Chimica farmaceutica e processi fermentativi
A.A. 2020/2021
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
Periodo
Primo semestre
Metodi didattici
Le lezioni previste dall'orario del primo semestre verranno svolte in modalità sincrona utilizzando la Piattaforma Microsoft Teams. Se i regolamenti inerenti il distanziamento sociale lo permetteranno e se saranno disponibili aule parte delle lezioni saranno svolte in presenza garantendo la partecipazione anche agli studenti non presenti in aula mediante collegamento con la Piattaforma Microsoft Teams. Le modalità e i criteri di partecipazione alle lezioni in presenza verranno pubblicate nelle pagine Ariel dell'insegnamento come pure gli avvisi relativi a qualsiasi aggiornamento legato all'evoluzione della normativa imposta dal Covid-19.
La registrazione delle lezioni e il materiale utilizzato durante le lezioni verranno resi disponibili sulla Piattaforma Ariel o, in alternativa su Piattaforma Microsoft Teams, per permetterne la fruizione in modalità asincrona.
Programma e materiale di riferimento
Il programma e il materiale di riferimento non subiranno variazioni.
Modalità di verifica dell'apprendimento e criteri di valutazione
Come in passato l'esame si svolgerà in forma scritta ed orale e, laddove la regolamentazione lo consentisse, in presenza. In quest'ultimo caso, per gli studenti impossibilitati a raggiungere l'aula, sarà prevista la possibilità di svolgere l'esame a distanza.
Le modalità con cui si articoleranno le prove e i criteri di valutazione non subiranno variazioni.
Gli esami a distanza saranno svolti utilizzando la Piattaforma Microsoft Teams ed exam.net, con le modalità illustrate sul portale di Ateneo (https://www.unimi.it/it/node/121/). Agli studenti iscritti all'appello verranno inviate tramite mail tutte le indicazioni necessarie per lo svolgimento dell'esame.
Viene confermata la possibilità di sostenere prove in itinere al termine delle lezioni tenute da ciascun docente per gli studenti frequentanti. Anche in questo caso le prove verranno svolte in modalità telematica o in presenza in funzione della regolamentazione vigente nelle date che verranno fissate per il loro svolgimento.
Le lezioni previste dall'orario del primo semestre verranno svolte in modalità sincrona utilizzando la Piattaforma Microsoft Teams. Se i regolamenti inerenti il distanziamento sociale lo permetteranno e se saranno disponibili aule parte delle lezioni saranno svolte in presenza garantendo la partecipazione anche agli studenti non presenti in aula mediante collegamento con la Piattaforma Microsoft Teams. Le modalità e i criteri di partecipazione alle lezioni in presenza verranno pubblicate nelle pagine Ariel dell'insegnamento come pure gli avvisi relativi a qualsiasi aggiornamento legato all'evoluzione della normativa imposta dal Covid-19.
La registrazione delle lezioni e il materiale utilizzato durante le lezioni verranno resi disponibili sulla Piattaforma Ariel o, in alternativa su Piattaforma Microsoft Teams, per permetterne la fruizione in modalità asincrona.
Programma e materiale di riferimento
Il programma e il materiale di riferimento non subiranno variazioni.
Modalità di verifica dell'apprendimento e criteri di valutazione
Come in passato l'esame si svolgerà in forma scritta ed orale e, laddove la regolamentazione lo consentisse, in presenza. In quest'ultimo caso, per gli studenti impossibilitati a raggiungere l'aula, sarà prevista la possibilità di svolgere l'esame a distanza.
Le modalità con cui si articoleranno le prove e i criteri di valutazione non subiranno variazioni.
Gli esami a distanza saranno svolti utilizzando la Piattaforma Microsoft Teams ed exam.net, con le modalità illustrate sul portale di Ateneo (https://www.unimi.it/it/node/121/). Agli studenti iscritti all'appello verranno inviate tramite mail tutte le indicazioni necessarie per lo svolgimento dell'esame.
Viene confermata la possibilità di sostenere prove in itinere al termine delle lezioni tenute da ciascun docente per gli studenti frequentanti. Anche in questo caso le prove verranno svolte in modalità telematica o in presenza in funzione della regolamentazione vigente nelle date che verranno fissate per il loro svolgimento.
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.
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
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.
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
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI
Lezioni: 48 ore
Docente:
Sparatore Anna Concettina
Processi fermentativi nella produzione dei farmaci
CHIM/08 - CHIMICA FARMACEUTICA
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI
CHIM/11 - CHIMICA E BIOTECNOLOGIA DELLE FERMENTAZIONI
Lezioni: 32 ore
Docente:
Gandolfi Raffaella
Docente/i