90891 - BIOSENSORI E METODI BIOANALITICI AVANZATI

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente: - acquisisce le nozioni fondamentali relative all’impiego delle molecole biologiche come reagenti, - conosce i principi di base relativi alle tecniche di rivelazione ed ai vari formati impiegati nelle tecniche bioanalitiche, - conosce le principali tipologie di biosensori e di metodi bioanalitici e le loro applicazioni, - sa selezionare la tecnica bioanalitica più idonea per risolvere problematiche reali.

Contenuti

Programma

Il corso è costituito da 3 CFU di lezioni frontali e 1 CFU di laboratorio.

a) Lezioni frontali (3 CFU, 24 ore)

1. Introduzione ai biosensori: storia, definizione e classificazione generale dei biosensori mediante elementi di riconoscimento molecolare e sistema di trasduzione,  biosensori catalitici e biosensori basati sull'affinità.
2. Elementi di riconoscimento molecolare: enzimi, anticorpi, nanobodies, proteine leganti non anticorpali, polimeri con impronta molecolare, aptameri, DNA, RNA, acidi nucleici peptidici (PNA) e cellule, phage display, nanozyme.
3. Panoramica sui principali sistemi di trasduzione: biosensori con rivelazione ottica,  elettrochimica, piezoelettrica, risonanza plasmonica superificiale. Biosensori calorimetrici.
4. Tecniche di analisi enzimatica: enzimi e cinetica enzimatica, analisi quantitativa mediante metodi cinetici e metodi a punto finale. Reazioni enzimatiche semplici e accoppiate. Tecniche di rievelazione utilizzate nelle analisi enzimatiche. Tecniche di immobilizzazione. Esempi di biosensori enzimatici. 
5. Tecniche immunologiche: anticorpi, produzione di anticorpi monoclonali e policlonali, anticorpi sintetici. Metodi immunologici non basati su traccianti e metodi immunologici basati su traccianti. Classificazione dei metodi immunologici omogenei e eterogenei. Tecniche di immobilizzazione degli anticorpi. Metodi immunologici competitivi e non competitivi. Reattività crociata. 
6. Sistemi Lateral Flow Immunoassays (LFI): componenti base  e di fabbricazione. Sistemi  LFI competitivi e non competitivi, diretti e indiretti. Materiali e marcatori utilizzati nella costruzione di un LFI. Rivelatori portatili per LFI. Esempi di biosensori LFI.
7. Tecniche di analisi genica: struttura e caratteristiche DNA, sintesi del DNA e analoghi sintetici. Elettroforesi su gel, reazioni di ibridazione (southern blotting, ibridazione su filtro o membrana, ibridazione in soluzione, inbridazione in situ). Marcatura diretta e indiretta. Reazione a catena della polimerasi (PCR). PCR quantitativa mediante diluizione scalare, con standard esterno, competitiva mediante standard interno. PCR real time, taqman probes, molecular beacons. Matrici a sonde (microarray).
8. Nanotecnologie a DNA: nanotecnologie strutturali e funzionali a DNA. DNA origami. DNA switches, DNA tweezers e DNA walker. Genosensori e aptasensori. Biosensori basati sull' ibridazione del DNA, tecniche label-based e label-free. Esempi di biosensori  a DNA. 
9. Biosensori cellulari: definizione e caratteristiche dei biosensori microbici e basati su cellule di mammifero.  Tecnologia dei geni reporter e esempi di geni reporter.  Classificazione dei bioreporter cellulari (non-specifici, semi-specifici e specifici). Sistemi multiplex. Biosensori cellulari per studiare le interazioni proteina-proteina: tecnologie basate sulla Resonance Enenrgy Transfer (RET) e sulla tecnologia Split (protein-fragment complementation assay (PCA). Tecniche di immobilizzazione utilizzate per le cellule. Esempi di biosensori cellulari.

Rassegna di recenti pubblicazioni scientifiche inerenti gli argomenti trattati nel corso e di applicazioni in campo medico, farmaceutico, ambientale, alimentare, industriale.

b) Laboratorio (1 CFU, 12 ore)

Testi/Bibliografia

Slide PowerPoint delle lezioni e PDF delle pubblicazioni scientifiche discusse durante il corso reperibili su Insegnamenti online (http://iol.unibo.it/, accesso con credenziali riservato agli studenti iscritti all'Università di Bologna).

 

Testi consigliati: 

• Bioanalytical Chemistry (English Edition) 2nd Edition, Wiley di Susan R. Mikkelsen, Eduardo Cortón, ISBN: 1118302540, 2016 (*)

• Biosensors and Nanotechnology: Applications in Health Care Diagnostics. Zeynep Altintas (Editor) ISBN: 978-1-119-06501-2 December 2017 (°)

Le pubblicazioni scientifiche verranno fornite

(*) Consigliato: contiene alcune parti utili per superare l'esame. durante il corso.

(°) Non necessario per superare l'esame ma utile per approfondimenti.

Metodi didattici

Il corso è organizzato in 24 ore di lezioni frontali e 12 ore di laboratorio. Il materiale didattico è rese disponibili su Virtuale. La modalità online è prevista solo se autorizzata dall'Ateneo o dal Dipartimento per situazioni di emergenza.

Fondamentale l'utilizzo del materiale che viene proiettato in aula durante le lezioni e che viene reso disponibile su Virtuale prima dell'inizio del Corso, con relativa comunicazione agli/alle studenti/esse mediante lo strumento Avvisi di Virtuale.

Durante le ore di lezioni frontali (tenute mediante presentazioni PowerPoint) verranno presentati e discussi gli argomenti del corso. Durante il corso verranno inoltre esaminate e discusse pubblicazioni scientifiche recenti inerenti agli argomenti trattati.

Le esercitazioni di laboratorio hanno lo scopo di consentire a ciascuno studente di acquisire la manualità necessaria e la conoscenza delle tecniche analitiche trattate per poter operare in un laboratorio secondo principi di qualità e sicurezza. Lo studente elaborerà i risultati ottenuti in laboratorio facendo uso degli strumenti statistici appresi nei corsi fondamentali di chimica analitica, e presenterà una relazione scritta sulle esperienze di laboratorio.

 

Si consiglia di frequentare le lezioni per la migliore comprensione degli argomenti.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Per sostenere la prova d'esame è necessaria l'iscrizione tramite Almaesami, nel rispetto inderogabile delle scadenze previste. Si invita a cancellarsi se non interessati a sostenere la prova d'esame. La cancellazione deve essere fatta prima della chiusura della lista.

 

Verifica delle conoscenze su tutto il programma svolto a lezione mediante le seguenti prove:

1. Presentazione e discussione di una pubblicazione scientifica recente scelta dallo studente ed inerente agli argomenti trattati nel corso (max 15 min). 
2. Esame orale sugli argomenti affrontati durante il corso, volto ad accertare l'acquisizione da parte dello studente delle conoscenze e delle abilità attese. In particolare, verranno valutate: conoscenza dei principi di base dei metodi bioanalitici, conoscenza dei principali tipi di biosensori e di tecniche bioanalitiche, conoscenza delle applicazioni pratiche dei metodi sopra descritti, capacità di selezionare la tecnica bioanalitica più idonea per risolvere una problematica reale.
   

Il candidato verrà esaminato per una durata totale di 30 min (inclusa la presentazione).

La valutazione sarà basata sulla dimostrazione della comprensione critica degli argomenti e della capacità di discuterli.

 

Criteri di Gradazione del voto:

Punti 18-24: preparazione su un numero limitato di argomenti affrontati  a lezione, alcuni errori anche gravi. Capacità di analisi che emerge solo con l'aiuto del docente.

Punti 25-29: preparazione su un numero ampio di argomenti affrontati nel corso, capacità di compiere scelte autonome di analisi critica, padronanza della terminologia specifica, alcuni errori non gravi e/o qualche difetto espositivo.

Punti 30-30L: da ottima a eccellente conoscenza della materia, esauriente esposizione, piena padronanza della terminologia specifica e capacità di argomentazione.

 

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

PC con schermo e videoproiettore, diapositive Windows PowerPoint. Il materiale didattico (presentazioni PowerPoint, PDF delle pubblicazioni esaminate durante il corso) verrà messo a disposizione dello studente su virtuale.unibo.it.

Piattaforma Microsoft Teams per eventuale modalità di didattica online disposta dell'Ateneo o del Dipartimento.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Maria Maddalena Calabretta