Analisi e controllo di qualità dei farmaci biotecnologici

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: Calorimetria differenziale a scansione e diffrattometria raggi X. Principi base e applicazioni.
Per tutte le tecniche analitiche affrontate nell'ambito dell'insegnamento, verranno affrontate problematiche nell'ambito della caratterizzazione di biomolecole.

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 dell'intero processo produttivo ("the product is the process"). Durante il corso, verranno illustrate diverse procedure per i test di attività biologica, tra cui:
1) Saggi biochimici (ad es. saggi enzimatici e immunoenzimatici)
2) Saggi basati sull'uso di colture cellulari
3) Saggi basati sull'uso di animali da esperimento (modelli animali transgenici tradizionali e condizionali, etc.)

Inoltre, verranno fornite informazioni sulla messa a punto di nuovi saggi basati sull'uso di cellule iPS umane (induced pluripotent stem cells), organoidi, tecnologie di gene editing e CAR-T, e sui Centri Nazionali per il controllo della qualità dei farmaci e sugli organismi locali e nazionali deputati alla regolamentazione della sperimentazione animale.