Curso de #Posgrado #2017 Fundamentos de #Nanobiotecnología en #Salud, #Alimentación y #Ambiente @UNLitoral

Director del Curso: Dr. Guillermo R. Castro (@unlp)

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL LITORAL

Facultad de Humanidades y Ciencias Departamento de Ciencias Naturales

Propuesta de Curso de Posgrado 2017

 

1. Denominación: Curso de posgrado del Doctorado en Ciencias Biológicas.

 

2. Nombre del Curso : Fundamentos de Nanobiotecnología en Salud, Alimentación y Ambiente.

3.- Director del Curso: Dr. Guillermo R. Castro . Investigador Principal CONICET y Profesor Titular (DS), CINDEFI - Depto. de Química, Facultad de Ciencias Exactas, Univ. Nac. de La Plata.

4.- Colaboradores y coordinador del Curso: Colaboradores:

• Dra.  María  C.  Lamas.  Prof.  Adjunto  Área  Tecnología  Farmacéutica.  Departamento  Farmacia.

Facultad de Cs. Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química. Univ. Nac. de Rosario.

 

• Dr. Ricardo B. Kratje. Prof. Titular, Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas. Univ. Nac. del Litoral.
• Dr.  Claudio  Salomón.  Prof.  Adjunto  Área  Tecnología  Farmacéutica.  Departamento  Farmacia.

Facultad de Cs. Bioquímicas y Farmacéuticas. Instituto de Química. Univ. Nac. de Rosario.

 

• Dra. Liliana G. Santiago. Prof. Adjunta (DE). Vice Directora del Instituto de Tecnología de Alimentos. Facultad de Ingeniería Química. Univ. Nac. del Litoral.

Coordinadora:

 

• Dra. Ana María Gagneten. Prof. Titular D.E. Departamento de Ciencias Naturales (Facultad de Humanidades y Ciencias - Univ. Nac. del Litoral).

5.- Objetivos del Curso:

Introducir conceptos básicos de las nanotecnologías, sus nuevas herramientas y técnicas, con énfasis en las aplicaciones en los campos académicos como a nivel industrial principalmente en alimentos y biotecnología tecnología farmacéutica.

6.- Perfil de los alumnos a quienes está orientado el Curso

Alumnos de carreras de Maestría o Doctorado o egresados de las siguientes carreras: Licenciaturas en Biotecnología, Biodiversidad, Bioingeniería, Bioinformática, Genética, Alimentos, Química, Bioquímica y carreras de Medicina y Medicina Veterinaria.

7.-  Fecha: 6 al 10 de marzo 2017.

8.- Carga horaria total: 60 h. Distribución horaria de las actividades: De lunes a viernes, de 9 a 15 h. (teorías y seminarios), 15 horas de elaboración y presentación de trabajo final como condición para la aprobación del curso.

9.- Número de vacantes: Para las clases teóricas y seminarios no habrá limitaciones en cuanto a vacantes. En cuanto al desarrollo de las monografías será de aproxidamente 20 alumnos dedo que es necesario establecer la coordinación de los grupos.

10.- Requisitos de formación previa de los inscriptos.

Se requieren conocimientos básicos de Química biológica, metabolismo celular, enzimología, biología molecular, técnicas biofísicas (microscopias, espectroscopias), biotecnología.

11.- Programa analítico del Curso:

Nanotecnologías – Introducción

 

• Historia general del tema. Aplicaciones potenciales de la nanotecnología, definiciones y conceptos,

• Nanomateriales. Definición y clasificación. Métodos de producción. Propiedades estructurales y funcionales; relaciones entre la estructura cristalina, el tamaño, la función y las propiedades. Geometrías y superficie; funcionalización. Usos y aplicaciones industriales.
• Biomoléculas. Propiedades y funciones biológicas.  Relación entre estructura y  función. Uso de técnicas espectroscópicas (RMN, FTIR, técnicas de espectroscopía de masa, Light Scattering, entre otras). Membranas celulares, proteínas, enzimas. Modificaciones de biomoléculas. Sondas moleculares (técnicas de fluorescenciay modelamiento molecular).
• Cultivos celulares. Técnicas de cultivo (lote, continuo, estado sólido). Técnicas de optimización de cultivos. Cultivos de células procariotas y eucariotas. Aspectos fisiológicos, celulares y moleculares. Líneas celulares inmortales, células madres. Modelos microbianos y de plantas.
• Bioreactores y reactores químicos. Ventajas y desventajas. Sistemas de producción, modificación purificación, escalado y manipulación de biomoléculas a escala nano. Usos y aplicaciones industriales.

Aplicaciones y usos de nanobiomateriales:

1. 1. Medicina  y Veterinaria:  liberación  controlada  de fármacos  y moléculas  en  zonas  blanco,  usos diagnóstico y terapéutico, vacunas y adyuvantes.

 

2. 2. Ingeniería de tejidos.

 

3. 3. Agricultura: biopesticidas y biocidas, desarrollo de nuevos productos y aplicaciones específicas.

4. 4. Alimentos: desarrollo de alimentos inteligentes y/o específicos modificados a sectores sociales y/o sanitarios.

 

5. 5. Usos en remediación de productos tóxicos y patogénicos.

Diseño macromolecular de superficies funcionales

Materia blanda, monocapas auto-ensambladas, ensamblado electrostático capa por capa para obtener películas delgadas. Formación de microcápsulas de polielectrolitos, formación de “brushes” poliméricos.

Ensamblados macromoleculares confinados en nanoporos. Nanotecnología con materia blanda. Obtención de nanoporos y nanocables. Obtención de nanomembranas, nanotubos pH-responsivos, nanotubos proteicos, aplicaciones biológicas de nanotubos.

Aplicaciones biológicas de autoensamblados moleculares

Ingeniería molecular de superficies usando monocapas auto-ensambladas: materiales y aplicaciones. Ejemplos. Técnicas de contraste de imagen.

Nanotoxicidad

Nanomateriales,  farmacodinamia  y farmacocinética,     ensayos  citotóxicos  in  vitro  sobre  diferentes líneas celulares, estudios genéticos sobre efectos de los nanomateriales.

Citotoxicidad y genotoxicidad de nanopartículas de plata sintetizadas biogénicamente. Evaluación de la toxicidad de los nanomateriales en eritrocitos, métodos y protocolos. Interacciones químicas de superficies biomoleculares.

Nanotecnologías en Alimentos. Herramientas fisicoquímicas para formulaciones nanomédicas. Aproximaciones Top-down/bottom-up , preparación de nanopartículas basadas en polímeros, lípidos y materiales inorgánicos. Materiales compuestos.

Diseño de sistemas de administración de fármacos utilizando las tecnologías de fluidos supercríticos.

Fluidos supercríticos (SCF), Diseño de partículas por SCF, casos de estudio.

Diseño de nanomedicinas biopoliméricas de compuestos vegetales

Generalidades    biopolímeros.    Caso   de    estudio:    andrografólido,    metodologías,

caracterización nanopartículas y superficie.

Síntesis verde de nanopartículas metálicas para un ambiente limpio y un mañana más saludable. Casos de estudio: Silymarin y Quercetin funcionalizados con nanopartículas de oro. Caracterización de nanopartículas.

Nanoemulsiones: una herramienta frente a muchas dificultades

Nanoemulsiones, ventajas y métodos de preparación.

Síntesis de nanomateriales por técnicas "bottom-up".

Métodos bottom-up. Modelo Clásico de nucleación-crecimiento. Modelo Molecular: Sol-Gel. Ejemplos de control. Funcionalización superficial.

Química  de  la  materia  organizada:  ensamblando  nanobloques  de  construcción  para  construir nanosistemas complejos.

Nanomateriales complejos: definición. Biomateriales como fuente de inspiración. Materiales híbridos. Nanocompósitos y estructuras “core shell”. Nanopartículas autoensambladas. Zeolitas. Materiales mesoporosos: sol-gel + autoensamblado.

Suministro de fármacos utilizando biopolímeros.

Tipos de nanopartículas, nanotubos, dendrimeros y fullerenos. Aplicaciones usadas en este caso, características y ventajas.

Conclusiones finales del Curso

Discusión y proyecciones del área de Nanotecnología y sus aplicaciones. Presentación pública de las monografías elaboradas por los estudiantes.

12.- Bibliografía del curso

Los libros serán subidos a un disco virtual (c loud) al que los participantes tendrán acceso directo mientras que las publicaciones periódicas serán obtenidas de las bases bibliográficas habilitadas por el MinCyT.

 

• J. Ach y L. Siep (Editor) 2007. Nano-Bio-Ethics: Ethical Dimensions of Nanobiotechnology. Lit Verlag.

 

• K.K. Jain (2006). Nanobiotechnology Molecular Diagnostics: Current Techniques and Applications. Taylor & Francis.
• N.H. Malsch (Editor) 2005. Biomedical Nanotechnology. CRC Press.

 

• D. Martin (Editor) 2006. Nanobiotechnology of Biomimetic Membranes (Fundamental Biomedical Technologies). Springer.
• C.A. Mirkin y C.M. Niemeyer (Editores) 2007. Nanobiotechnology II: More Concepts and Applications. Wiley-VCH.
• N.-T. Nguyen y S.T. Wereley 2006. Fundamentals and Applications of Microfluidics, Second Edition (Integrated Microsystems). Artech House Publishers
• C.M.  Niemeyer  y  C.A.  Mirkin  (Editores)  2004.  Nanobiotechnology:  Concepts,  Applications  and Perspectives. Wiley-VCH.
• O. Shoseyov e I. Levy (Editor) 2007. NanoBioTechnology: Bioinspired Devices and Materials of the Future. Humana Press.
• G.A. Urban (Editor) 2006. BioMEMS (Microsystems). Springer.

 

• T.  Vo-Dinh  (Editor)  2007.  Nanotechnology  in  Biology  and  Medicine:  Methods,  Devices,  and Applications. CRC Press.
• Xiao-Hong Nancy Xu (Editor) 2007. New Frontiers in Ultrasensitive Bioanalysis: Advanced Analytical Chemistry Applications in Nanobiotechnology, Single Molecule Detection, and Single Cell, Analytical Chemistry and Its Applications). Wiley Interscience.

Revistas de publicación periódica

 

• ACS Nano. American Chemical Society.

 

• Bionanotechnology. Springer.

 

• IEE Procedings of Nanobiotechnology.
• Journal of Bionanoscience. American Scientific Publishers

 

• Journal of Controlled Release. Elsevier.

 

• Journal of Nanobiotechnology. PubCentral.

 

• Molecular Pharmaceutics. American Chemical Society.

 

• Nanobiotechnology Humana Press.

13.- Método de evaluación y promoción del curso

Como condición para la aprobación del curso, las horas teóricas presenciales se completarán con la elaboración de una monografía original en grupos reducidos de tres-cuatro estudiantes sobre alguno de los temas desarrollados en el curso y/o en el marco de los estudios que desarrollan los estudiantes y que defenderán públicamente.

14.- Curricula Vitae del Director y docentes . Se adjuntan al presente.                     

Dr. Guillermo R. Castro CINDEFI (UNLP – CONICET, CCT La Plata

Lunes 06 al viernes 10 de marzo 2017.

Horario: 9 a 18 h.

Nanotecnologías – Introducción

-          Historia general del tema. Aplicaciones potenciales de la nanotecnología, definiciones y conceptos,

-          Nanomateriales. Definición y clasificación. Métodos de producción. Propiedades estructurales y funcionales; relaciones entre la estructura cristalina, el tamaño, la función y las propiedades. Geometrías y superficie; funcionalización. Usos y aplicaciones industriales.

-          Biomoléculas. Propiedades y funciones biológicas. Relación entre estructura y función. Uso de técnicas espectroscópicas (RMN, FTIR, técnicas de espectroscopía de masa, Light Scattering, entre otras). Membranas celulares, proteínas, enzimas. Modificaciones de biomoléculas. Sondas moleculares (técnicas de fluorescenciay modelamiento molecular).

-          Cultivos celulares. Técnicas de cultivo (lote, continuo, estado sólido). Técnicas de optimización de cultivos. Cultivos de células procariotas y eucariotas. Aspectos fisiológicos, celulares y moleculares. Líneas celulares inmortales, células madres. Modelos microbianos y de plantas.

-          Bioreactores y reactores químicos. Ventajas y desventajas. Sistemas de producción, modificación purificación, escalado y manipulación de biomoléculas a escala nano. Usos y aplicaciones industriales.

Aplicaciones y usos de nanobiomateriales:

I.         Medicina y Veterinaria: liberación controlada de fármacos y moléculas en zonas blanco, usos diagnóstico y terapéutico, vacunas y adyuvantes.

II.        Ingeniería de tejidos.

III.       Agricultura: biopesticidas y biocidas, desarrollo de nuevos productos y aplicaciones específicas.

IV.      Alimentos: desarrollo de alimentos inteligentes y/o específicos modificados a sectores sociales y/o sanitarios.

V.        Usos en remediación de productos tóxicos y patogénicos.

 

Diseño macromolecular de superficies funcionales

Materia blanda, monocapas auto-ensambladas, ensamblado electrostático capa por capa para obtener películas delgadas. Formación de microcápsulas de polielectrolitos, formación de “brushes” poliméricos.

Ensamblados  macromoleculares  confinados  en  nanoporos.  Nanotecnología  con materia blanda.

Obtención de nanoporos y nanocables. Obtención de nanomembranas, nanotubos pH- responsivos, nanotubos proteicos, aplicaciones biológicas de nanotubos.

Aplicaciones biológicas de autoensamblados moleculares

Ingeniería molecular de superficies usando monocapas auto-ensambladas: materiales y aplicaciones. Ejemplos. Técnicas de contraste de imagen.

Nanotoxicidad

Nanomateriales, farmacodinamia y farmacocinética,  ensayos citotóxicos in vitro sobre diferentes líneas celulares, estudios genéticos sobre efectos de los nanomateriales. Citotoxicidad y genotoxicidad de nanopartículas de plata sintetizadas biogénicamente. Evaluación de la toxicidad de los nanomateriales en eritrocitos, métodos y protocolos. Interacciones químicas de superficies biomoleculares.

Nanotecnologías  en  Alimentos.  Herramientas  fisicoquímicas  para  formulaciones nanomédicas.

Aproximaciones  Top-down/bottom-up,  preparación  de  nanopartículas  basadas  en polímeros, lípidos y materiales inorgánicos. Materiales compuestos.

Diseño de sistemas de administración de fármacos utilizando las tecnologías de fluidos supercríticos.

Fluidos supercríticos (SCF), Diseño de partículas por SCF, casos de estudio.

Diseño de nanomedicinas biopoliméricas de compuestos vegetales

Generalidades        biopolímeros.          Caso  de       estudio:         andrografólido,           metodologías, caracterización nanopartículas y superficie.

Síntesis verde de nanopartículas metálicas para un ambiente limpio y un mañana más saludable.

 

Casos de estudio: Silymarin y Quercetin funcionalizados con nanopartículas de oro. Caracterización de nanopartículas.

Nanoemulsiones: una herramienta frente a muchas dificultades

Nanoemulsiones, ventajas y métodos de preparación.

Síntesis de nanomateriales por técnicas "bottom-up".

Métodos  bottom-up.  Modelo  Clásico  de  nucleación-crecimiento.  Modelo  Molecular: Sol-Gel. Ejemplos de control. Funcionalización superficial.

Química de la materia organizada: ensamblando nanobloques de construcción para construir nanosistemas complejos.

Nanomateriales complejos: definición. Biomateriales como fuente de inspiración. Materiales híbridos. Nanocompósitos y estructuras “core shell”. Nanopartículas autoensambladas. Zeolitas. Materiales mesoporosos: sol-gel + autoensamblado.

Suministro de fármacos utilizando biopolímeros.

Tipos de nanopartículas, nanotubos, dendrimeros y fullerenos. Aplicaciones usadas en este caso, características y ventajas.

Conclusiones finales del Curso

Discusión y proyecciones del área de Nanotecnología y sus aplicaciones. Presentación pública de las monografías elaboradas por los estudiantes.