Master Program in Molecular Biotechnology

Questo corso contribuisce agli obiettivi formativi dell'area propedeutica del corso di laurea magistrale in "Biotecnologie molecolari" con curriculum specifico in "Imaging biomedico e sviluppo di farmaci". È finalizzato a fornire agli studenti solide conoscenze sulle tecnologie per l'imaging in vivo e sull'applicazione di sonde di imaging per la diagnostica in vivo, partec essenziale di questo curriculum nell'ambito del corso di laurea magistrale. In particolare, questo insegnamento  mira a fornire agli studenti:

- un'introduzione al linguaggio interdisciplinare (chimico, biologico, radiologico) e alle metodologie scientifiche relative alle tecnologie di imaging e alle sonde di imaging.

- basi nel campo delle tecniche di imaging in vivo, inclusa la conoscenza del funzionamento dei diversi metodi e dei principi chimico-fisici fondamentali su cui si basano le diverse tecniche.

- conoscenza dei metodi di imaging disponibili a livello preclinico (ricerca di base e traslazionale) e/o utilizzati nella pratica clinica per la diagnosi di diverse patologie. Attenzione sarà dedicata anche a metodi più innovativi che non sono stati tradotti nella routine clinica, ma che sono attualmente oggetto di studio in studi clinici e preclinici. In particolare saranno studiati MRI, X-ray TC, OI, US, PAI e medicina nucleare.

- una conoscenza approfondita delle relazioni tra sonde di imaging (utilizzate a livello preclinico e clinico) e sistemi biologici (macromolecole, cellule, organismi viventi).

L'obiettivo generale del corso è fornire agli studenti le conoscenze fondamentali per la comprensione delle principali tecniche di imaging diagnostico in vivo. In particolare, questo modulo offrirà le basi e le principali applicazioni precliniche e cliniche di Magnetic Resonance Imaging (MRI), Optical Imaging (OI), Ultrasound Imaging (US), Photoacoustic Imaging (PAI), Positrone emission tomography (PET) e single photon emission computed tomography (SPECT).

Al termine dell'insegnamento lo studente dovrà conoscere:

• il funzionamento delle principali sequenze MRI
• i parametri di acquisizione delle sequenze e modificarli per migliorare la qualità delle immagini
• l'azione delle principali categorie di agenti di contrasto
• quali informazioni possono essere ricavate, mediante le tecniche MRI-MRS, riguardo diverse patologie
• le principali metodologie di imaging ottico in vivo
• le proprietà e l'uso delle proteine fluorescenti
• come utilizzare le metodologie di trasferimento di energia (FRET, BRET)
• le caratteristiche foto-fisiche di un agente fluorescente
• le caratteristiche dell'imaging a Ultrasuoni e degli agenti di contrasto per questa tecnica
• le basi chimico-fisiche dell'effetto fotoacustico e la sua applicazione nella generazione di immagini mediche
• quali informazioni sulle diverse patologie si possono ottenere applicando l'imaging fotoacustico 
• le proprietà degli agenti di contrasto endogeni ed esogeni

Conoscenza e comprensione
Alla fine del corso, gli studenti avranno una buona conoscenza delle diverse tecniche di imaging in vivo, dei loro principi di funzionamento e dei rispettivi punti di forza e di debolezza.

Saranno in grado di identificare quale tipo di informazioni possono essere ottenute da ciascun metodo (informazioni anatomiche, funzionali o metaboliche) e di valutare quale tecnica di imaging può fornire informazioni significative su una specifica malattia.

Capacità di Giudizio

Gli studenti saranno in grado di discutere, in piccoli gruppi e con il professore, sulle pubblicazioni scientifiche riguardanti i metodi di imaging in vivo. Saranno inoltre in grado di interpretare i risultati sperimentali ottenuti utilizzando diverse tecniche di imaging.

Abilità comunicative

Sarà acquisita la corretta terminologia specifica utilizzata per i diversi metodi di imaging.

Gli studenti acquisiranno le conoscenze appropriate per presentare articoli scientifici e risultati riguardanti i metodi di imaging in vivo.

Queste competenze saranno sviluppate attraverso il coinvolgimento attivo degli studenti durante le discussioni in classe.

Capacità di apprendimento

Gli studenti svilupperanno una capacità di apprendimento autonomo e di autovalutazione, che li renderà pronti ad iniziare la loro futura carriera con un alto grado di indipendenza.T).

• Principi di formazione dell'immagine in MRI mediante gradienti di campo magnetico
• Sequenze di impulso
• Il contrasto nelle immagini MRI, come può essere variato (parametri TR e TE).
• Agenti di contrasto paramagnetici in MRI
• Agenti di contrasto CEST, agenti responsivi di pH
• Spettroscopia NMR in vivo: spettri di eteronuclei (13C, 19F, 31P)
• Spettroscopia NMR in vivo per il rilevamento precoce dell'efficienza di un trattamento terapeutico e per la diagnosi (agenti di contrasto iperpolarizzati)
• Diffusion MRI
• Principi base di ottica e radiazioni elettromagnetiche
• Fotoluminescenza
• Metodologie di imaging ottico in vivo
• Proteine fluorescenti e Bioluminescenza
• Sonde fluorescenti esogene
• Principi base degli ultrasuoni
• Imaging a ultrasuoni
• Agenti di contrasto per imaging a ultrasuoni
• Basi fisiche dell'effetto fotoacustico
• imaging fotoacustico (PAI)
• Agenti di contrasto endogeni ed esogeni in imaging fotoacustico
• Concetti di base dell'applicazione clinica dell'imaging PET e SPECT in medicina.
  -Panoramica sugli aspetti tecnici dei tomografi PET e SPECT.
  -Panoramica sulle strutture precliniche (laboratorio) e cliniche (ospedaliere) per la medicina nucleare e l'imaging molecolare.
  -Sintesi e produzione di radiofarmaci PET utilizzando un generatore di gallio-68
  -Sintesi e produzione di radiofarmaci PET utilizzando una struttura ciclotrone
  -Applicazione clinica e preclinica dell'imaging di medicina nucleare in cancro, endocrinologia, in neurologia e disturbi degenerativi, cardiologia
  -Progettazione di nuovi radiofarmaci: come funziona?

Il corso consiste in lezioni frontali (22h) e esercitazioni pratiche(2h) 

L'acquisizione delle conoscenze sarà valutata tramite un esame orale e scritto in cui agli studenti verranno poste domande sugli argomenti principali del corso. Verranno inoltre valutati l'uso di una terminologia corretta e la chiarezza dell'esposizione.

In particolare, per questo modulo saranno eseguiti tre esami distinti.

-La prima parte sarà un esame orale che sarà somministrato dal Prof. Reineri e dal Dott. Dastrù e riguarderà le tecniche NMR/MRI, inclusa la risoluzione di semplici esercizi.

-La seconda parte dell'esame riguarderà le tecniche OI/US/PAI. Include domande a risposta multipla e aperte (2/3 del punteggio) e la presentazione di un articolo scientifico incentrato sugli argomenti del corso (1/3 del punteggio).

-La terza parte sarà riguarderà il modulo di medicina nucleaare ( pRof. Morbelli).

Il punteggio finale sarà la media pesata dei tre moduli.

Durante tutta la durata del corso gli studenti potranno contare sul supporto dei docenti per ogni domanda/problema, un pomeriggio alla settimana, previo appuntamento.