Chimica farmaceutica e processi fermentativi

A.A. 2019/2020
10
Crediti massimi
80
Ore totali
SSD
CHIM/08 CHIM/11
Lingua
Italiano
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.
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.
Programma e organizzazione didattica

Single session

Periodo
Primo semestre
Programma
Durante lo svolgimento delle lezioni frontali riguardanti la Chimica Farmaceutica verranno cronologicamente illustrati gli argomenti di seguito elencati:
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 (prodrugs)
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 che lo studente possegga le nozioni di base di microbiologia e abbia una buona conoscenza della chimica organica e della chimica biologica.
Metodi didattici
Il corso prevede lezioni frontali durante le quali verranno svolte anche delle esercitazioni basate su case study e delle 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 degli studenti sulla piattaforma Ariel.
Gli studenti 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. 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
La prova d'esame sarà articolata in una prova scritta ed una orale.
La prova scritta, della durata di 120 minuti, sarà di norma suddivisa in due parti.
La prima parte prevedrà 1-2 domande aperte inerenti gli argomenti inseriti nel programma di "Processi fermentativi nella produzione di farmaci" e un esercizio di progettazione di un processo fermentativo.
La seconda parte consisterà in 1-2 domande aperte ed un questionario a risposta multipla inerente il programma di "Chimica Farmaceutica".
Per accedere alla prova orale sarà necessario ottenere una valutazione di almeno 18/30 in entrambe le parti della prova scritta.
La prova orale si svolgerà entro e non oltre 10 giorni dalla prova scritta e prevedrà una discussione dello scritto con eventuali approfondimenti dei temi trattati.
Il voto, espresso in trentesimi, verrà determinato mediante media ponderata della votazione attribuita dai due docenti.
Gli studenti frequentanti avranno la possibilità di sostenere prove in itinere al termine delle lezioni tenute da ciascun docente. In tal caso la valutazione espressa in trentesimi, verrà determinata mediante media ponderata della votazione conseguita nelle due prove in itinere.
La valutazione verrà effettuata considerando la capacità dello studente di comprendere correttamente i quesiti e di scegliere, elaborare e collegare le conoscenze acquisite durante il corso, utilizzando un linguaggio scientifico appropriato.
Moduli o unità didattiche
Chimica farmaceutica
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA - CFU: 0
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI - CFU: 0
Lezioni: 48 ore

Processi fermentativi nella produzione dei farmaci
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA - CFU: 0
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI - CFU: 0
Lezioni: 32 ore

Docente/i
Ricevimento:
Previo appuntamento
Ufficio 4021 Via Golgi 19 Ingresso 1C 4° piano
Ricevimento:
previo appuntamento
Via L. Mangiagalli, 25, Stanza 2063