Biotechnologia medyczna

obowiązkowe

Znajomość podstaw chemii organicznej, biochemii, technologii chemicznej, biologii komórki. Podstawowa wiedza z zakresu biochemii, biologii molekularnej oraz biologii komórki oraz mikrobiologii. Znajomość jęz. angielskiego na poziomie pozwalającym na zrozumienie publikacji naukowych.

w sali

Pierwsza część kursu wprowadza w biotechnologię jako dziedzinę, omawia jej podział praktyczny oraz kluczowe podstawy biochemii, mikrobiologii, biologii komórki i technologii chemicznej. Szczególny nacisk kładzie na: produkcję farmaceutyków metodami biotechnologicznymi, terapię genową (w tym GMO), zastosowanie i pozyskiwanie komórek macierzystych, inżynierię tkankową, medycynę regeneracyjną, immunologię i nowoczesne szczepionki. Druga część rozwija zagadnienia patogenezy drobnoustrojów, odporności, antybiotyków i ich alternatyw, a także nowoczesną diagnostykę molekularną (Sanger, NGS Illumina, Nanopore) oraz immunologię.

Wykład otwiera syntetyczne wprowadzenie do biotechnologii w podziale „kolorystycznym” OECD (czerwona, biała, zielona, niebieska, szara) z omówieniem reprezentatywnych projektów klinicznych i przemysłowych. Po przypomnieniu najważniejszych zagadnień biochemii, mikrobiologii, biologii komórki oraz podstaw operacji jednostkowych technologii chemicznej, przedstawione zostaną koncepcyjne modele produkcji leków: biosynteza antybiotyków, hormonów, przeciwciał i innych białek rekombinowanych, wraz z przeglądem systemów ekspresyjnych (E. coli, drożdże, linie ssacze, systemy bezkomórkowe) i schematem ciągłego procesu „upstream–downstream”.

Omówione zostaną źródła komórek macierzystych (ESC, iPSC, dorosłe), protokoły różnicowania oraz ich zastosowania kliniczne, z uwzględnieniem aspektów etycznych. Kolejna część dotyczy inżynierii tkankowej i medycyny regeneracyjnej – rusztowań polimerowych, hydrożeli, biodruku 3D i organoidów – ilustrowanych przykładami translacyjnymi.

Następnie zaprezentowany zostanie układ odpornościowy człowieka: bariery wrodzone (lizozym, laktoferyna, dopełniacz) oraz odpowiedź adaptacyjna, łącznie z rozwinięciem zagadnień cytokin, układu dopełniacza, przeciwciał mono- i poliklonalnych, profilaktyki szczepiennej oraz immunoterapii.

Kolejna część wykładu koncentruje się na relacjach gospodarz–patogen i diagnostycznych innowacjach. Omawiane będą molekularne podstawy wirulencji bakterii i wirusów (biofilmy, toksyny, egzotoksyny) oraz klasyczne i alternatywne podejścia przeciwdrobnoustrojowe – od antybiotyków i mechanizmów oporności po terapie fagowe, peptydy przeciwdrobnoustrojowe i lizyny.

Następnie wykład przechodzi do strategii terapii genowej, m.in., projektowania wektorów (liposomy, nanocząstki polimerowe, zagadnienie „gąbki protonowej”), oligonukleotydów antysensownych i siRNA, a także do zagadnień in vivo vs ex vivo.

Ostatni moduł poświęcony jest porównaniu fenotypowania i genotypowania, markerowi 16S rRNA, klasycznemu sekwencjonowaniu Sangera i pirosekwencjonowaniu, a także platformom NGS (Illumina: denaturacja, klastrowanie, cykliczne odczyty) oraz Nanopore (odczyt w czasie rzeczywistym) wraz z kluczowymi etapami analiz bioinformatycznych.

Wszystkie zagadnienia osadzone są w kontekście regulacyjnym i etycznym – bezpieczeństwa GMO, oceny ryzyka terapii genowych, wytycznych EMA/FDA i społecznego odbioru nowych technologii.

Bal J. (red.) (2013). Biologia molekularna w medycynie. Elementy genetyki klinicznej. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN. ISBN: 978-83-01-16665-6.

Clark D. P., Pazdernik N. J., McGehee M. R., & Rader B. A. (2021).

Biotechnology: The Technological Applications of Genetics and Genomics (3rd ed.). Elsevier. ISBN: 978-0-443-18484-0.

Farooq Z., Rather R. A., & Anwar M. (Eds.) (2022).

Fundamentals and Advances in Medical Biotechnology. Springer International Publishing, Cham. ISBN (print): 978-3-030-98553-0; ISBN (eBook): 978-3-030-98554-7.

Pongracz J., & Keen M. (2008). Medical Biotechnology. London: Churchill Livingstone, Elsevier.

Pongracz J., & Keen M. (2008). Medical Biotechnology. 1st ed. London: Churchill Livingstone, Elsevier.

Student zna i rozumie:

K_W09 – ma wiedzę z zakresu biologii molekularnej, genetyki oraz mikrobiologii w stopniu umożliwiającym zrozumienie mechanizmów działania organizmów patogennych i ich zastosowania w biotechnologii medycznej.

K_W12 – zna wybrane techniki laboratoryjne i analityczne stosowane w biologii, chemii oraz naukach biomedycznych, w tym metody wykrywania, izolacji i analizy materiału genetycznego.

K_W13 – rozumie podstawowe pojęcia z zakresu immunologii, odporności i procesów zapalnych; zna mechanizmy działania szczepionek i przeciwciał terapeutycznych.

K_W16 – zna technologie wykorzystywane w terapii genowej, produkcji przeciwciał i projektowaniu leków biologicznych; rozumie możliwości i ograniczenia inżynierii genetycznej w zastosowaniach medycznych.

K_W18 – zna podstawowe metody bioinformatyczne i techniki wysokoprzepustowe (NGS) stosowane w diagnostyce molekularnej oraz zna aktualne osiągnięcia nanobiotechnologii.

Student potrafi:

K_U10 – potrafi korzystać z literatury naukowej w języku polskim i angielskim oraz wyciągać wnioski z aktualnych badań w obszarze biotechnologii i nauk biomedycznych.

K_U12 – potrafi samodzielnie analizować dane eksperymentalne i wyniki badań z zakresu biotechnologii medycznej, w tym interpretować wyniki analiz molekularnych i immunologicznych.

K_U15 – umie zaprojektować i zinterpretować prosty eksperyment w zakresie biologii molekularnej lub mikrobiologii medycznej.

K_U16 – potrafi dobrać odpowiednie techniki diagnostyczne lub terapeutyczne w zależności od rodzaju patogenu lub zaburzenia molekularnego.

K_U21 – umie korzystać z narzędzi bioinformatycznych w analizie sekwencji DNA/RNA oraz w ocenie danych uzyskiwanych z technik NGS.

Student jest gotów do:

K_K02 – krytycznej oceny znaczenia nowoczesnych technologii biotechnologicznych i ich wpływu na zdrowie publiczne.

K_K03 – identyfikacji i rozważania aspektów etycznych, prawnych i społecznych wynikających z zastosowania biotechnologii medycznej.

K_K06 – podejmowania działań na rzecz ciągłego rozwoju własnej wiedzy i umiejętności w obszarze biotechnologii, poprzez analizę literatury, uczestnictwo w seminariach oraz śledzenie postępów naukowych.

Całkowity nakład pracy studenta: 75 godzin, w tym:

• uczestnictwo w wykładach – 30 godz.

• przygotowanie do zajęć - 15 godz.

• przygotowanie do egzaminu końcowego – 30 godz.

Egzamin pisemny i/lub ustny, online (z wykorzystaniem odpowiednich narządzi, np. pakietu GSuite lub innego) lub w sali. Egzamin obejmuje zagadnienia prezentowane na wykładach. Odbywa się w formie pytań testowych, otwartych i opisowych, bądź wypowiedzi ustnej. Istnieje możliwość zorganizowania dwóch kolokwiów cząstkowych w trakcie trwania semestru. Brak obecności na wykładzie nie jest penalizowany.

Kryteria przyznawania ocen: 5 (90-100%), 4,5 (80-89%), 4 (70-79%), 3,5 (60-69%), 3 (51-59%).