D1. Conoscenza e capacità di comprensione: Al termine del corso lo/la studente/essa deve dimostrare di aver acquisito I principi fondamentali della biofisica con particolare riferimento alla biofisica molecolare, alla biofisica delle membrane cellulari e alla biomeccanica cellulare. Deve inoltre conoscere aspetti qualitativi e quantitativi delle tecniche sperimentali utilizzate in questi campi, come Microscopia a Forza Atomica, Pinzette Ottiche, Magnetiche e Acustiche, Microscopia Elettronica, Vibrazionale, Microscopia ottica a super-risoluzione e Diffrazione e Scattering di raggi X. D2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Al termine del corso lo/la studente/essa deve saper applicare le conoscenze acquisite al punto D1 per ipotizzare esperimenti di biofisica con le tecniche introdotte, discutere ed analizzare in dettaglio dati sperimentali che verranno forniti al fine di interpretare in autonomia i risultati degli esperimenti. Deve conoscere le regole statistiche di interpretazione di risultati biologici e saper applicare i test di significatività ai dati. D3. Autonomia di giudizio: Al termine del corso lo/la studente/essa saprà giudicare i metodi sperimentali trattati nei contesti diversi, giudicare quale sia più appropriato ad esempio a studiare proprietà meccaniche di sistemi biologici a diversa rigidità, dimensione e corrugazione, e saprà valutare in modo critico gli articoli di letteratura su questi argomenti che verranno proposti. D4. Abilità comunicative: Al termine del corso lo/la studente/essa deve dimostrare di aver acquisito I concetti di base di cui al punto D1, nonchè un linguaggio appropriato per discutere con precisione diversi argomenti di biofisica. Deve saper giudicare in modo critico e propositivo gli argomenti trattati nel corso. D5. Capacità di apprendimento: Al termine del corso lo/la studente/essa deve essere in grado di mostrare un adeguato livello di approfondimento degli argomenti trattati, di saper leggere con senso critico lavori pubblicati su riviste specializzate del campo, e di valutare le tecniche proposte, su determinati sistemi, in modo comparato, valorizzando la parte quantitativa degli esperimenti.

Non è richiesto agli studenti alcun corso propedeutico. La conoscenza di concetti di base di meccanica dei solidi e di meccanica statistica potrebbe essere altresì un vantaggio.

Il corso ha lo scopo di introdurre introdurre gli studenti e le studentesse a concetti, formalismi, metodologie e strumentazioni della fisica che trovano rilevanti applicazioni in biologia e medicina, con l'obiettivo di dimostrare come una descrizione dei sistemi viventi in termini di sistemi fisici complessi completi le indagini sperimentali piu’ tradizionali. Il corso si propone quindi di guidare studenti/esse ad un lavoro interdisciplinare, al confine tra fisica, biologia, biochimica e nanotecnologie, e di esporli, anche attraverso la discussione di rilevanti articoli di ricerca nel campo della biofisica molecolare e cellulare, ad un lavoro di futura ricerca nel campo. Nello specifico, dopo una introduzione alla struttura e funzione delle diverse macromolecole, saranno fatti cenni alla fisica dei biopolimeri e alle forze intermolecolari che guidano la struttura ed i processi di self-assembling, fibrillazione e folding delle proteine, alle interazioni tra proteine e ligandi e al bio-riconoscimento molecolare. Nella seconda parte il corso, dopo aver richiamato i principali concetti di meccanica dei solidi, dinamica dei fluidi e meccanica statistica, e aver introdotto importanti nozioni di biologia/biochimica cellulare, con focus sulla struttura della membrana plasmatica e sull’interazione con la matrice extracellulare, ci si concentrerà sui principali aspetti della meccanica cellulare, descrivendo fenomeni di adesione, migrazione e meccanostrasduzione che regolano molte delle funzioni vitali della cellula e degli organismi superiori, anche in contesti di patologie come il cancro. Gli argomenti trattati verranno illustrati con esempi di esprimenti tratti dalla letteratura e dalle attività dirette della docente; con l’occasione verranno illustrate nel dettaglio le moderne tecniche sperimentali applicate alla biofisica. Come parte integrante del corso verranno organizzate due visite presso i laboratori di Basovizza dove studenti e studentesse potranno discutere con dei tutor i dettagli di un esperimento concordato con la docente.

1. J. Howard, Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton, Sinauer Associates Inc., 2001
2. B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, and P. Walter, Molecular Biology of the Cell, 4th edition, New York: Garland Science; 2002.
3. D. Boal, Mechanics of the Cell, Cambridge Univ. Press, 2012
4. C.R. Jacobs, H. Huang, R. Y. Kwon, Introduction to Cell Mechanics and Mechanobiology, Garland Science Taylor & Francis, 2013.
5. J.N. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, Elsevier, Third edition 2011.
6. Scientific articles – pdf collection; cited with the slides associated to the lectures.
7. Slides presentation for the lectures, pdf.

Parte prima – fondamenti di biofisica. molecolare 1. Introduzione alla biofisica cellulare e biomolecole. Self-assembling e forze intermolecolari (2h) 2. Proteine: struttura forma e funzione. Il problema del folding. Fibre di proteine, proteine di membrana (2h) 3. Acidi Nucleici: struttura, trasmissione dell’informazione genetica, cenni di ingegneria genetica; altri biopolimeri (4h) 4. Struttura e trasporto in membrana cellulare. Ioni in soluzione acquosa, trasporto di ioni e molecole attraverso la membrana. Formazione di vescicole extracellulari. Cell signaling (2h) 5. Tecniche per lo studio di struttura/funzione di macromolecole (4h): Spettroscopie ottiche (fluorescenza, IR, Raman) Cristallografia con raggi X, Electron Microscopy, NMR 6. Interazioni proteina-ligando all’equilibrio; cinetica biochimica; tecniche utilizzate (Surface plasmon resonance, calorimetria) (2h) 7. Biosensori (2h) 8. Studi di interazione a livello di singola molecole e tecniche relative (FRET, Foster Resonant Energy Transfer, Atomic Force Microscopy, Optical Tweezers, Coherent X-ray diffraction(2h) Parte seconda – meccanica cellulare e meccanobiologia. 1. Introduzione (2h) 2. Principi fisici (8h) 2.1. Forze meccaniche e viscoelasticità a livello molecolare e cellulare 2.2. Forze termiche e diffusione 2.3. Forze chimiche 2.4. Motori proteici (tipi e principi di funzionamento) 3. Meccanica del citoscheletro (4h) 3.1. Struttura del citoscheletro 3.2. Forze generate dal citoscheletro e motilità cellulare 4. Mecanotrasduzione cellulare (2h) 5. 5. Tecniche sperimentali per meccanica cellulare (6h) 5.1. Overview su tecniche di applicazione di forza e misura di forza 5.2. Optical Tweezers – spettroscopia di forza e manipolazione 5.3. Magnetic and Acoustic Tweezers 5.4. Advanced Optical Microscopy techniques (Super-Resolution, FRET, DHM) Parte terza – esperienza di laboratorio in piccoli gruppi, su un argomento della prima parte del corso e uno della seconda parte (4+4 h).

Lezioni frontali ed esperienze di laboratorio sotto la guida dela docente.

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Esame orale. L'esame verterà principalmente su una partedi elaborazione, con una discussione di due articoli assegnati dalla docente 5 giorni prima dell'orale, con riferimento rispettivamente ad uno degli argomenti della prima parte del corso e ad uno della seconda parte. Domande potranno riguardare tutto il programma, e faranno riferimento agli Obiettivi Formativi descritti sopra. La valutazione seguirà i seguenti criteri: -Eccellente (30 -30 e lode): ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, ottima capacità analitica; lo/la studente/essa è in grado di applicare     brillantemente le conoscenze teoriche a casi concreti. -Molto buono (27 -29): buona conoscenza degli argomenti, notevole proprietà di linguaggio, buona capacità analitica; lo/la studente/essa è in grado di applicare correttamente le conoscenze teoriche a casi concreti. -Buono (24-26): buona conoscenza dei principali argomenti, discreta proprietà di linguaggio; lo/la studente/essa mostra una adeguata capacità di applicare le conoscenze teoriche a casi concreti. -Soddisfacente (21-23): lo/la studente/essa non mostra piena padronanza degli argomenti principali dell'insegnamento, pur possedendone le conoscenze fondamentali; mostra comunque soddisfacente proprietà di linguaggio e sufficiente capacità di applicare le conoscenze teoriche a casi concreti. -Sufficiente (18-20): minima conoscenza degli argomenti principali dell'insegnamento e del linguaggio tecnico, limitata capacità di applicare in modo adeguato le conoscenze teoriche a casi concreti. -Insufficiente (<18): lo/la studente/essa non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti dei diversi argomenti del programma.

Questo insegnamento approfndisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell 'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite.