Biotecnologie farmacologiche e biologia molecolare

A.A. 2019/2020
Insegnamento per
8
Crediti massimi
72
Ore totali
SSD
BIO/11 BIO/14
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Le biotecnologie hanno generato una vera rivoluzione nella scoperta di farmaci fornendo nuove molecole terapeutiche e strumenti di ricerca innovativi, l'obiettivo del corso è quello di fornire agli studenti le basi per la comprensione delle metodologie biotecnologiche e la loro applicazione allo sviluppo di nuovi farmaci biotecnologici. A tale fine, il modulo Biologia molecolare si propone di approfondire le conoscenze relative alla struttura chimica, alle proprietà e alle funzioni delle macromolecole informazionali (DNA, RNA e proteine), ai meccanismi molecolari che regolano la trasmissione e il mantenimento di informazioni per comprendere meglio la funzionalità dei singoli geni e del genoma nel suo complesso, e di rivisitare principi di base e applicazioni dei metodi più comunemente utilizzati in laboratorio per manipolare gli acidi nucleici, isolare i geni e studiarne l'organizzazione, l'espressione e la funzione. Il modulo Biotecnologie Farmacologiche si propone di rivisitare i cambiamenti avvenuti nelle strategie applicate alla ricerca e allo sviluppo di farmaci negli ultimi venti anni, descrivere le attuali metodologie per la definizione di bersagli farmacologici e l'identificazione di composti terapeutici e analizzare le strategie attualmente applicate e applicabile nel prossimo futuro per la generazione di nuovi farmaci.
Al termine dell'insegnamento di Biotecnologie Farmacologiche e Biologia Molecolare, lo studente dovrà aver acquisito conoscenze sulle metodologie di biologia molecolare innovative e applicate alla ricerca di nuovi bersagli farmacologici e allo sviluppo di farmaci. Inoltre, con le conoscenze sviluppate con questo insegnamento, lo studente avrà sviluppato il necessario senso critico per poter incrementare le sue conoscenze muovendosi nel mondo sempre più vasto delle biotecnologie in ambito farmacologico.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
Moduli o unità didattiche
Modulo: Biologia molecolare
BIO/11 - BIOLOGIA MOLECOLARE - CFU: 4
Lezioni: 32 ore
Docente: Colombo Irma

Modulo: Biotecnologie farmacologiche
BIO/14 - FARMACOLOGIA - CFU: 4
Esercitazioni: 16 ore
Lezioni: 24 ore

STUDENTI FREQUENTANTI
Propedeuticità
Frequenza al corso di Biochimica applicata
Prerequisiti e modalità di esame
L'insegnamento è rivolto a studenti che abbiano acquisito nozioni di farmacologia e farmacoterapia. Molto utile per la piena comprensione delle metodologie di biologia molecolare è anche la conoscenza delle nozioni fornite dal corso di Biochimica applicata (il superamento del corrispondente esame non è comunque vincolo per sostenere l'esame del C.I. di Biotecnologie farmacologiche e Biologia molecolare).

Esami propedeutici
- Farmacologia e farmacoterapia

Modalità d'esame

L'esame consta di un'unica prova orale e consiste nella presentazione (in power point) di un articolo di letteratura scientifica scelto tra quelli proposti dai Docenti o proposto autonomamente dallo studente, previa sua approvazione da parte dei Docenti. Nel corso della presentazione verranno accertate le capacità critiche dello studente, nonché l'apprendimento delle nozioni impartite a lezione, mediante domande specifiche relative sia all'articolo sia agli argomenti trattati in aula.
Il criterio di assegnazione del voto è stabilito sulla base del livello di conoscenza degli argomenti trattati in aula, della capacità dello studente di esporre con terminologia appropriata e delle sue capacità critiche.
Modulo: Biotecnologie farmacologiche
Programma
L'evoluzione della ricerca e sviluppo di farmaci nell'industria farmaceutica dagli anni '90 ad oggi. Costo della ricerca farmacologica e analisi delle motivazioni per il crescente aumento dei costi di ricerca e sviluppo farmacologico. Le motivazioni di "attrito" nelle procedure di ricerca e sviluppo di un farmaco.
Le diverse fasi nella ricerca e sviluppo di un farmaco biologico e di sintesi a livello preclinico:
- ricerca di nuovi bersagli per l'azione di farmaci;
- identificazione del principio attivo;
- assorbimento, distribuzione, metabolismo e tossicologia del principio attivo in studio.
I contributi delle biotecnologie alla moderna ricerca farmacologica:
- identificazione delle basi molecolari di malattie genetiche e idiopatiche;
- il progetto genoma umano e sua evoluzione. Interesse farmacologico;
- tecniche per il sequenziamento e studio delle funzioni del DNA;
- 'omics' e loro applicazioni farmacologiche;
- gli sviluppi della bioinformatica: creazione di nuovi linguaggi e metodi per l'analisi di dati biologici;
- la filosofia alla base della creazione di 'gene ontology';
- le strategie nella creazione di banche dati biologici;
- tipologie di banche dati biologiche e loro apporto alla ricerca di nuovi farmaci;
- sistemi reporter e metodologie di imaging per lo studio della azione dei farmaci;
- ingegneria cellulare nello studio e sviluppo di nuovi principi farmacologicamente attivi;
- ingegneria animale nello studio e sviluppo di nuovi principi farmacologicamente attivi.
Cenni a nuove strategie terapeutiche:
- acidi nucleici come farmaci;
- terapia genica;
- terapia cellulo-mediata.
Metodi didattici
Lezioni frontali (3 cfu)
Esercitazioni in laboratorio (1 cfu)
Materiale didattico e bibliografia
Materiale iconografico delle lezioni su sito https://ariel.unimi.it/
Modulo: Biologia molecolare
Programma
- Struttura e proprietà chimiche di basi azotate, nucleotidi e catene polinucleotidiche. Struttura chimica del DNA, aspetti topologici e DNA topoisomerasi. Struttura fisica dei genomi e meccanismi di rimodellamento della cromatina. Contenuto e organizzazione del genoma umano e di E. coli. Struttura e concetto di gene. Versatilità strutturale e funzionale dell'RNA.
- Processo di trascrizione in procarioti ed eucarioti: struttura e proprietà delle RNA polimerasi; meccanismo molecolare del processo; elementi e fattori per il controllo dell'attività trascrizionale.
- Processi di maturazione dei pre-mRNA nelle cellule eucariote: meccanismo e funzioni del capping in 5', della poliadenilazione in 3', dello splicing (costitutivo e alternativo) e dell'RNA editing.
- Processi di maturazione dei pre-rRNA in procarioti ed eucarioti e biosintesi dei ribosomi.
- Processi di maturazione dei pre-tRNA in procarioti ed eucarioti. Struttura dei tRNA, reazione di aminoacilazione, codice genetico.
- Processo di traduzione in procarioti ed eucarioti: meccanismo molecolare e controllo traduzionale e post-traduzionale.
- Degradazione dell'mRNA e delle proteine: meccanismi e regolazione.
- RNA regolatori: i ribointerruttori e i microRNA.
- Riarrangiamenti genomici ed elementi genetici mobili: meccanismi di ricombinazione e di trasposizione.

Richiami su principi e applicazioni di:
- tecniche di ibridazione su membrana e marcatura degli acidi nucleici con metodi radioattivi e non;
- clonaggio molecolare o genico in vettori plasmidici per cellule procariotiche ed eucariotiche;
- tecniche per la trasformazione e la trasfezione di cellule ospiti e strategie di selezione dei trasformanti e delle cellule trasfettate;
- tecniche per l'analisi dell'espressione genica a livello trascrizionale (Northern blot, RPA assay, ibridazione in situ, qRT-PCR) e traduzionale (western blotting, immunoprecipitazione, ELISA, immuno-cito/isto-chimica);
- tecniche per lo studio del promotore e degli elementi di regolazione degli mRNA (trasfezioni transienti e stabili, vettori d'espressione e geni reporter);
- tecniche per l'analisi della funzione di geni: mutagenesi in vitro, sovraespressione, sostituzione e inattivazione genica; sistemi per l'espressione genica condizionale; silenziamento genico mediante interferenza a RNA (siRNA).
Metodi didattici
Lezioni frontali (4 cfu)
Materiale didattico e bibliografia
Materiale iconografico delle lezioni su sito https://ariel.unimi.it/
STUDENTI NON FREQUENTANTI
Prerequisiti e modalità di esame
L'insegnamento è rivolto a studenti che abbiano acquisito nozioni di farmacologia e farmacoterapia. Molto utile per la piena comprensione delle metodologie di biologia molecolare è anche la conoscenza delle nozioni fornite dal corso di Biochimica applicata (il superamento del corrispondente esame non è comunque vincolo per sostenere l'esame del C.I. di Biotecnologie farmacologiche e Biologia molecolare).

Esami propedeutici
- Farmacologia e farmacoterapia

Modalità d'esame

L'esame consta di un'unica prova orale e consiste nella presentazione (in power point) di un articolo di letteratura scientifica scelto tra quelli proposti dai Docenti o proposto autonomamente dallo studente, previa sua approvazione da parte dei Docenti. Nel corso della presentazione verranno accertate le capacità critiche dello studente, nonché l'apprendimento delle nozioni impartite a lezione, mediante domande specifiche relative sia all'articolo sia agli argomenti trattati in aula.

Il criterio di assegnazione del voto è stabilito sulla base del livello di conoscenza degli argomenti trattati in aula, della capacità dello studente di esporre con terminologia appropriata e delle sue capacità critiche.
Modulo: Biotecnologie farmacologiche
Programma
L'evoluzione della ricerca e sviluppo di farmaci nell'industria farmaceutica dagli anni '90 ad oggi. Costo della ricerca farmacologica e analisi delle motivazioni per il crescente aumento dei costi di ricerca e sviluppo farmacologico. Le motivazioni di "attrito" nelle procedure di ricerca e sviluppo di un farmaco.
Le diverse fasi nella ricerca e sviluppo di un farmaco biologico e di sintesi a livello preclinico:
- ricerca di nuovi bersagli per l'azione di farmaci;
- identificazione del principio attivo;
- assorbimento, distribuzione, metabolismo e tossicologia del principio attivo in studio.
I contributi delle biotecnologie alla moderna ricerca farmacologica:
- identificazione delle basi molecolari di malattie genetiche e idiopatiche;
- il progetto genoma umano e sua evoluzione. Interesse farmacologico;
- tecniche per il sequenziamento e studio delle funzioni del DNA;
- 'omics' e loro applicazioni farmacologiche;
- gli sviluppi della bioinformatica: creazione di nuovi linguaggi e metodi per l'analisi di dati biologici;
- la filosofia alla base della creazione di 'gene ontology';
- le strategie nella creazione di banche dati biologici;
- tipologie di banche dati biologiche e loro apporto alla ricerca di nuovi farmaci;
- sistemi reporter e metodologie di imaging per lo studio della azione dei farmaci;
- ingegneria cellulare nello studio e sviluppo di nuovi principi farmacologicamente attivi;
- ingegneria animale nello studio e sviluppo di nuovi principi farmacologicamente attivi.
Cenni a nuove strategie terapeutiche:
- acidi nucleici come farmaci;
- terapia genica;
- terapia cellulo-mediata.
Materiale didattico e bibliografia
Materiale iconografico delle lezioni su sito https://ariel.unimi.it/
Modulo: Biologia molecolare
Programma
- Struttura e proprietà chimiche di basi azotate, nucleotidi e catene polinucleotidiche. Struttura chimica del DNA, aspetti topologici e DNA topoisomerasi. Struttura fisica dei genomi e meccanismi di rimodellamento della cromatina. Contenuto e organizzazione del genoma umano e di E. coli. Struttura e concetto di gene. Versatilità strutturale e funzionale dell'RNA.
- Processo di trascrizione in procarioti ed eucarioti: struttura e proprietà delle RNA polimerasi; meccanismo molecolare del processo; elementi e fattori per il controllo dell'attività trascrizionale.
- Processi di maturazione dei pre-mRNA nelle cellule eucariote: meccanismo e funzioni del capping in 5', della poliadenilazione in 3', dello splicing (costitutivo e alternativo) e dell'RNA editing.
- Processi di maturazione dei pre-rRNA in procarioti ed eucarioti e biosintesi dei ribosomi.
- Processi di maturazione dei pre-tRNA in procarioti ed eucarioti. Struttura dei tRNA, reazione di aminoacilazione, codice genetico.
- Processo di traduzione in procarioti ed eucarioti: meccanismo molecolare e controllo traduzionale e post-traduzionale.
- Degradazione dell'mRNA e delle proteine: meccanismi e regolazione.
- RNA regolatori: i ribointerruttori e i microRNA.
- Riarrangiamenti genomici ed elementi genetici mobili: meccanismi di ricombinazione e di trasposizione.

Richiami su principi e applicazioni di:
- tecniche di ibridazione su membrana e marcatura degli acidi nucleici con metodi radioattivi e non;
- clonaggio molecolare o genico in vettori plasmidici per cellule procariotiche ed eucariotiche;
- tecniche per la trasformazione e la trasfezione di cellule ospiti e strategie di selezione dei trasformanti e delle cellule trasfettate;
- tecniche per l'analisi dell'espressione genica a livello trascrizionale (Northern blot, RPA assay, ibridazione in situ, qRT-PCR) e traduzionale (western blotting, immunoprecipitazione, ELISA, immuno-cito/isto-chimica);
- tecniche per lo studio del promotore e degli elementi di regolazione degli mRNA (trasfezioni transienti e stabili, vettori d'espressione e geni reporter);
- tecniche per l'analisi della funzione di geni: mutagenesi in vitro, sovraespressione, sostituzione e inattivazione genica; sistemi per l'espressione genica condizionale; silenziamento genico mediante interferenza a RNA (siRNA).
Materiale didattico e bibliografia
Materiale iconografico delle lezioni su sito https://ariel.unimi.it/
Periodo
Secondo semestre
Periodo
Secondo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Docente/i
Ricevimento:
Sempre, previo appuntamento telefonico.
DiSFeB, sez. Biochimica, Biofisica, Fisiologia e Immunopatologia, via Trentacoste 2
Ricevimento:
Venerdi dalle 10.30 alle 12.30