EXPERIMENTAL MODELS IN BIOLOGICAL AND BIOMEDICAL RESEARCH

L’obiettivo formativo del corso è quello di introdurre lo studente, partendo dalla metodologia della ricerca scientifica, alle tematiche della modellistica sperimentale e fornire una serie di strumenti di base per definire le tipologie di tali modelli - in silico, in vitro o in vivo – e quindi i loro vantaggi, i loro campi di applicazione, la validazione degli stessi e le loro limitazioni. Attraverso un percorso storico ontologico, verrà introdotto il concetto di complessità dei sistemi biologici, definito il concetto di modello sperimentale ed definiti i parametri di valutazione quantitativa e qualitativa di un modello sperimentale. Alla fine del corso lo studente conoscerà i differenti modelli, le loro caratteristiche ed i loro campi di applicazione nella ricerca biologica e biomedica e quindi comprenderà le differenze e sarà in grado di identificare i parametri per la validazione dei vari modelli. Attraverso il lavoro di gruppo, lo studio di casi specifici e il confronto su tali casi, lo studente svilupperà capacità critiche e di giudizio ed acquisirà in modo specifico una metodologia per l’identificazione e la validazione del modello sperimentale idoneo al contesto scientifico richiesto dal problema biologico da studiare. In particolare verranno utilizzati esempi tratti dalla letteratura scientifica che permettano allo studente di fare un’esperienza valutativa ex post della appropriatezza e validità di utilizzare un modello sperimentale piuttosto che un altro, prestando attenzione ai parametri di validazione, riproducibilità scientifica e complementarietà dei modelli sperimentali. Alla fine del corso lo studente sarà pertanto in grado sia di identificare il modello sperimentale idoneo che definire come validare un nuovo modello; in modo autonomo, saprà pertanto confrontarsi e presentare alla comunità scientifica di riferimento le proprie considerazioni ed i risultati della propria valutazione, nonchè utilizzare quanto detto nella prosecuzione della propria attività di ricerca e di aggiornamento scientifico.

Il corso è organizzato in 42 ore di didattica frontale tramite lezioni tenute interamente in lingua inglese con l’ausilio di diapositive, filmati, webinar, documenti e lavori scientifici forniti in pdf. Approfondimenti su argomenti specifici saranno proposti presentati come partecipazione a seminari & webinar, con la guida del docente. E' previsto lo svolgimento di lavori di gruppo e studi di casi specifici, che verranno presentati e discussi in un confronto attivo in cui gli studenti dovranno presentare il caso e sostenere alternativamente tesi a favore contro. In particolare verranno utilizzate metodiche di "Flipped classroom"

Sono indispensabili le conoscenze di biologia generale, biologia cellulare, biologia molecolare, ed elementi di genetica. Sono oltremodo necessarie nozioni di istologia, anatomia, fisiologia, embriologia e/o biologia dello sviluppo, con particolare riferimento al sistema nervoso centrale ed è indispensabile una ottima conoscenza della lingua inglese in quanto l'intero corso verrà tenuto in lingua. Per coloro che non avessero le conoscenze adeguate saranno indicati testi o dispense utili per acquisirle.

La frequenza delle lezioni, sebbene non sia obbligatoria, è fortemente consigliata al fine di acquisire una preparazione adeguata nella disciplina.

Il concetto ed il contesto di modello sperimentale nella ricerca scientifica. La validazione di un modello sperimentale. I modelli in silico. I modelli in vitro: le colture cellulari, normali, e tumorali; le cellule staminali normali e tumorali; le cellule iPS e la riprogrammazione cellulare. I modelli in vivo: gli animali da esperimento. I modelli della biologia dello sviluppo. L'uomo come modello sperimentale: gli studi clinici controllati. L’evoluzione ed il futuro della modellistica sperimentale. Embrioidi, organoidi, organ-on-chip, uso delle stampanti 3D. L’etica nella modellistica sperimentale. La modellistica sperimentale in neurobiologia e neuroscienze: dal normale alle patologie neurodegenerative (Malattia di Azheimer e morbo di Parkinson) ed agli approcci terapeutici sperimentali.

Non sono disponibili testi unitari di riferimento. Il materiale per lo studio (dispense, lavori scientifici e materiale didattico) viene fornito dal docente e messo a disposizione sulla piattaforma Studium (http://studium.unict.it/).

Copia della documentazione utilizzata durante le lezioni

Dispense o articoli scientifici e altro materiale didattico saranno forniti dal docente

Tutta la documentazione verrà messa a disposizione attraverso la piattaforma Studium (http://studium.unict.it/)

La verifica dell'apprendimento consisterà in un esame orale in cui lo studente presenterà uno o più lavori scientifici, analizzandone con spirito critico gli aspetti relativi alla modellistica, alla congruità della stessa, alla validazione del modello utilizzato, ed eventualmente proponendo approcci modellistici differenti per lo stesso problema biologico, specificandone gli aspetti sperimentali ed i vantaggi.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

1. Iannielli et al. Pharmacological Inhibition of Necroptosis Protects from Dopaminergic Neuronal Cell Death in Parkinson's Disease Models. Cell Rep. 2018 Feb 20;22(8):2066-2079. doi: 10.1016/j.celrep.2018.01.089. - Presentare il lavoro e discutere l'appropriatezza del modello per la sperimentazione proposta e le implicazioni traslazionali; proporre approcci modellistici o sperimentali alternativi o complementari a quelli proposti.

2. Esquerda- Canals et al. Mouse Models of Alzheimer's Disease. J. Alzheimer Dis. 2017;57(4):1171-1183. doi: 10.3233/JAD-170045. Partendo da questa Review ed integrandola con ulteriori lavori scientifici specifici, presentare la modellistica animale sviluppata per la malattia di Alzheimer di origine genetica, identificando per i differenti modelli, i limiti i vantaggi ed i campi sperimentali di applicazione.

3 Hendrix et al. Reprogramming metastatic tumour cells with embryonic microenvironments. Nat Rev Cancer 2007 Apr;7(4):246-55. DOI: 10.1038/nrc2108. Partendo da questa Review ed integrandola con ulteriori lavori scientifici specifici, confrontare i modelli di pollo e di zebrafish per lo studio del microambiente tumorale e ove possibile proporre approcci modellistici o sperimentali alternativi o complementari.