Ateneo - UPO

Il corso si propone di fornire le conoscenze sul ruolo degli elementi inorganici nei sistemi biologici, incluso i loro usi terapeutici. Nella prima parte del corso (Metalli nei sistemi biologici, 3 cfu) verranno studiate le proprietà chimiche e le funzioni biologiche degli elementi che si legano a biomolecole, i meccanismi di assunzione dei metalli, i sistemi di trasporto ed inserimento nei siti finali, i meccanismi di azione per alcune classi di metalloproteine ed il coinvolgimento dei metalli nell'insorgenza di alcune patologie. Nella seconda parte del corso (Metalli in medicina, 3 cfu) si tratterà dei complessi metallici usati in medicina, quali composti del Pt come agenti antitumorali, composti di Au per artrite reumatoide, composti di Bi per ulcera peptica, nitroprussiato per le emergenze ipertensive, sali di vanadile per il diabete, medicina nucleare (radiofarmaci e radiodiagnostici), composti metallici per le malattie tropicali e composti metallici per la diagnostica (in particolare MRI).

Verranno messi a disposizione i lucidi del corso (in inglese) su piattaforma DIR. Si consigliano i seguenti testi:
Wolfgang Kaim, Brigitte Schwederski, Axel Klein, "Bioinorganic Chemistry - Inorganic Elements in the Chemistry of Life: An Introduction and Guide", 2nd Edition, Wiley, 2013
Rosette M. Roat-Malone, "Bioinorganic Chemistry: A Second Short Course", Wiley Interscience, 2007
Ivano Bertini, Harry B. Gray, et al., "Biological Inorganic Chemistry", University Science Books, 2007
Stephen J. Lippard, Jeremy M. Berg, Principles of Bioinorganic Chemistry", University Science Books, 1994
James C. Dabrowiak, “Metals in Medicine”, Wiley;
C. Jones and J. Thornback, “Medicinal Applications of Coordination Chemistry”, RSC Publishing.
Sarà inoltre fornito materiale per approfondimenti (articoli scientifici).

L'obiettivo principale del corso è l'acquisizione di conoscenze indispensabili per la comprensione del ruolo dei metalli nei sistemi biologici e dei processi chimici in cui sono coinvolti. Le steudentesse e gli studenti dovranno inoltre familiarizzare con le proprietà dei complessi dei metalli di transizione e delle terre rare quali agenti chemioterapici e/o diagnostici. Tutte le studentesse e gli studenti dovranno anche acquisire l’abilità di applicare le conoscenze teoriche alla discussione di case studies. Il corso ha anche lo scopo di sviluppare la capacità di acquisire ed utilizzare un lessico chimico appropriato in relazione agli argomenti del corso ed il senso critico che permette alle studentesse e agli srudenti di trarre conclusioni su questioni attinenti agli argomenti trattati e attraverso l’approfondimento di un argomento in modo autonomo.

Al fine di comprendere e affrontare il corso è consigliato aver acquisito nozioni di base di chimica inorganica (in particolare, composti di coordinazione) e di biochimica.

Lezioni frontali e discussione collegiale.

L’apprendimento in itinere verrà verificato con discussione collegiale.

Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo: https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studenti-disabili-e-dsa.
Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame, in merito agli aspetti didattici.

La valutazione finale consiste in un unico esame scritto per l’intero corso di 6 CFU della durata di 2 ore consistente in 5 domande teoriche aperte (max 6 punti ciascuna). Per studentesse e studenti della LM in Biologia che seguono solo un modulo del corso (3 CFU), la valutazione finale consiste in un esame scritto della durata di 1 ora e mezza consistente in 3 domande teoriche aperte (max 10 punti ciascuna).
Una domanda riguarderà l’argomento approfondito in autonomia.
Due domande (una per LM biologia) riguarderanno la parte di “Metalli nei sistemi biologici” e saranno scelte in modo da coprire tutto il programma (a rotazione riguarderanno i meccanismi di assunzione dei metalli, i sistemi di trasporto ed inserimento nei siti finali, i meccanismi di azione per alcune classi di metalloproteine, il ruolo della carenza ed eccesso dei metalli in alcune patologie).
Due domande (una per LM biologia) riguarderanno la parte sui “Metalli in medicina” e saranno scelte in modo da coprire tutto il programma (a rotazione riguarderanno complessi antitumorali di platino, antibiotici antitumorali, radioterapia e radiodiagnostica, terapia fotodinamica, complessi metallici per diabete, ulcera o artrite reumatoide, malattie tropicali etc.), affinché le studentesse e gli studenti possano dimostrare di conoscere e di aver compreso i concetti fondamentali.
Il livello di difficoltà corrisponde al programma svolto e ai testi di riferimento indicati. La prova scritta si ritiene superata con una conoscenza dei concetti base corrispondente ad una somma dei punteggi non inferiore a 18 punti (18/30). Il massimo punteggio sarà raggiunto dimostrando l’acquisizione di tutte le conoscenze ed abilità/capacità indicate. Questa modalità d’esame permette di verificare le conoscenze teoriche di chimica bioinorganica, la capacità di applicarle, l’acquisizione di un corretto linguaggio scientifico e la capacità di apprendimento autonomo.

Il corso tratta i seguenti argomenti:
“Metalli nei sistemi biologici”: 1. Chimica di coordinazione per biologi / 2. Biochimica per chimici / 3. Una breve panoramica della biologia molecolare / 4. Funzioni biologiche degli elementi inorganici / 5. Leganti biologici per ioni metallici (amminoacidi; proteine; macrocicli; nucleobasi) / 6. Assimilazione e percorsi dei metalli. Sodio e potassio (canali ionici; pompe ioniche; cotrasporto; omeostasi); Magnesio e calcio (assorbimento e omeostasi); Ferro (assimilazione; immagazzinamento; omeostasi); Rame (assimilazione; omeostasi); Zinco (assimilazione; omeostasi) / 7. Cobalamina e cobaltoproteine (introduzione; reattività; classi di enzimi, carenza) / 8. Metalli al centro della fotosintesi (magnesio) (introduzione; assorbimento della luce; trasporto dell'eccitone; perché Mg2+?; magnesio al centro della PCR) / 9. La molecola di O2: assorbimento, trasporto e immagazzinamento di un prodotto naturale inorganico (storia della molecola di O2; emoglobina e mioglobina; trasporto di O2; una lezione dalla natura; rilascio; emoglobina, un marito "traditore"!; quando qualcosa va storto; come misurare O2 in vivo; il paradosso dell'ossigeno; altri sistemi contenenti eme e ferro) / 10. Proteine contenenti rame: un'alternativa al ferro biologico (introduzione; proteine del rame di tipo 1-3) / 11. La chimica bioinorganica dei metalli tossici per antonomasia (introduzione; alluminio; cromo; piombo; cadmio; mercurio; arsenico; gadolinio; brevi storie con protagonisti metalli tossici) / 12. Chelazione dei metalli in medicina (introduzione; leganti e loro proprietà; trattamenti per le intossicazioni da metalli pesanti; malattie del ferro; malattie del rame; una storia di chelazione dei metalli) / 13. Biomineralizzazione (introduzione; nucleazione e crescita dei cristalli; formazione ossea; regolazione ossea; denti; recettori sensibili alla gravità o all'inerzia).

“Metalli in medicina”: introduzione alla chimica inorganica medica, cenni di farmacocinetica e farmacodinamica, generalità sui tumori e sulla strategia chemioterapica. Si approfondiscono gli agenti alchilanti ed in particolare i complessi metallici quali agenti alchilanti (elettrofili): meccanismo d’azione, tossicità, complessi di Pt usati in clinica, regole SAR e progettazione di nuovi farmaci. Complessi organometallici: titanocene e rutenio-arene dicloruro (RAPTA). Chemioresistenza. I complessi attivabili nell’ambiente tumorale per acidità e/o riduzione (profarmaci). I derivati di Pt(IV). Applicazione dei concetti di “drug targeting and delivery” a composti del platino. Targeting attivo e passivo. Effetto EPR. Liposomi e lipoplatino. Complessi intercalanti del DNA. L’ossigeno tripletto/ singoletto ed i ROS (reactive oxygen species): complessi operanti per stress ossidativo al DNA (bleomicina attivata da cationi ferro) e complessi fotosensibilizzanti per terapia fotodinamica (metallo-porfirine). Complessi fotoattivabili Pt(IV)-azide. Complessi metallici per terapie diverse: complessi dell’Au(I) come anti-artritici; complessi del Bi(III) come anti-ulcera, complessi a rapido rilascio di ossido di azoto (NO) p.e. sodio nitroprussiato, quali anti-ipertensivi nelle emergenze. Composti di Vanadile quale insulino-mimetici per il trattamento del diabete. Malaria e ferrochina; composti metallici per le malattie tropicali. Richiami di radiochimica. Medicina nucleare: radiofarmaci e radiodiagnostici. SPECT e Tecnezio 99-m. Generazione, riduzione e speciazione del Tecnezio. Radioisotopi dello Iodio e tiroide. PET e fluoroglucosio. BNCT e borani. Richiami di MRI.

Conoscenza e comprensione: Conoscenza delle proprietà biologiche dei metalli e dei loro complessi e loro applicazioni nei sistemi viventi e in medicina.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Abilità di applicare le conoscenze teoriche alla discussione di case studies.

Autonomia di giudizio: capacità di valutare con senso critico le nozioni apprese; capacità di analizzare con senso critico i case studies proposti.

Abilità comunicative: capacità di esporre argomenti relativi alla chimica bioinorganica con appropriato linguaggio.

Capacità di apprendimento: Capacità di utilizzare il materiale didattico per uno studio critico e ragionato; capacità di approfondire autonomamente un argomento connesso a quelli del corso e di analizzare dati (anche non acquisiti personalmente), interpretandoli alla luce delle conoscenze acquisite.