Master Program in Molecular Biotechnology

Biochimica
Obiettivi formativi

Lo scopo di questo corso è quello di fornire le conoscenze molecolari sulla biochimica dei sensi: olfatto, gusto, vista, udito e tatto.  In particolare l’insegnamento fornirà gli strumenti per traslare tali competenze nel settore delle biotecnologie mediche ed industriali. Nella seconda parte il corso approfondirà il fenomeno della “drug tolerance”, un meccanismo atavico di resistenza ai trattamenti farmacologici (anche molecolari di ultima generazione) che accumuna gli organismi unicellulari per eccellenza, i batteri, ma anche le cellule tumorali.Infine verà illustrata la rilevanza biological e traslazionale dello studio delle cellule tumorali circolanti

Risultati attesi

Al termine del corso lo studente conoscerà:
1) il meccanismo molecolare alla base dell'olfatto, del gusto, della vista, dell'udito e del tatto;
2) come generare uno strumento bioelettronico;
3) il meccanismo molecolare alla base dello stato di persistenza nei batteri e nelle cellule tumorali;
4) le potenziali applicazioni cliniche di queste conoscenze;
5) il ruolo delle cellule tumorali circolanti nelle metastasi;
6) la rilevanza delle cellule tumorali circolanti nella ricerca preclinica e traslazionale.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Al termine del corso, lo studente dovrà aver acquisito la capacità di identificare i principali percorsi biochimici dei nostri sensi, inclusa la generazione del naso elettronico/lingua elettronica e dei dispositivi bioelettronici.
Inoltre, lo studente dovrà conoscere i circuiti biochimici coinvolti nel processo di adattamento terapeutico e di disseminazione tumorale, inclusi i meccanismi genetici e non genetici di resistenza alle terapie. 
Infine, lo studente dovrà essere in grado di discutere criticamente come le conoscenze biochimiche acquisite possano essere sfruttate per progettare approcci farmacologici innovativi per il trattamento del cancro.

Autonomia di giudizio e capacità comunicative

Lo studente sarà stimolato a sviluppare il pensiero critico utilizzando la letteratura scientifica attuale. Inoltre, durante il corso, gli studenti saranno coinvolti in discussioni attive sugli argomenti trattati per acquisire i concetti fondamentali necessari per sostenere l'esame.

Capacità di apprendimento

Gli studenti dovranno comprendere lo scopo e l'importanza dei principali processi biochimici coinvolti nelle nostre percezioni sensoriali. Soprattutto, dovranno aver acquisito la competenza per applicare le conoscenze biochimiche dei nostri sensi allo sviluppo di strumenti biotecnologici innovativi. Gli studenti dovranno descrivere i principi della tolleranza ai farmaci, descrivendo i circuiti biologici più rilevanti attivati ​​dalle cellule tumorali per sopravvivere, proliferare, formare un tumore sino a metastatizzare. Inoltre, il corso stimolerà la capacità degli studenti di integrare queste conoscenze con le informazioni acquisite durante altri corsi.

• La biochimica dei sensi. Il senso dell'olfatto. La biochimica del recettori olfattivi. Il meccanismi di attivazione e di modulazione del segnale nei recettori olfattivi.
• Le scoperta del premio Nobel R. Axel e L. Buck sulla mappa topografica dell'olfatto. I vari modelli animali per la comprensione della mappa olfattiva. Introduzione al naso elettronico.
• I vari tipi di sensori del naso elettronico. Lo sviluppo e le possibili applicazioni nelle biotecnologie del naso elettronico. Il ruolo dell'olfatto nell'ematopoiesi della drosofila.
• Lo sviluppo del naso bioelettronico mediante l'uso delle nanovescicole (NvBN). Applicazioni e utilizzo dei NvBN per identificare i biomarcatori tumorali.
• Il possibile uso diagnostico e prognostico del naso elettronico nella diagnosi del mesotelioma e il suo utilizzo per valutare la risposta all'immunoterapia.
• La percezione del senso del gusto. La papilla gustativa e il meccanismo di percezione del gusto nelle cellule di tipo I,II,III.
• La traduzione del segnale nel gusto. La lingua elettronica. Il senso della visione: la rodopsina. La conversione del segnale luminoso in impulso elettrico. I coni e i bastoncelli. Il daltonismo.
• L'udito e l'orecchio interno. Il funzionamento delle stereocilia e l'attivazione dei canali al potassio meccano-sensibili. Il ruolo di Notch nella rigenerazione delle cellule ciliate uditive. Il tatto. Il recettore della capsaicina e la sensazione di dolore, temperatura e acidità. Il ruolo del recettore piezo2 nella trasduzione della forza meccanica.
• Introduzione al concetto di "noise in biology and bet hedging". L'adattamento fenotipo nei batteri.
• La scoperta dei "drug tollerant persisters" nei batteri.
• Il ruolo del caso e la capacità di adattamento metabolico nei persisters batterici
• Il ruolo dell'effetto soglia nel modulo TA dei batteri. Il ruolo dei microRNAs nel controllo dell'effetto soglia: uso del modello dei geni reporters.
• Il controllo dell'identità e della variabilità fenotipica delle cellule staminali ad opera dell'effetto soglia microRNA-dipendente.
• Analogie tra i batteri e le cellule tumorali nei meccanismi di resistenza ai farmaci. Il processo di "tumor cell seeding". Introduzione alla medicina di precisione e ai meccanismi di resistenza nei tumori.
• Il ruolo dei "drug tollerant persisters" nella medicina di precisione. Il cambiamento epigenetico come meccanismo di sopravvivenza delle cellule persistenti.
• I diversi modelli che spiegano il ruolo dei persisters nello sviluppo della resistenza acquisita ai farmaci a bersaglio molecolare.

• Cellule tumorali circolanti (CTC): isolamento, arricchimento e caratterizzazione.

• Studi genetici, trascrizionali, metabolici e funzionali sulle CTC.

• Applicazione delle CTC nella diagnosi, nel monitoraggio della risposta al trattamento e nello screening farmacologico.

•  Cellule tumorali disseminate (DTC), dormienza, opportunità terapeutiche offerte dall’analisi di DTC e CTC.

Il corso consisterà di ciclo introduttivo di lezioni durante le quali la docente svolgerà  gli argomenti del programma illustrandoli mediante diapositive power point che saranno messe a disposizione degli studenti. Queste saranno  corredate dall'indicazione di reviews e articoli recenti che gli studenti potranno utilizzare per la preparazione delle loro presentazioni (discusse a lezione nella seconda parte del corso) in cui verrà richiesto di approfondire i più importanti argomenti concordandone la scelta con il docente. L'insegnamento potrà anche essere seguito a distanza per l’intero programma.

Biochimica

L'esame consisterà in:

- una prova scritta comprendente 4 domande aperte (punteggio da 0 a 7 in base alla correttezza della risposta) e 4 domande a risposta multipla (punteggio 1)

-oppure una prova orale in cui ad ogni studente verranno poste domande sui principali argomenti del programma svolto durante le lezioni.

Nello specifico, sarà valutata la capacità di discutere in modo approfondito e corretto i principali argomenti del corso, includendo anche la logica, la capacità di ragionamento, la critica, la qualità dell'esposizione e l'appropriatezza nell'uso della terminologia scientifica