMETRIA DI MASSA: Introduzione. Strumentazione, sistema di introduzione, sorgenti, analizzatori. Ione molecolare a bassa e ad alta risoluzione. Riconoscimento dello ione molecolare. Frammentazioni e riarrangiamenti. Spettri di massa di alcune classi chimiche.
DICROISMO CIRCOLARE: Introduzione. Principi. Applicazioni
TECNICHE DI CARATTERIZZAZIONE DELLO STATO SOLIDO: DSC e DIFFRATTOMETRIA RAGGI X. Principi base e applicazioni.
Metodi didattici
Lezioni frontali e esercizi di interpretazione spettri
Materiale di riferimento
R.M. Silverstein, F.X. Webster Identificazione spettrometrica di composti organici Terza edizione-Casa Editrice Ambrosiana.
Structure determination of organic compounds, practical exercises E. Rossi, D. Nava, G. Abbiati, G. Celentano, S. Pandini. Casa Editrice Edises
A. Randazzo. Guida pratica all'interpretazione di spettri NMR. Casa Editrice Loghia
Modulo: Analisi e farmaco-dinamica di principi attivi biotecnologici
Programma
I biofarmaci e in particolare le proteine terapeutiche prodotte utilizzando la tecnologia del DNA ricombinante sono molecole complesse, eterogenee, e soggette a una varietà di modificazioni enzimatiche e/o chimiche che possono avvenire durante l'espressione, la purificazione e la conservazione a lungo termine.
Il corso è diviso in due parti, di cui la prima dedicata alla caratterizzazione strutturale dei farmaci biotecnologici e una seconda dedicata alla caratterizzazione della loro farmacodinamica.

La caratterizzazione strutturale di farmaci biotecnologici verrà affrontata attraverso un percorso didattico che utilizza come esempio applicativo la caratterizzazione di anticorpi monoclonali coniugati con farmaci (ADCs) per l'approfondimento delle diverse tecniche analitiche e dei possibili approcci metodologici per la caratterizzazione di farmaci biotecnologici di ultima generazione. Questo percorso didattico affronterà le basi di tecniche strumentali tra le più diffuse in questo ambito tra cui:
1) Cromatografia (cromatografia liquida su colonna ad alta prestazione)
2) Elettroforesi (elettroforesi su gel e su capillare)
3) Spettroscopia UV-Vis (in assorbimento ed emissione)
4) Spettrometria di massa (con ionizzazione ESI e MALDI)
Verranno inoltre illustrati i principi di combinazione delle tecniche analitiche strumentali sopra citate e i principi di preparazione e purificazione del campione necessari per eseguire le analisi.

Per quanto riguarda invece caratterizzazione della farmacodinamica dei farmaci biotecnologici è importante sottolineare che la determinazione dell'efficacia di biofarmaci si riferisce alla misurazione quantitativa dell'attività biologica di un dato prodotto. L'attività biologica è un attributo di qualità critico; pertanto, le prove di efficacia sono una componente essenziale del controllo di qualità. Durante il corso, verranno illustrate diverse procedure per i test di potenza, tra cui:
1) Saggi basati sull'uso di colture cellulari
2) Saggi biochimici (ad es. saggi enzimatici)
3) Saggi basati sull'uso di animali da esperimento (modelli animali, transgenici, etc.)

Inoltre, verranno illustrati saggi riferiti a:
4) Contaminazione microbiologica di colture cellulari
5) Deriva genetica di colture cellulari
Metodi didattici
Lezioni frontali
Materiale di riferimento
Diapositive delle lezioni e materiale aggiuntivo fornito dai docenti e reperibile sulla piattaforma Ariel del corso
Moduli o unità didattiche
Modulo: Analisi e farmaco-dinamica di principi attivi biotecnologici
BIO/14 - FARMACOLOGIA - CFU: 0
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA - CFU: 0
Lezioni: 48 ore

Modulo: Metodi fisici in chimica bioorganica
CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA - CFU: 3
Lezioni: 24 ore

Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento
Via Golgi 19. Ingresso C, IV piano
Ricevimento:
Previo appuntamento (email o tel.)
Dipartimento di Scienze Farmacologiche, Via Balzaretti 9
Ricevimento:
previo appuntamento da concordare via email
Via L. mangiagalli 25, primo piano, ufficio 1066