Obiettivi Formativi

Modulo di Biotecnologie delle piante medicinali: Il corso si propone di fornire allo studente le conoscenze di base delle biotecnologie vegetali e le loro applicazioni, con particolare riferimento alle piante medicinali ed alla produzione di composti bioattivi di interesse farmaceutico. Modulo di Biotecnologie farmaceutiche: Conoscenza di base delle biotecnologie innovative applicate allo sviluppo, su scala industriale, di nuovi farmaci e prodotti farmaceutici biotecnologici. Modulo di Tecnologia dei farmaci biotecnologici: Il principale obiettivo del corso è quello di mettere in evidenza le grandi potenzialità legate alla ai farmaci biotecnologici sia per quanto riguarda la produzione di nuovi farmaci che nell'ottimizzazione di molecole già esistenti. L'insegnamento si propone di introdurre i principi alla base della progettazione delle principali forme farmaceutiche non convenzionali e acquisire le conoscenze necessarie alla comprensione delle relazioni intercorrenti tra proprietà tecnologiche e farmacocinetiche dei medicinali biotecnologici somministrati con forme farmaceutiche non convenzionali. Conoscere le fondamentali norme comunitarie che regolano la produzione e l'immissione in commercio dei medicinali contenenti principi attivi con particolare riferimento a quelli biotecnologici.

Learning Goals

Course of Medicinal plant biotechnologies: The course aims to provide students with basic knowledge of plant cell biotechnologies and their applications, with particular emphasis on medicinal plants and biotechnological strategies for the production of bioactive compounds of pharmaceutical interest. Course of Pharmaceutical biotechnologies: Basic knowledge of innovative biotechnologies applied to the development, on an industrial scale, of advanced generations of new drugs and biotechnological pharmaceuticals. Course of Biotechnological drugs technology: The main objective of the course is to put in evidence the great potential related to biotechnological medicines both regarding the production of new drugs that in the optimization of already existing molecules. The course aims to introduce the principles behind the design of the main non-conventional dosage forms and acquire the knowledge necessary for the understanding of the relationship between technological and pharmacokinetics properties of biotechnological medicinal products administered as unconventional pharmaceutical forms. Moreover, this unit will be focus on the basic community rules governing the production and marketing of biotechnology medicinal products.

Metodi didattici

Lezioni frontali, supportate da presentazioni in PowerPoint, ed esercitazioni individuali in laboratorio. Strumenti a supporto della didattica: PC, videoproiettore per la presentazioni in Power Point.

Teaching Methods

Front lecturing, supported by PowerPoint presentations, and individual practical exercises in the laboratory. Didactic instruments: PC, video projector for PowerPoint slides presentation.

Prerequisiti

Modulo di Biotecnologie delle piante medicinali: Nozioni di base di chimica generale, chimica organica, biologia vegetale e botanica. Modulo di Biotecnologie farmaceutiche: Conoscenze di base di Chimica organica, Biochimica e Chimica farmaceutica. Modulo di Tecnologia dei farmaci biotecnologici: Nozioni di base di biologia, chimica organica e chimica farmaceutica.

Prerequisites

Course of Medicinal plant biotechnologies: Basic knowledge of general chemistry, organic chemistry, plant biology and botany. Course of Pharmaceutical biotechnologies: Notions of Organic chemistry, Biochemistry and Medicinal chemistry. Course of Biotechnological drugs technology: Notions of biology, organic chemistry and medicinal chemsitry.

Verifiche dell'apprendimento

Durante le lezioni saranno effettuate verifiche in itinere. L'esame finale per la verifica delle competenze e capacità acquisite consiste in una prova orale, volta ad accertare le conoscenze e le abilità richieste dagli obiettivi dell'insegnamento. La valutazione, espressa in trentesimi, tiene conto del livello di conoscenza e di approfondimento degli argomenti trattati, della capacità di valutazione critica, nonché del livello dell’esposizione e della capacità di comunicazione.

Assessment

During the course, learning checks will be carried out. The final test for the verification of knowledge and acquired skills will consist in an oral examination on discussed topics. The evaluation, expressed in thirtieths, takes into account the level of knowledge and in-depth study of topics, the ability of critical evaluation, as well as the communication skills.

Programma del Corso

Biotecnologie delle piante medicinali Definizioni: Pianta medicinale, droga, principio attivo. Fattori che influenzano contenuto e qualità dei principi attivi delle piante medicinali. Biotecnologie Tradizionali: Selezione, ibridazione e mutazioni per il miglioramento genetico delle piante medicinali. Biotecnologie Innovative: Coltura in vitro di cellule, tessuti ed organi vegetali: Mezzi di coltura. Fitoregolatori di crescita. Sterilizzazione. Camera di crescita. Preparazione di espianti, cellule singole e protoplasti. Colture su terreni solidi e liquidi. Caratteristiche delle colture di cellule vegetali. Propagazione in vitro delle piante: Micropropagazione, Organogenesi, Embriogenesi somatica. Colture aploidi. Coltura di protoplasti ed ibridazione somatica. Crioconservazione. Produzione di metaboliti secondari da colture di cellule e di organi. Strategie per incrementare la produzione di metaboliti secondari in sistemi in vitro. Tecniche di coltura su scala industriale: Bioreattori; Colture cellulari immobilizzate. Biotrasformazioni. Ingegneria genetica: Trasformazione genica: Sistemi di trasformazione mediati da Agrobacterium; Sistemi di trasformazione diretta. Sistemi di selezione. Geni reporter. Principali applicazioni: Resistenza a batteri, funghi, virus, insetti; resistenza agli erbicidi; Piante transgeniche come bioreattori per la produzione di proteine eterologhe. Piante medicinali transgeniche e loro produzione di metaboliti secondari. Biotecnologie farmaceutiche Scopi generali delle biotecnologie farmaceutiche. Farmaci ottenuti mediante produzione biotecnologica e loro mercato mondiale. Tecniche biotecnologiche. La tecnologia del DNA ricombinante: enzimi di restrizione, vettori di clonazione (plasmidi, batteriofagi, cosmidi, YAC, BAC, vettori virali). Clonazione dei geni. Ottenimento del gene da clonare: metodo del cDNA; sintesi chimica del DNA. Ibridazione del DNA; sonde di DNA e loro applicazioni. Amplificazioni del DNA in vitro: reazione a catena della polimerasi (PCR). Determinazione della sequenza di DNA con il metodo chimico (Maxam e Gilbert) ed enzimatico (Sanger). Tecniche di analisi e purificazione di macromolecole biologiche. Applicazioni delle biotecnologie innovative nello sviluppo di nuovi farmaci e prodotti farmaceutici: ormoni (Insulina, hGH, FSH, LH). Interleuchine, interferoni, fattori di crescita emopoietici. Enzimi (desossiribonucleasi, β-glucocerebrosidasi, α-galattosidasi). Vaccini. Anticorpi monoclonali: struttura e produzione di anticorpi monoclonali murini, chimerici, umanizzati, umani; applicazioni farmaceutiche: terapia del cancro, profilassi del rigetto, terapia delle malattie autoimmuni. Produzione di animali transgenici. Tecnologia dei farmaci biotecnologici Cos’è un medicinale; Classificazione e vie di somministrazione dei medicinali; Farmacopea e Norme di Buona Fabbricazione; Biofarmaceutica; Cenni sulle principali forme farmaceutiche di tipo convenzionale; Liofilizzazione; Sterilizzazione; Ciclodestrine: Caratteristiche chimico-fisiche e vantaggi del loro impiego nelle formulazioni farmaceutiche; Forme farmaceutiche liquide: l’acqua per uso farmaceutico, soluzioni e tensioattivi; Sistemi dispersi (sospensioni, emulsioni e microemulsioni, dispersioni colloidali); Preparazioni per uso parenterale; Polimeri utilizzati nella realizzazione di forme farmaceutiche non convenzionali; Sistemi per il rilascio modificato dei farmaci: via orale, via parenterale; uso oftalmico; Sistemi transdermici; Forme farmaceutiche a sito di rilascio mirato. Cenni di Legislazione farmaceutica: Autorizzazione alla produzione e all’immissione in commercio dei medicinali. La procedura centralizzata e i dati richiesti dall’autorità regolatoria (EMA) per i medicinali di origine biotecnologica.

Course Syllabus

Medicinal plant biotechnologies: Definitions: Medicinal plant, drug, active principle. Factors affecting the content and quality of active principles. Traditional Biotechnologies: Selection, hybridization and mutations for genetic improvement of medicinal plants. Innovative Biotechnologies: In vitro plant cell, tissue and organ cultures: Culture media. Plant growth regulators. Aseptic culture techniques. Growth chamber. Explant, isolated cells and protoplasts preparation. Cultures in solid and liquid medium. Characteristics of plant cell cultures. In vitro propagation: Micropropagation, Organogenesis, Somatic embryogenesis. Haploid cultures. Protoplast culture and somatic ybridization. Cryoconservation. Production of secondary metabolites from plant cell cultures. Strategies for the improvement of secondary metabolites production by in vitro systems. Large-scale plant cell culture: Bioreactors, Immobilized cell systems. Biotransformations. Genetic engineering of plant cells: Transformation techniques: Agrobacterium-mediated transformation systems; Direct gene transfers. Selection systems. Reporter genes. Main applications: Resistance to bacteria, fungi, viruses, insects; resistance to herbicides; transgenic plants as bioreactors for the production of heterologous proteins. Medicinal transgenic plants and their production of secondary metabolites. Pharmaceutical biotechnologies: General purposes of the pharmaceutical biotechnologies. Drugs obtained through biotechnological production and their world market. Techniques of biotechnology. The recombinant DNA technology: restriction enzymes, cloning vectors (plasmids, bacteriophages, cosmids, YAC and BAC vectors, viral vectors). Gene cloning. Method of cDNA; chemical synthesis of DNA. DNA hybridization; DNA probes and their applications. In vitro amplification of DNA: polymerase chain reaction (PCR). Determination of the DNA sequence with the chemical (Maxam and Gilbert) and enzymatic (Sanger) methods. Techniques for analysis and purification of biological macromolecules. Applications of innovative biotechnologies in the development of new drugs and pharmaceuticals: hormones (insulin, hGH, FSH, LH). Interleukins, interferons, hematopoietic growth factors. Enzymes (deoxyribonuclease, β-glucocerebrosidase, α-galactosidase). Vaccines. Monoclonal antibodies: structure and production of murine, chimeric, humanized and human antibodies; applications in pharmaceutical field: cancer therapy, anti-rejection therapy, autoimmune diseases; targeted drug delivery based on monoclonal antibodies. Transgenic animal production and their therapeutic applications. Biotechnological drugs technology: What is a medicinal product; Classification and administration routes of medicines; Pharmacopeia and the Good Manufacturing Practices; Biopharmaceutical; Overview of the main conventional pharmaceutical forms; Lyophilization; Sterilization; Cyclodextrins: Chemical and physical characteristics and advantages of their use in pharmaceutical formulations; Liquid pharmaceutical forms: water for pharmaceutical use, solutions and surfactants; Disperse systems (suspensions, emulsions and microemulsions, colloidal dispersions); Pharmaceutical preparations for parenteral use; Polymers used in the production of non-conventional pharmaceutical forms; Systems for the modified release of drugs: orally, parenterally; ophthalmic; transdermal systems; Pharmaceutical forms at the site of targeted release. Elements of pharmaceutical legislation: manufacturing authorization and marketing of medicines. The centralized procedure and the data required by the regulatory agency (EMA) for medicinal products of biotechnological origin.