Μηχανική Κυττάρων και Ιστών
Μαθησιακά Αποτελέσματα
Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι μεταπτυχιακοί φοιτητές θα είναι σε θέση να:
Σε επίπεδο γνώσης και κατανόησης
- περιγράφουν τις αρχές της μηχανικής κυττάρων και ιστών και εξηγούν πώς η μηχανική, οι φυσικές επιστήμες και η βιολογία ενσωματώνονται για τη δημιουργία θεραπευτικών κατασκευών κυττάρων και ιστών
- εξηγούν τις ιδιότητες και τις απαιτήσεις σχεδιασμού των ικριωμάτων βιοϋλικών για την κυτταροκαλλιέργεια και τη μηχανική ιστών, συμπεριλαμβανομένων των μηχανικών, χημικών και βιολογικών παραμέτρων
- περιγράφουν προσεγγίσεις για την προέλευση/προμήθεια κυττάρων (πρωτογενή κύτταρα, βλαστοκύτταρα, iPSCs), την επέκταση των καλλιεργειών και τη διαφοροποίηση σε θεραπευτικά πλαίσια
- αναγνωρίζουν τα βασικά ηθικά, νομοθετικά και βιομηχανικής θεματολογίας ζητήματα κατά τη μετάφραση τεχνολογιών μηχανικής κυττάρων και ιστών σε κλινικές εφαρμογές
Σε επίπεδο δεξιοτήτων
- εφαρμόζουν αρχές μηχανικής και βιολογίας για τη αξιολόγηση επιλογών σχεδιασμού βιοϋλικών και ικριωμάτων για συγκεκριμένες εφαρμογές μηχανικής ιστών
- αναλύουν και συγκρίνουν στρατηγικές κυτταροκαλλιέργειας και βιοαντιδραστήρων για την παραγωγή ιστών μηχανικής βιολογίας
- αξιολογούν την πρωτογενή ερευνητική βιβλιογραφία της μηχανικής κυττάρων και ιστών και συζητούν τα ευρήματα σε σεμιναριακό πλαίσιο
- αποτιμούν τις διαστάσεις ηθικής και μεταφοράς μιας τεχνολογίας μηχανικής κυττάρων ή ιστών στην πράξη μέσω ανάλυσης μελετών
- επικοινωνούν αποτελεσματικά τα επιστημονικά ευρήματα μέσω γραπτών εκθέσεων και προφορικών παρουσιάσεων
- εργάζονται αποτελεσματικά σε συζητήσεις σεμιναρίων λαμβάνοντας υπόψιν οπτικές της βιολογία, της μηχανική, της ιατρική και της ηθική
- εφαρμόζουν τη γνώση της βιομηχανικής παραγωγής για να αξιολογούν τις προκλήσεις κλιμάκωσης που απαιτεί η μηχανική κυττάρων και ιστών στη βιομηχανική πραγματικότητα
Σε επίπεδο ικανοτήτων
- ενσωματώνουν τη γνώση από τη μηχανική, την κυτταρική βιολογία, την επιστήμη βιοϋλικών και την ιατρική ηθική για να αντιμετωπίζουν τις προκλήσεις της θεραπευτικής μηχανικής κυττάρων και ιστών
- αξιολογούν κριτικά την επιστημονική και βιομηχανική βιβλιογραφία για να εντοπίζουν βασικές εξελίξεις και ανοιχτές προκλήσεις στη μηχανική κυττάρων και ιστών
- λαμβάνουν τεκμηριωμένες αποφάσεις κατά την αξιολόγηση θεραπευτικών στρατηγικών και των ηθικών και νομικών συνεπειών τους
- κατανοούν τις ηθικές διαστάσεις της έρευνας που εμπλέκει ανθρώπινα κύτταρα, ιστούς και κλινική μετάφραση
- επικοινωνούν αποτελεσματικά τα επιστημονικά ευρήματα και ηθικά επιχειρήματα σε εξειδικευμένο και μη εξειδικευμένο κοινό
Περιεχόμενο Μαθήματος
- Εισαγωγή στη μηχανική κυττάρων και ιστών: αντικείμενο, ιστορική εξέλιξη και επισκόπηση των θεραπευτικών εφαρμογών
- Κυτταρική βιολογία για τη μηχανική ιστών: εξωκυττάρια μήτρα, κυτταρική προσκόλληση, μηχανοβιολογία και αλληλεπιδράσεις κυττάρου–ικριώματος
- Βιοϋλικά Ι: φυσικά πολυμερή — κολλαγόνο, ινική (fibrin), υαλουρονικό οξύ, αλγινικό· ιδιότητες και εφαρμογές σε ικριώματα μηχανικής ιστών
- Βιοϋλικά ΙΙ: συνθετικά πολυμερή — PLGA, PCL, PEG μέθοδοι κατασκευής (ηλεκτροϊνοποίηση, τρισδιάστατη βιοεκτύπωση) και χαρακτηρισμός ικριωμάτων
- Πηγές και επέκταση κυττάρων: πρωτογενή κύτταρα, ενήλικα βλαστοκύτταρα, εμβρυονικά βλαστοκύτταρα και επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (iPSCs) για τη μηχανική ιστών
- Σχεδιασμός βιοαντιδραστήρων και συστήματα καλλιέργειας: στατική καλλιέργεια, φιάλες με αναδευτήρα (spinner flasks), βιοαντιδραστήρες αιμάτωσης και συστήματα κοίλων ινών για τη μηχανική ιστών
- Στρατηγικές αγγείωσης: αγγειογένεση, συγκαλλιέργεια με ενδοθηλιακά κύτταρα και μικρορευστικές προσεγγίσεις για τη μηχανική αγγειακών δικτύων
- Μηχανικά κατασκευασμένοι ιστοί Ι: μηχανική οστού και χόνδρου — κλινική ανάγκη, στρατηγικές ικριωμάτων και κλινική μετάφραση
- Μηχανικά κατασκευασμένοι ιστοί ΙΙ: μηχανική δέρματος, καρδιακού και ηπατικού ιστού — μελέτες περίπτωσης σε κλινική και βιομηχανική ανάπτυξη
- Όργανο-σε-τσιπ (organ–on–a–chip) και συστήματα μικροφυσιολογίας: μικρορευστικές πλατφόρμες για τη μοντελοποίηση ανθρώπινων ιστών και τη δοκιμή φαρμάκων
- Βιομηχανικές και ρυθμιστικές προοπτικές: παραγωγή κυτταρικών και ιστικών προϊόντων υπό GMP, ρυθμιστικά πλαίσια και δίοδοι εμπορευματοποίησης
- Ηθικά ζητήματα στη μηχανική κυττάρων και ιστών: χρήση ανθρώπινων κυττάρων και ιστών, έρευνα σε εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα και ισότιμη πρόσβαση στις θεραπείες
Φροντιστηριακές Συνεδρίες
- Σεμινάριο 1: εισαγωγή στη βιβλιογραφία της μηχανικής κυττάρων και ιστών — καθοδηγούμενη μελέτη και συζήτηση ενός εμβληματικού άρθρου του πεδίου
- Σεμινάριο 2: εργαστήριο σχεδιασμού βιοϋλικού — ανάλυση και σύγκριση στρατηγικών σχεδιασμού ικριωμάτων για μια επιλεγμένη εφαρμογή μηχανικής ιστών
- Σεμινάριο 3: συζήτηση μελέτης περίπτωσης — μεταφραστικές και ρυθμιστικές προκλήσεις σε ένα πραγματικό πρόγραμμα ανάπτυξης προϊόντος μηχανικής κυττάρων ή ιστών
- Σεμινάριο 4: συζήτηση ηθικής — δομημένος διάλογος για ένα ηθικό ζήτημα στη μηχανική κυττάρων και ιστών (π.χ., έρευνα σε iPSC, αγορές οργάνων)
- Σεμινάριο 5: παρουσιάσεις φοιτητικών εργασιών — προφορικές παρουσιάσεις ομαδικής σχεδιαστικής εργασίας μηχανικής ιστών
Συνιστώμενη Βιβλιογραφία
- Lanza, R., Langer, R., Vacanti, J. (Eds.) Principles of Tissue Engineering, 5th Ed. Academic Press, 2020.
- Saltzman, W.M. Tissue Engineering: Engineering Principles for the Design of Replacement Organs and Tissues. Oxford University Press, 2004.
- Σημειώσεις διαλέξεων του μαθήματος, διαφάνειες και εργαστηριακοί οδηγοί (διανέμονται μέσω του myCourses, του συστήματος διαχείρισης μάθησης του McGill University)
Συναφή επιστημονικά περιοδικά
Biomaterials, Tissue Engineering Parts A/B/C, Acta Biomaterialia, Advanced Healthcare Materials, Nature Biomedical Engineering