Fisiologia cellulare e laboratorio colture cellulari - Prof. Luisa Gioia - a.a. 2022/2023
Biotecnologie - 2° anno
ATTENZIONE: i contenuti di questo corso sono relativi all'anno accademico 2022/2023
Topic outline
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Professore Associato -SSD VET02 (Fisiologia degli Animali Domestici)- presso la Facoltà di Medicina Veterinaria dell’Università di Teramo
Triennio 2012-2015: Presidente del Corso di Laurea Magistrale in Biotecnologie della Riproduzione/Master’s Degree in Reproductive Biotechnologies
Docente referente del CdLM in Biotecnologie della Riproduzione e del CdS in BiotecnologieFormazione e precedenti posizioni:
Membro del Collegio dei Docenti del Dottorato di Ricerca in Biotecnologie Molecolari e Cellulari
Ricercatore, poi Ricercatore confermato-SSD V30B (Fisiologia degli Animali Domestici) della Facoltà di Medicina Veterinaria dell’Università di Teramo (2000-2003)
Collaboratore tecnico-scientifico,VII livello, presso l'Istituto di Fisiologia Veterinaria dell’Università di Teramo (1997-2000)
Dottorato di Ricerca e conseguimento del titolo di Dottore di Ricerca in Endocrinologia degli Animali Domestici presso l’Università di Bologna (1993-1997)
Laurea con lode in Scienze Biologiche; Università dell’Aquila (1991)
Interessi di ricerca:
l'attività di ricerca è da sempre collocata nell’ambito della Fisiologia e Biologia della riproduzione degli animali domestici, rivolta in particolare ai seguenti filoni di ricerca:- Controllo dell'attività follicolare
- Processi di morte cellulare nei gameti e nell cellule follicolari
- Biologia e funzioni del gamete femminile
- Biologia e funzioni del gamete maschile
- Tecniche di IVM e IVF
L’attività svolta, affiancata da esperienze di aggiornamento e di formazione, ha consentito l’acquisizione di una notevole familiarità sulle tecniche di colture cellulari in vitro e tecniche quali la micromanipolazione dei gameti e la scansione in microscopia confocale e si è concretizzata in prodotti di ricerca pubblicati su riviste a diffusione nazionale ed internazionale, consultabili sul sito: PUBMED (http://www.ncbi.nml.nih.gov/pubmed)
OBIETTIVI DEL CORSO, PREREQUISITI E PROPEDEUTICITA'
- Obiettivi formativi generali > Partendo dal background conoscitivo precedentemente acquisito su materie quali Fisica, Chimica, Biochimica, Biologia molecolare e Istologia e Citologia, il corso intende fornire allo studente solide basi teoriche sui principali meccanismi che regolano la Fisiologia delle cellule eucariote. Lo studente al termine del corso dovrà essere in possesso delle conoscenze relative alle funzioni della cellula come entità capace di vita autonoma e come unità funzionale degli organismi viventi. Particolare attenzione viene rivolta durante l’intero corso affinché lo studente sia in grado di collegare le informazioni strutturali sui componenti della cellula, precedentemente acquisite attraverso il corso di Citologia e brevemente richiamate nel corso di Fisiologia cellulare, alle informazioni specifiche ricevute nel corso, relative alle funzioni svolte da ciascuna di questa strutture. Dovrà inoltre imparare ad analizzare i processi fisiologici delle cellule alla luce di concetti quali dinamica, omeostasi, e ridondanza.
Relativamente alla Fisiologia cellulare, lo studente:
- dovrà conoscere i meccanismi di trasporto transmembrana e il loro ruolo nel mantenimento dell’omeostasi cellulare;
-dovrà conoscere le caratteristiche bioelettriche delle membrane cellulari e le funzioni delle cellule eccitabili;
- dovrà avere ben chiaro il dogma centrale della Biologia molecolare e della Fisiologia cellulare relativo al flusso della informazione genetica, e saper pertanto descrivere i processi che consentono alla cellula di sintetizzare proteine a partire dal suo materiale genetico e i principali meccanismi che regolano tali processi;
-dovrà conoscere come le proteine sintetizzate dalla cellula vengono rilasciate nell’appropriata localizzazione (intra o extra-cellulare) per svolgere le loro specifiche funzioni;
-dovrà possedere solide conoscenze sul ciclo cellulare e i principali meccanismi che lo regolano;
-dovrà possedere le principali informazioni correlate alla capacità della cellula di modificarsi in funzione delle informazioni ricevute dall’ambiente e dunque conoscere: le funzioni del citoscheletro e della matrice extracellulare, i meccanismi di segnalazione cellula-cellula, cellula-ambiente e i meccanismi di trasduzione del segnale.
Il background conoscitivo di Fisiologia cellulare dovrà essere utilizzato dallo studente per comprendere in che modo sia possibile isolare le cellule dal loro contesto tissutale e coltivarle in laboratorio nel rispetto della loro vitalità e funzionalità. Pertanto, integrando le informazioni teoriche di Colture cellulari e quelle pratiche relative alle principali metodologie utilizzate nel Laboratorio di Colture cellulari (apprese mediante le attività svolte in laboratorio sotto la supervisione del docente e del personale di laboratorio dedicato), al termine del corso lo studente sarà capace di riprodurre in vitro le condizioni fisiologiche necessarie a garantire la vitalità, la proliferazione ed il corretto funzionamento delle cellule eucariote animali. A tal fine dovrà anche conoscere e saper applicare i protocolli usati per la valutazione della riuscita di questi processi. - Prerequisiti > E' necessario che lo studente possieda i concetti base di fisica, chimica, biochimica e biologia molecolare; deve inoltre possedere una chiara conoscenza della citologia (struttura e dell'organizzazione della cellula eucariotica), in modo da poter comprendere e correlare gli aspetti strutturali a quelli funzionali della cellula.
- Propedeuticità > non esistono propedeuticità, tuttavia è fortemente consigliato che lo studente acquisisca le conoscenze teoriche e metodologiche relative al corso di Chimica e Citologia ed Istologia prima di iniziare il corso di Fisiologia cellulare e Laboratorio di colture cellulari
INDICATORI DI DUBLINO
Unità didattica 1
Argomento: Relativamente alla Fisiologia cellulare, la prima Unità didattica parte da una presentazione della cellula eucariotica animale come unità funzionale autonoma, ed è poi incentrata su argomenti relativi alle proprietà e alle funzioni della membrana cellulare (meccanismi di trasporto, caratteristiche bioelettriche) e alle caratteristiche e funzioni delle cellule eccitabili.
Più in dettaglio, gli argomenti di Fisiologia cellulare trattati durante l’Unità didattica 1 sono:
Presentazione della cellula come unità funzionale autonoma. La membrana cellulare: sistemi di trasporto. Il trasporto dell’acqua attraverso la membrana cellulare: osmosi e acquaporine. Trasporto attivo. Pompe di membrana. I canali di membrana, cinetica, selettività e possibilità di controllo. Un particolare tipo di canale ionico: le giunzioni comunicanti o “gap junctions”. Caratteristiche bioelettriche delle membrane. Canali ionici e cellule eccitabili: trasmissione dell’impulso nervoso. Giunzione neuromuscolare.La parte relativa al Laboratorio di Colture cellulari svolta durante la I Unità didattica ha in primo luogo l’obiettivo di far conoscere allo studente, attraverso preliminari nozioni teoriche erogate in aula ma anche attraverso attività pratiche svolte in laboratorio, l’organizzazione, la strumentazione ed i materiali tipicamente utilizzati in un laboratorio dedicato alla coltura di cellule eucariotiche animali. Vengono poi fornite le principali informazioni teoriche relative alle colture cellulari, alle caratteristiche delle soluzioni e dei mezzi di coltura utilizzati nel laboratorio di colture cellulari, e alle procedure per il mantenimento della sterilità, e vengono parallelamente svolte in laboratorio attività didattiche pratiche/esercitazioni finalizzate alla preparazione e sterilizzazione delle soluzioni e dei terreni di coltura utilizzati per l’allestimento di colture cellulari.
Più in dettaglio, gli argomenti di Laboratorio di Colture cellulari trattati durante la I Unità didattica sono:
Cenni storici e generalità sulle colture cellulari animali. Vantaggi e limiti nell’uso delle colture cellulari. Tipi di colture cellulari animali: colture cellulari in adesione e in sospensione; differenze tra colture primarie e linee cellulari. Organizzazione ed equipaggiamento del laboratorio di colture cellulari; area di lavoro in condizioni di sterilità; cappa a flusso laminare; incubatore per colture cellulari. Generalità, protocolli e materiali per l’allestimento e il mantenimento delle colture cellulari in laboratorio: caratteristiche fondamentali delle principali soluzioni saline bilanciate e dei terreni di coltura; sistemi tampone; siero e additivi biologici. Preparazione di terreni di coltura cellulare liquidi. Tecniche di disinfezione e sterilizzazione nel laboratorio di colture cellulari;Conoscenza e capacità di comprensione: Al termine della I Unità didattica lo studente, integrando le basi chimico-fisiche e biochimiche in suo possesso e le nozioni strutturali precedentemente acquisite attraverso il corso di Citologia, dovrà conoscere ed essere in grado di comprendere i meccanismi fisiologici che le cellule eucariote utilizzano per espletare i processi di trasporto di sostanze di varia natura attraverso la membrana cellulare, compresi gli aspetti correlati al processo osmotico, e dovrà comprendere l’importanza de trasporto transmembrana nel mantenimento dell’omeostasi cellulare. Lo studente dovrà inoltre conoscere le caratteristiche bioelettriche delle membrane cellulari e le funzioni delle cellule eccitabili.
Riguardo la parte dell’insegnamento rivolta al Laboratorio di Colture cellulari, lo studente dovrà possedere le conoscenze teoriche relative all’organizzazione e allo specifico equipaggiamento (strumentazione e materiali) di questo tipo di laboratorio, e dovrà essere in grado di utilizzare correttamente tale strumentazione e materiali nel corso delle attività pratiche svolte in laboratorio sotto la supervisione del docente e del personale di laboratorio dedicato.
Dovrà inoltre conoscere i principali protocolli utilizzati nel Laboratorio di Colture cellulari e comprendere come utilizzarli per riprodurre in vitro le condizioni fisiologiche necessarie per la vitalità, la proliferazione ed il corretto funzionamento delle cellule eucariote animali. A tal fine dovrà anche conoscere le modalità per garantire la sterilità ed operare in condizioni di sterilità, e le caratteristiche e le modalità di preparazione delle principali soluzioni saline bilanciate e terreni di coltura utilizzati nel laboratorio di Colture cellulari;Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Al termine della prima Unità didattica, mediante una sessione di debriefing in aula e/o una prova di autovalutazione, potranno essere valutate le conoscenze teoriche acquisite dallo studente sugli argomenti di Fisiologia cellulare e Colture cellulari trattati nel corso dell’unità e la capacità dello studente di raccordare tali conoscenze alle metodologie acquisite durante le attività pratiche svolte in laboratorio.
Inoltre, rispondendo a quesiti operativi (posti allo studente durante le lezioni o mediante prove scritte di autovalutazione) che simulano i protocolli relativi alle metodologie tipicamente usate nel laboratorio di Colture cellulari, lo studente potrà verificare la sua capacità di applicare le conoscenze in suo possesso inerenti il corretto utilizzo della strumentazione, dei materiali del laboratorio, e delle tecniche di sterilità tipicamente usate nel laboratorio di colture cellulari; potrà poi dimostrare di essere in grado di utilizzare le proprie conoscenze per progettare, allestire e gestire i protocolli necessari per l’isolamento e la coltura in vitro delle cellule eucariote animali;
Autonomia di giudizio: Durante le attività di laboratorio, svolte dallo studente nel corso della prima unità didattica sotto la guida del docente titolare dell’insegnamento e del personale tecnico-scientifico di supporto (esercitazioni), vengono valutate le abilità metodologiche delle studente nonché la sua capacità di analizzare e risolvere delle criticità sperimentali e di gestire ed elaborare i risultati ottenuti in tempo reale.
Viene inoltre valutata la capacità dello studente di impostare autonomamente o attraverso lavoro di gruppo i diversi protocolli di laboratorio appresi durante l’unità didattica;
Abilità comunicative: L’abilità comunicativa dello studente viene in parte già valutata nel corso delle esercitazioni, durante l’esecuzione di protocolli di laboratorio svolta in stretta relazione con il docente ed il personale tecnico di supporto alla didattica. Inoltre, la capacità di comunicare in modo chiaro le informazioni acquisite durante l’unità didattica, come pure la capacità di proporre i dati scientifici appresi o ottenuti in laboratorio con il rigore richiesto nei contesti scientifici, può essere valutata dal docente nel corso di attività esercitazionali svolte in classe durante l’unità didattica e mediante la prova formativa in itinere, e verrà infine valutata complessivamente dal docente durante la prova di esame finale;
Capacità di apprendimento: Durante le lezioni teoriche svolte in aula il docente, stimolando gli studenti ad una attiva partecipazione, può avere un riscontro del grado di comprensione e di apprendimento delle informazioni erogate durante l’unità didattica e può valutare se c’è la necessità di fornire eventuali chiarimenti/integrazioni a riguardo o di modulare la sua attività didattica al grado di apprendimento della classe. Inoltre, nel corso delle attività di laboratorio il docente, affiancando il lavoro degli studenti, potrà avere indicazioni in tempo reale del loro grado di apprendimento, e potrà anche verificare la capacità degli studenti di trasferire le conoscenze teoriche all’ambito applicativo, le abilità metodologiche acquisite, e le criticità mostrate in diversi contesti operativi;
Infine, una valutazione in itinere dell’apprendimento dello studente potrà essere effettuata durante l’Unità didattica mediante test e/o prova di autovalutazione resi disponibili dal docente; inoltre, una valutazione complessiva relativamente alla Unità 1 potrà essere effettuata al termine delle attività didattiche attraverso la prova formativa in itinere, e verrà obbligatoriamente effettuata dal docente durante la prova di esame finale di profitto sostenuta dallo studente in uno degli appelli fissati dopo la fine del corso.
Unità didattica 2
Argomento: Gli aspetti di Fisiologia cellulare trattati durante la II Unità didattica sono principalmente relativi alla organizzazione e la funzione degli organuli intracellulari e del citoscheletro, al ciclo cellulare, e ai processi cellulari coinvolti nella segnalazione/trasduzione del segnale.
Più in dettaglio, gli argomenti di Fisiologia cellulare trattati durante la II Unità didattica sono:
I compartimenti intracellulari: funzioni; trasporto e smistamento delle proteine. Trasporto vescicolare. Il nucleo: organizzazione della cromatina, ruolo e regolazione. Rapporti nucleo-citoplasma: i pori nucleari, l'importazione e la esportazione nucleare. Possibili destini della cellula: proliferazione, differenziamento, cellule staminali. Il ciclo cellulare e la sua regolazione; fase M: mitosi e meiosi. Funzioni del citoscheletro; i motori molecolari. Il fuso cellulare: funzioni e regolazione. Comunicazione cellulare: tipi di segnalazione e messaggeri intracellulari. La matrice extracellulare.La parte relativa al Laboratorio di Colture cellulari svolta durante la II Unità didattica fornisce allo studente le informazioni teoriche e le principali metodologie utilizzate nel Laboratorio di Colture cellulari per il mantenimento e la propagazione in vitro delle colture cellulari e per la valutazione della vitalità cellulare. Vengono inoltre fornire informazioni relative alle tecniche di crioconservazione delle cellule eucariotiche.
Più in dettaglio, gli argomenti teorici e le attività pratiche inerenti il Laboratorio di Colture cellulari trattati durante la II Unità didattica sono:
Mantenimento e propagazione in vitro di una linea cellulare. Protocolli di base per la coltura di cellulari animali in adesione: tripsinizzazione, conteggio cellulare e allestimento di sub-colture. Metodiche per la valutazione della vitalità cellulare: saggio con Trypan Blue; saggi con sonde fluorescenti e con kit live/dead. Metodiche per la valutazione della proliferazione cellulare in vitro. Tecniche di base per la crioconservazione delle cellule animali;Conoscenza e capacità di comprensione: Durante la seconda Unità didattica, mediante sessioni di debrifing in aula e/o una prova di autovalutazione, potrà essere valutata la conoscenza teorica degli argomenti di Fisiologia cellulare trattati nel corso dell’unità, e lo studente potrà pertanto verificare la sua conoscenza e comprensione relativamente a:
come le proteine sintetizzate dalla cellula vengono rilasciate nell’appropriata localizzazione (intra o extra-cellulare) per svolgere le loro specifiche funzioni; il ciclo cellulare e i principali meccanismi che lo regolano; i possibili destini della cellula; le funzioni del citoscheletro, della matrice extracellulare e i meccanismi di segnalazione cellula-cellula, cellula-ambiente e i meccanismi di trasduzione del segnale.
Lo studente dovrà inoltre dimostrare di essere capace di raccordare le suddette conoscenze teoriche di Fisiologia cellulare alle metodologie acquisite attraverso la parte di Laboratorio di Colture cellulari.
Più in dettaglio, rispondendo a quesiti operativi scritti che simulano i protocolli tipicamente usati nel laboratorio di Colture cellulari, lo studente potrà dimostrare di conoscere come allestire e gestire i protocolli inerenti la propagazione delle colture cellulari in vitro, compresi quelli utilizzati per valutare la vitalità cellulare e per crioconservare cellule animali;Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Averso la fine della seconda Unità didattica, mediante quesiti posti in aula e/o una prova formativa in itinere, potrà essere valutata e la capacità dello studente di raccordare la conoscenza teorica degli argomenti trattati nel corso dell’unità agli aspetti metodologici acquisiti durante la parte di Laboratorio di Colture cellulari.
In particolare, rispondendo a quesiti operativi (orali o scritti) che simulano i protocolli delle metodologie tipicamente usate nel laboratorio di Colture cellulari, lo studente potrà dimostrare di essere capace di progettare, allestire e gestire i protocolli inerenti la propagazione delle colture cellulari in vitro, la valutazione della vitalità cellulare e la crioconservazione;
Autonomia di giudizio: Durante le attività di laboratorio, svolte dallo studente nel corso della seconda unità didattica sotto la guida del docente titolare dell’insegnamento e del personale tecnico scientifico di supporto (esercitazioni), vengono valutate oltre alle abilità metodologiche delle studente anche la sua capacità di analizzare e risolvere delle criticità sperimentali e di gestire ed elaborare i risultati ottenuti in tempo reale.
Viene inoltre valutata la capacità dello studente di impostare autonomamente o attraverso lavoro di gruppo i diversi protocolli di laboratorio appresi durante l’unità didattica;Abilità comunicative: L’abilità comunicativa dello studente viene in parte già valutata nel corso delle esercitazioni, durante l’esecuzione di protocolli di laboratorio svolta in stretta relazione con il docente ed il personale tecnico di supporto alla didattica. Inoltre, la capacità di comunicare in modo chiaro le informazioni acquisite durante l’unità didattica, come pure la capacità di proporre i dati scientifici appresi o ottenuti in laboratorio con il rigore richiesto nei contesti scientifici, può essere valutata dal docente nel corso di attività esercitazionali svolte in classe durante l’unità didattica e mediante la prova formativa in itinere, e verrà infine valutata complessivamente dal docente durante la prova di esame finale;
Capacità di apprendimento: Durante le lezioni teoriche svolte in aula il docente, stimolando gli studenti ad una attiva partecipazione, può avere un riscontro del grado di comprensione e di apprendimento delle informazioni erogate durante l’Unità didattica e può valutare se c’è la necessità di fornire eventuali chiarimenti/integrazioni a riguardo o di modulare la sua attività didattica al grado di apprendimento della classe. Inoltre, nel corso delle attività di laboratorio il docente, affiancando il lavoro degli studenti, potrà avere indicazioni in tempo reale del loro grado di apprendimento, e potrà anche verificare la capacità degli studenti di trasferire le conoscenze teoriche all’ambito applicativo, le abilità metodologiche acquisite, e le criticità mostrate in diversi contesti operativi.
Infine, la valutazione dell’apprendimento dello studente potrà essere effettuata al termine della seconda unità didattica mediante una prova formativa in itinere, il cui esito (solo in caso positivo) potrà essere d'integrazione alla prova di esame finale sostenuta dallo studente in uno degli appelli al termine del corso.Libri di testo
- Bruce Alberts et al., "Biologia molecolare della cellula", Zanichelli, Quinta edizione, Bologna, Link editore ebook
www.zanichelli.it; ISBN: 9788808064516 - Bruce Alberts et al. “Molecular Biology of the Cell”. Garland Science. Sixth edition. ISBN 978-0-8153-4432-2 (hardcover); ISBN 978-0-8153-4524-4 (loose-leaf).
- "Essential Cell Biology" di Bruce Alberts, Karen Hopkin, Alexander Johnson, WW Norton & Co, 2019. EAN 9780393680393
- G.L. Mariottini et al., “Introduzione alle colture cellulari” Tecniche Nuove II edizione, Milano, Link editore ebook www.tecnichenuove.com; ISBN: 9788848124331
- R Ian Freshney, “Culture of animal cells: a manual of basic technique and specialized applications” 6th Ed. book 2010 Wiley-Liss, Inc. New York, NY
- "General Techniques of Cell Culture" di A. Maureen Harrison, R. Ian Freshney - Cambridge University Press, 1997
PROVA FORMATIVA IN ITINERE
Modulo di Fisiologia cellulare e Laboratorio di Colture cellulari:
- Solo gli studenti che hanno frequentato per almeno il 75% le attività didattiche del corso, verso la fine o al termine delle unità didattiche potranno svolgere una prova di valutazione scritta, relativa alle Unità didattiche 1 e 2, consistente in un test a risposta multipla e vero/falso. L'esito della prova, se positivo (maggiore o uguale a 18/30), contribuirà alla formulazione del voto dell'esame di profitto finale.
DATA DELLA PROVA FORMATIVA IN ITINERE
La data verrà fissata e comunicata agli studenti, almeno una settimana in anticipo, a lezione e/o mediante avviso su piattaforma e-learning
Modalità di valutazione degli studenti
Modulo di Fisiologia cellulare e Laboratorio di Colture cellulari:
- Durante le Unità didattiche, potranno essere svolte dallo studente una o più prove di autovalutazione finalizzate alla verifica dell'apprendimento/comprensione dei contenuti delle lezioni durante il corso. L'esito delle prove di autovalutazione non verrà tenuto in considerazione dal docente ai fini dell'esame di profitto finale del corso.
- Solo gli studenti che hanno frequentato per almeno il 75% le attività didattiche del corso, verso la fine o al termine delle unità didattiche potranno svolgere una prova di valutazione scritta (prova formativa in itinere), relativa alle Unità didattiche 1 e 2, consistente in un test a risposta multipla e vero/falso. L'esito della prova, se positivo (maggiore o uguale a 18/30), contribuirà alla formulazione del voto dell'esame di profitto finale, che verrà definito mediante breve colloquio orale inerente alla prova svolta, svolto previa prenotazione ad una delle sedute della prima sessione degli esami di profitto. In caso di esito negativo (votazione insufficiente), il docente non terrà in considerazione la prova e lo studente dovrà sostenere l’esame di profitto finale relativo al modulo di Fisiologia cellulare e Laboratorio di Colture cellulari in uno degli appelli di esame fissati dai docenti del CI e pubblicati sul sito web dell’Ateneo.
- Per tutti gli altri studenti gli esami di profitto verranno svolti in modalità orale o scritta (secondo le indicazioni che verranno indicate dal docente nel periodo temporale utile per la prenotazione all'appello) in uno degli appelli di esame relativi al corso di Fisiologia cellulare e Immunologia.
ENTRA NELL'AULA VIRTUALE
Prof. Luisa Gioia -
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Highlighted
Unità didattica 1
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Unità didattica 2
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