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Academic Year/course: 2022/23

633 - Master's Degree in Biomedical Engineering

69713 - Nano-therapy


Syllabus Information

Academic Year:
2022/23
Subject:
69713 - Nano-therapy
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
633 - Master's Degree in Biomedical Engineering
ECTS:
3.0
Year:
1
Semester:
Second semester
Subject Type:
Optional
Module:
---

1. General information

1.1. Aims of the course

The subject consists of 3 ECTS credits or 75 hours of student´s work.

 

The primary objective is to show the student how nanoscience and nanotechnology are contributing to the development of new therapeutic systems, as well as to the improvement of existing ones. Current examples will be shown on how this Science and the technological equipment derived from it are allowing to improve the quality of patient´s care, allowing the progress towards a personalized healthcare technology, at an affordable cost, offering competitive and high-value products.

 

From the point of view of therapy, the emergence of localized drug delivery using nanoparticles will first be described as a new therapeutic technique that minimizes the drawbacks of standard therapies by carrying out a historical review of the field. The fundamental concepts to understand the mechanisms of pharmacokinetics and pharmacodynamics will be reviewed. The nanoparticles synthesis and characterization techniques used in the production of localized drug delivery systems will be detailed. The applications of the nanoparticles will be described according to the different physiological administration routes by which drugs can be delivered. It is a subject in which emphasis is placed on the concepts seen in the introductory subject: Nanobiomedicine: Fundamentals and applications.

 

The syllabus interconnects with the subject of "Design of prostheses and implants" and with "Biomaterials", as well as with "Medical imaging systems" and "Technologies for capturing medical images", since drugs are locally delivered from devices implanted directly in the organism. In the same way, Biomaterials seek bone or tissue regeneration in many of their biomedical applications, and consequently, the localized delivery of drugs is a tool to use (i.e., encapsulating growth factors). It is related to the subject: "Fundamentals of anatomy and cell biology" of which many aspects are necessary to know to understand well the part of Biosensors. In the therapeutic part, the subject "Optical Technologies in Biomedicine" would also be complementary.

 

These approaches and objectives are aligned with some of the Sustainable Development Goals, SDG, of the 2030 Agenda (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) and certain specific goals, in such a way that the acquisition of the Learning outcomes of the subject provides training and competence to the student to contribute to a certain extent to their achievement:

 

 

 

  • Goal 3: ensure healthy lives and promote well-being for all ages

 

Target 3.3 By 2030, end the epidemics of AIDS, tuberculosis, malaria, and neglected tropical diseases and combat hepatitis, waterborne diseases, and other communicable diseases.

 

Target 3.9: By 2030, substantially reduce the number of deaths and illnesses caused by hazardous chemicals and air, water, and soil pollution.

 

Target 3.d Strengthen the capacity of all countries, particularly developing countries, in early warning, risk reduction, and management of national and global health risks.

 

 

 

  • Goal 4: Ensure inclusive, equitable, and quality education and promote lifelong learning opportunities for all

 

Target 4.4 By 2030, significantly increase the number of young people and adults who have the necessary skills, particularly technical and professional ones, to access employment, decent work, and entrepreneurship.

 

 

 

  •  Objective 9: Industry, innovation, and infrastructure

 

Target 9.5 Increase scientific research and improve the technological capacity of industrial sectors in all countries, particularly developing countries, including by fostering innovation and significantly increasing, by 2030, the number of people working in research and development per million inhabitants and the spending of the public and private sectors in research and development.

 

 

 

 

1.2. Context and importance of this course in the degree

Applications based on Nanoscience represent some of the fastest-growing sectors in the entire pharmaceutical industry. We believe that within the field of Biomedical Engineering the knowledge of some of the Biomedical applications of Nanoscience will be of great impact in the future. This knowledge will allow the student to get to know a new area of ​​great growth and impact that can revolutionize classical medicine.

 

The knowledge acquired in the degree on medical imaging and the fundamentals of anatomy and cell biology, materials in general, and biomaterials, in particular, contribute to facilitating learning.

1.3. Recommendations to take this course

The subjects:

 

  • Nanobiomedicine: Fundamentals and Applications (3 ECTS)
  • Nanotherapy (3 ECTS)
  • Nanodiagnosis (3 ECTS)

They are sequential subjects and it is recommended to take them in succession if you want to receive an expert and specific vision of the applications of nanostructured materials in the biomedical field. Nanomedicine, as an application of nanotechnology to the development of new diagnostic and therapy systems, as well as to the improvement of existing ones, and has been indicated as a priority in both the strategic agendas of OECD countries and emerging countries, hence its great interest and importance. Its implementation is focused on improving the quality of patient´s care, allowing progress towards a more personalized healthcare technology, with an affordable cost level, offering competitive products with high added value. These three courses offer a vision of the field as exhaustive as possible in the timelineprovided.

 

If you simply want to have a global vision of the field of nanobiomedicine without going into detail in knowing how nanomedicine is already a reality that is producing advances in the diagnosis, prevention, and treatment of diseases, it would be enough to take the introductory course: " Nanobiomedicine: Fundamentals and Applications (3 ECTS) "but if you want to get in-depth into the field and carry out laboratory practices related to Biomedical applications, you should take all three subjects. This is one of the specialization subjects that is focused on the use of Nanomaterials in Therapy, specifically in Localized Drug Delivery.

 

The professors in charge of teaching Nanotherapy belong to the area of ​​Chemical Engineering.

 

The language used in the classes is Spanish (or if there is consensus among students, English).

2. Learning goals

2.1. Competences

After passing the subject, the student will be more competent to ...

Possess and understand the knowledge that provides a basis or opportunity to be original in the development and / or application of ideas, often in a research context (CB. 6)

 

The students will know how to apply the knowledge acquired and their ability to solve problems in new or unfamiliar environment within broader (or multidisciplinary) contexts related to their area of ​​study (CB.7)

 

The students will be able to integrate knowledge and face the complexity of formulating judgments based on information that, being incomplete or limited, includes reflections on the social and ethical responsibilities linked to the application of their knowledge and judgments (CB.8)

 

The students will know how to communicate their conclusions and the knowledge and ultimate reasons that support them to specialized and non-specialized audiences in a clear and unambiguous way (CB.9)

 

The students will possess the learning skills that will allow them to continue studying in a way that will be largely self-directed or autonomous (CB.10)

 

The students will possess the aptitudes, skills, and methodology necessary to carry out multidisciplinary research and / or development work in any area of ​​Biomedical Engineering (CG.1)

 

The students will be able to use the engineering techniques, skills, and tools necessary for solving problems in the biomedical and biological fields (CG.2)

 

They will be able to understand and critically evaluate scientific publications in the field of Biomedical Engineering (CG.3)

 

They will be able to learn continuously and develop autonomous learning strategies (CG.4)

 

They will be able to manage and use bibliography, documentation, legislation, databases, software and hardware specific to biomedical engineering (CG.5)

 

The will be able to analyze, design, and evaluate solutions to problems in the biomedical field through knowledge and advanced technologies of biomechanics, biomaterials, and tissue engineering (CO.3)

2.2. Learning goals

The student, to pass this subject, must demonstrate the following results ...

 

He/she must be able to develop a scientifically valid report by developing one of the topics described during the course on Materials and Devices currently used in Nanoscience or Nanotechnology specifically in the field of Nanotherapy.

 

The student, passing this subject, will acquire specific knowledge in the field of Biomedical Applications of Nanoscience, specifically in the field of Nanotherapy, starting from learning to synthesize said nanomaterials, to characterize them, and to apply them in therapy and diagnosis. The requirement in the report requested to pass the subject is such that a merely informative work without scientific value is not admissible.

 

The student is able to handle the basic terminology of the field of Nanotherapy, understands the concepts, and is able to relate them. He/she has learned to synthesize nanomaterials for applications in Nanotherapy in the laboratory. He/she is able to see in the global context of Biomedical applications the importance and role of Nanotherapy. He/she is able to make public presentations of scientific works and to make critical evaluations on them.

2.3. Importance of learning goals

The student can expand the range of possibilities that his/her training offers after completing the master's by "discovering" the multidisciplinary possibilities that Nanoscience offers in the field of Nanotherapy. As well as being able to apply their training to the Pharmaceutical Industry, Biotechnology, etc.

 

The importance of the learning outcomes designed for this subject lies in being able to demonstrate basic knowledge in one of the fields with the greatest current projection in the field of Bioengineering, Biomaterials, Personalized Medicine, and Biomedicine.

3. Assessment (1st and 2nd call)

3.1. Assessment tasks (description of tasks, marking system and assessment criteria)

The student must demonstrate that they have achieved the expected learning outcomes through the following assessment activities:


CONTINUOUS ASSESSMENT

If the student opts for continuous assessment:

A1: Personal work:

The student is able to develop a scientifically valid report by developing a scientific review article on any of the examples or applications described during the course.

The student, passing this subject, acquires a basic knowledge in the field of Biomedical Applications of Nanoscience, as well as more specific learning in Localized Drug Delivery and in that of Biosensors through the elaboration of said revision work. The requirement in the work requested to pass the subject is such that a merely informative work without scientific value is not admissible.

The professor will propose to each of the enrolled students a topic related to the subject of the course and as close as possible to the interests of the student, taking into account their professional tasks or thesis project that they are developing (if applicable).

The work will have to have the structure of a review scientific article with the following structure:

-Title

-Author

-Summary of the work: Without exceeding 250 words, it should be a concise description of the material presented in the work and its implications.

-Introduction: It should be 1 or 2 paragraphs, from 250 to 750 words each defining and introducing the topic of the work.

-Review of the state of the art: There is no limit to the number of words. This section will describe the most recent advances in the field on which this scientific review is being carried out, emphasizing those advances that have given the area a great boost, the directions to follow in this field, and the applications that are foreseen for the next years.

-Conclusions: Summary of the key conclusions obtained from the review. 1 to 2 paragraphs with a total of 250 to 750 words.

-Bibliography: Bibliographic citations that are mentioned in the text.

The student will also publicly present the personal work developed. The public presentation will last approximately 10 min per student.

The student will carry out a laboratory practice that consists of the synthesis of magnetic nanoparticles and their stabilization in organic and aqueous media to potentially be used in therapy (magnetic hyperthermia) or in diagnosis (magnetic sensors or magnetic concentration of analytes)

In addition to the revision work, the student will take an exam that will consist of 10 questions and that will encompass basic concepts of the subjects covered during the course (one of the questions will deal specifically with the practices carried out).

Evaluation criteria:

The revision work will be evaluated from 0 to 10 depending on how the student has described the current state of the art in the chosen topic as well as the quality of his personal vision on said field. It is not a question of making a review mentioning each and every one of the advances in the area, but rather having an overview mentioning those that have had an impact and mentioning which future lines of research and in which lines they will direct the efforts of researchers in the next years. The personal opinion of each student on the topic in question will be specifically assessed. The public presentation held will also be valued.

A2: Exam with theoretical questions:

The exam will be evaluated from 0 to 10 based on the valid answers obtained.

The exam grade will count as 50% of the student's final grade. The mark for the revision work will be 30% of the final mark for the course. Likewise, the presentation and defense of the work will count with a 10% in the final grade. To pass the course, both the work and the theoretical exam must be passed separately with a grade equal to or greater than 5. Student participation and follow-up will be assessed with 10% of the final grade.

If the student fails the theoretical exam but passes the personal work, the latter will be saved until September.

OVERALL EVALUATION

If the student chooses this modality, they will have the right to a global assessment exam. This exam will be evaluated from 0 to 10 and will represent the final grade for the course.

It is not an option to select both types of evaluation (Overall and Continuous) and then select the best score of both.

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology to be followed in this subject is based on cooperative work between the teacher and the student. Although the classic methodology of teaching lectures will be followed, the active participation of the student will be sought during the learning process, so participation and discussion during the class will be encouraged.

4.2. Learning tasks

The subject has a clear orientation applied to the field of clinical and in vivo therapy. After the theoretical and practical sessions, the student will work individually and apply the knowledge acquired in preparing a monographic work that reflects the most cutting-edge advances, published in the literature, in the field of nanotherapy in the field of a specific application to be designated.

 

The learning process that has been designed for this subject is based on the following:

 

A01 Participatory master class (26 hours). Presentation by the teacher of the main contents of the subject. This activity will be carried out in the classroom in person.

 

A02 The rest of the activities (including tutored work, evaluations, practices, public exhibitions, and personal study) corresponds to 49 hours.

 

A1 Carrying out a practical application or research work.

 

The professor will propose to each of the enrolled students a topic related to the subject of the course and as close as possible to the interests of the student, taking into account their professional tasks or thesis project that they are developing (if applicable).

 

The work will have to have the structure of a review scientific article with the following structure:

 

-Title

 

-Author

 

-Summary of the work: Without exceeding 250 words, it should be a concise description of the material presented in the work and its implications.

 

-Introduction: They will have to be 1 or 2 paragraphs, from 250 to 750 words each defining and introducing the topic of the work.

 

-Review of the state of the art: There is no limit to the number of words. This section will describe the most recent advances in the field on which this scientific review is being carried out, emphasizing those advances that have given the area a great boost, the directions to follow in this field, and the applications that are foreseen for the next years.

 

-Conclusions: Summary of the key conclusions obtained from the said review. 1 to 2 paragraphs with a total of 250 to 750 words.

 

Bibliography: Bibliographic citations that are mentioned in the text.

 

The student will publicly expose for 10 min the work developed during it to the rest of the class.

 

A3: Tutoring. Schedule personalized attention to the student in order to review and discuss the materials and topics presented in the theoretical classes.

 

A4: Evaluation. Theoretical written tests. The detail is in the section corresponding to the evaluation activities

 

A5: Practices. The student will carry out a laboratory practice that consists of the synthesis of magnetic nanoparticles and their stabilization in organic and aqueous media to potentially be used in therapy (magnetic hyperthermia) or in diagnosis (magnetic sensors or magnetic concentration of analytes).

4.3. Syllabus

The program offered to the student to help him/her to achieve the expected results comprises the following contents:

 

Topic 1. Generalities. General applications, localized drug and gene delivery, magnetic or optical hyperthermia, tissue engineering.

 

Unit 2. History of localized drug delivery. Adsorption and desorption of drugs in nanostructured micro and mesoporous materials and in polymeric matrices. Basic concepts of drug delivery routes (oral or parenteral). Encapsulation or covalent linking of drugs to nanovectors (i.e., dendrimers, dendritic polymers). Nanoparticles functionalization. Evasion of the reticulo-endothelial system. Synthesis of organic materials (micelles, liposomes, dendrimers, etc.) and inorganic (based on silica, titania, etc.). Biomimicry.

 

Unit 3. Gene therapy. History of gene therapy. Introduction to gene therapy: what it is, what diseases it treats, mechanisms of action, types of nanocarriers used in gene therapy.

 

Unit 4. Materials used in the localized drug delivery. Applications of organic nanoparticles in localized drug delivery. Dendrimers, dendritic polymers, micelles, liposomes. Polymers that respond to external stimuli: Photosensitive, thermosensitive, pH-dependent polymers, etc. Applications of inorganic nanoparticles in localized drug delivery. Particles composed of micro and mesoporous nanostructured materials. Microcapsules and microspheres. Biodegradable silica gels.

 

Unit 5: Applications of nanoparticles in theragnostic. The use of different types of nanoparticles as in vivo tracers (MRI, fluorescent tomography, sonoacoustics, etc.) will be introduced. Examples of the use of these materials with the dual purpose of diagnosis and therapy (controlled drug delivery, gene therapy, etc.) also known as theragnostic capacity will also be presented. Emphasis will be placed on the barriers that NPs will have to face according to their administration route and that must be taken into account in order to be able to develop truly effective theragnostic nanosystems.

 

Unit 6. Selectivity. Localization of the drug where therapy is necessary using active and passive strategies. Passive techniques using the body's natural physiology. Active techniques: localized drug delivery through physical interactions (magnetism, light, ultrasound, etc.) or through biological interactions. Localized drug delivery by conjugation with recognizing or over-expressed biomolecules.

 

Unit 7. Pharmacokinetics and pharmacodynamics. Analysis of the different toxicological requirements and biocompatibility analysis to go from the synthesis of a drug based on nanoparticles to its commercialization. Different analytical and instrumental techniques (i.e., isotopic marking) to evaluate the diffusion of the drug conjugated to nanoparticles in the body, evaluation of collateral effects. Description of different drugs used in localized delivery based on nanoparticles and their psychology. Disadvantages of many drugs (hydrophilicity, hydrobobicity, solubility, etc.)

4.4. Course planning and calendar

Calendar of face-to-face sessions and student´s presentations of their work

The start and end dates of the theoretical and problem classes, as well as the dates of the laboratory practices and global assessment tests, will be those set by the School of Engineering and Architecture and published on the master's website ( http://www.masterib.es). The delivery dates and monitoring of the tutored practical work will be announced well in advance in class and on the subject's website in moodle, https://moodle.unizar.es/> (or in the Alfresco server of the Master).

 

The practical sessions will be held in the laboratories of the Aragón Institute of Nanoscience and Materials (INMA) in the R&D Building of the Rio Ebro Campus, Mariano Esquillor S / N street (Floor 1-Block 8). The day and time will be agreed upon between all participants without altering their participation in other subjects. It will be necessary to take the chemical security measures required by the University of Zaragoza, which include: Protective glasses, gown,s and gloves. The student must have their own protective glasses and gown. The student will not be able to carry out the laboratory practice with contact lenses or if they do not have eye protection and a gown.

 

The subject is taught in the second semester. Among the main activities planned are the presentation of the theoretical contents, the realization of laboratory practices, and the realization of tutored practical work related to the contents of the subject as well as developing public presentations.

 

The start and end dates of the theoretical classes, as well as the dates of the laboratory practices and the global assessment tests will be those set by the School of Engineering and Architecture and published on the master's website (http: / /www.masterib.es). The delivery dates and monitoring of the tutored practical work will be announced well in advance in class and on the subject's website in moodle, https://moodle.unizar.es/> (or in the Alfresco server of the Master).

The student will carry out a laboratory practice on the synthesis of nanomaterials.

4.5. Bibliography and recommended resources


Curso Académico: 2022/23

633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

69713 - Nanoterapia


Información del Plan Docente

Año académico:
2022/23
Asignatura:
69713 - Nanoterapia
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica
Créditos:
3.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

La materia consta de 3 créditos ECTS o 75 horas de trabajo del alumno.

Los objetivos primordiales son mostrar al alumno cómo la nanociencia y la nanotecnología están contribuyendo al desarrollo de nuevos sistemas terapéuticos, así como a la mejora de los existentes. Se mostraran ejemplos actuales de cómo dicha Ciencia y los equipos tecnológicos que se derivan de ella están permitiendo mejorar la calidad del servicio al paciente, permitiendo avanzar hacia una tecnología sanitaria más personalizada, con un nivel de coste asumible, ofreciendo productos competitivos y de alto valor añadido. 

Desde el punto de vista de la terapia, en primer lugar se describirá la aparición del suministro localizado de fármacos empleando nanopartículas como una nueva técnica terapéutica que minimiza los inconvenientes de las terapias habituales haciendo una revisión histórica del campo. Los conceptos fundamentales para entender los mecanismos de difusión de los fármacos en el organismo serán revisados. Se detallarán las técnicas de síntesis y caracterización de las nanopartículas empleadas en el suministro localizado de fármacos. Las aplicaciones de las nanopartículas se describirán de acuerdo con las distintas vías fisiológicas por las que se pueden suministrar los fármacos. Es una asignatura en la que se hace hincapié en los conceptos vistos en la asignatura introductoria: Nanobiomedicina: Fundamentos y aplicaciones.

El temario interconecta con la materia de "Diseño de prótesis e implantes" y con "Biomateriales", así como con "Sistemas de imagen médica"  y "Tecnologías de captación de imágenes médicas", ya que se suministran localizadamente fármacos desde dispositivos implantados directamente en el organismo. Del mismo modo, los Biomateriales buscan en muchas de sus aplicaciones biomédicas la regeneración ósea o tisular, y en consecuencia, el suministro localizado de fármacos es una herramienta a utilizar (i.e., encapsulando factores de crecimiento). Está relacionada con la asignatura: "Fundamentos de anatomía y biología celular" de la cual muchos aspectos son necesario conocer para entender bien la parte de Biosensores. En la parte terapéutica la asignatura "Tecnologías Ópticas en Biomedicina" también sería complementaria. 

 

Estos planteamientos y objetivos están alineados con algunos de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ODS, de la Agenda 2030 (https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/) y determinadas metas concretas, de tal manera que la adquisición de los resultados de aprendizaje de la asignatura proporciona capacitación y competencia al estudiante para contribuir en cierta medida a su logro:

 

• Objetivo 3: garantizar una vida sana y promover el bienestar para todos en todas las edades

Meta 3.3 Para 2030, poner fin a las epidemias del SIDA, la tuberculosis, la malaria y las enfermedades tropicales desatendidas y combatir la hepatitis, las enfermedades transmitidas por el agua y otras enfermedades transmisibles.

Meta 3.9: Para 2030, reducir sustancialmente el número de muertes y enfermedades producidas por productos químicos peligrosos y la contaminación del aire, el agua y el suelo.

Meta 3.d Reforzar la capacidad de todos los países, en particular los países en desarrollo, en materia de alerta temprana, reducción de riesgos y gestión de los riesgos para la salud nacional y mundial.

 

• Objetivo 4: Garantizar una educación inclusiva, equitativa y de calidad y promover oportunidades de aprendizaje durante toda la vida para todos

Meta 4.4 De aquí a 2030, aumentar considerablemente el número de jóvenes y adultos que tienen las competencias necesarias, en particular técnicas y profesionales, para acceder al empleo, el trabajo decente y el emprendimiento.

 

• Objetivo 9: Industria, innovación e infraestructuras 

Meta 9.5 Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales de todos los países, en particular los países en desarrollo, entre otras cosas fomentando la innovación y aumentando considerablemente, de aquí a 2030, el número de personas que trabajan en investigación y desarrollo por millón de habitantes y los gastos de los sectores público y privado en investigación y desarrollo.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Las aplicaciones basadas en Nanociencia representan unas de las de mayor auge económico de toda la Industria farmacéutica. Creemos que dentro del campo de la Ingeniería Biomédica el conocimiento de alguna de las aplicaciones Biomédicas de la Nanociencia será de mucha proyección futura. Dicho conocimiento permitirá que el estudiante pueda conocer un área novedosa y de gran auge e impacto que puede revolucionar la medicina clásica.

Los conocimientos adquiridos en la titulación sobre imagen médica y los fundamentos de anatomía y biología celular, materiales en general y biomateriales en particular contribuyen a facilitar el aprendizaje.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Las asignaturas:

  • Nanobiomedicina: Fundamentos y Aplicaciones (3 ECTS)
  • Nanoterapia (3 ECTS)
  • Nanodiagnóstico (3 ECTS)

Son asignaturas secuenciales y se recomienda cursarlas en sucesión si se desea tener una visión experta y específica de las aplicaciones de las nanoestructuras en el campo biomédico. La nanomedicina, como aplicación de la nanotecnología al desarrollo de nuevos sistemas de diagnóstico y terapia, así como a la mejora de los existentes, ha sido señalada como una prioridad tanto de las agendas estratégicas de los países OCDE como de países emergentes, de ahí su gran interés e importancia. Su implantación se enfoca hacia la mejora en la calidad del servicio al paciente, permitiendo avanzar hacia una tecnología sanitaria más personalizada, con un nivel de coste asumible, ofreciendo productos competitivos y de alto valor añadido. Dichos tres cursos ofrecen una visión del campo lo más exhaustiva posible.

Si se desea simplemente tener una visión global del campo de la nanobiomedicina sin entrar en detalle en saber cómo la nanomedicina es ya una realidad que está produciendo avances en el diagnóstico, la prevención y el tratamiento de las enfermedades bastaría con cursar el curso introductorio: "Nanobiomedicina: Fundamentos y Aplicaciones (3 ECTS)" pero si se desea profundizar en el campo y realizar prácticas de laboratorio relacionadas con las aplicaciones Biomédicas habría que cursar las tres asignaturas. Esta es una de las asignaturas de especialización que está centrada en el uso de los Nanomateriales en Terapia, concretamente en el Suministro Localizado de Fármacos.

Los profesores encargados de impartir la docencia en Nanoterapia pertenecen al área de Ingeniería Química.

El idioma de impartición de las clases es el castellano (o si hay consenso entre los alumnos, el inglés).

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación (CB. 6)

Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio (CB.7)

Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimiento y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios (CB.8)

Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades (CB.9)

Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo (CB.10)

Poseer las aptitudes, destrezas y método necesarios para la realización de un trabajo de investigación y/o desarrollo de tipo multidisciplinar en cualquier área de la Ingeniería Biomédica (CG.1)

Ser capaz de usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la resolución de problemas del ámbito biomédico y biológico (CG.2)

Ser capaz de comprender y evaluar críticamente publicaciones científicas en el ámbito de la Ingeniería Biomédica (CG.3)

Ser capaz de aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo (CG.4)

Ser capaz de gestionar y utilizar bibliografía, documentación, legislación, bases de datos, software y hardware específicos de la ingeniería biomédica (CG.5)

Ser capaz de analizar, diseñar y evaluar soluciones a problemas del ámbito biomédico mediante conocimientos y tecnologías avanzados de biomecánica, biomateriales e ingeniería de tejidos (CO.3)

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

Ser capaz de elaborar una memoria científicamente válida desarrollando uno de los ejemplos descritos durante el curso sobre Materiales y Dispositivos empleados actualmente en Nanociencia o Nanotecnología específicamente en el campo de la Nanoterapia.

El estudiante superando esta asignatura adquiere un conocimiento específico en el campo de las Aplicaciones Biomédicas de la Nanociencia específicamente en el campo de la Nanoterapia, partiendo de aprender a sintetizar dichos nanomateriales, a caracterizarlos y a aplicarlos en terapia y en diagnóstico. La exigencia en el trabajo solicitado para superar la asignatura es tal que un trabajo meramente divulgativo sin valor científico no es admisible.

El alumno es capaz de manejar la terminología básica del campo de la Nanoterapia, entiende los conceptos y es capaz de relacionarlos. Ha aprendido a sintetizar en el laboratorio nanomateriales para aplicaciones en Nanoterapia. Es capaz de ver en el contexto global de las aplicaciones Biomédicas la importancia y el papel que desempeña la Nanoterapia. Es capaz de hacer exposiciones públicas de trabajos científicos y de realizar evaluaciones críticas sobre los mismos.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

El estudiante puede ampliar el abanico de posibilidades que su formación le brinda tras terminar el master al "descubrir" las posibilidades multidisciplinares que la Nanociencia ofrece en el campo de la Nanoterapia. Así como poder aplicar su formación a la Industria Farmacéutica, Biotecnológica, etc. 

La importancia de los resultados de aprendizaje diseñados para esta asignatura radica en poder demostrar conocimientos básicos en uno de los campos de mayor proyección actual en el campo de la Bioingeniería, los Biomateriales, la Medicina Personalizada y las aplicaciones Biomédicas.

 

 

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación
EVALUACIÓN CONTINUA

Si el alumno opta por evaluación continua:

A1: Trabajo personal:

El alumno es capaz de elaborar una memoria científicamente válida desarrollando un artículo científico de revisión sobre alguno de los ejemplos o aplicaciones descritas durante el curso.

El estudiante superando esta asignatura adquiere un conocimiento básico en el campo de las Aplicaciones Biomédicas de la Nanociencia, así como un aprendizaje más específico en el Suministro Localizado de Fármacos y en el de Biosensores mediante la elaboración de dicho trabajo de revisión. La exigencia en el trabajo solicitado para superar la asignatura es tal que un trabajo meramente divulgativo sin valor científico no es admisible.

El profesor propondrá a cada uno de los alumnos matriculados un tema relacionado con la temática del curso y lo más próximo posible a los intereses del alumno teniendo en cuenta sus tareas profesionales o proyecto de tesis que estuviera desarrollando (si procede).

El trabajo tendrá que tener la estructura de un artículo de divulgación científica de revisión con la siguiente estructura:

-Título

-Autor

-Resumen del trabajo: Sin exceder las 250 palabras deberá ser una descripción concisa del material presentado en el trabajo y sus implicaciones.

-Introducción: Tendrán que ser 1 ó 2 párrafos, de 250 a 750 palabras cada uno definiéndose e introduciéndose el tópico del trabajo.

-Revisión del estado del arte: No hay límite en cuanto al número de palabras. Dicho apartado describirá los avances más recientes en el campo sobre el que se está haciendo dicha revisión científica, haciendo hincapié en aquellos avances que hayan supuesto un gran impulso al área, las direcciones a seguir en este campo y las aplicaciones que se prevén para los próximos años.

-Conclusiones: Resumen de las conclusiones clave que se obtienen de dicha revisión. De 1 a 2 párrafos con un total de 250 a 750 palabras.

-Bibliografía: Citas bibliográficas que son mencionadas en el texto.

El alumno expondrá también públicamente el trabajo personal desarrollado. La exposición pública tendrá una duración aproximada de 10 min por alumno.

El alumno realizará una práctica de laboratorio que consiste en la síntesis de nanopartículas magnéticas y de su estabilización en medios orgánicos y acuosos para poder ser utilizadas potencialmente en terapia (hipertermia magnética) o en diagnóstico (sensores magnéticos o concentración magnética de analitos)

Además del trabajo de revisión el alumno realizará un examen tipo test que constará de 10 preguntas y que englobarán conceptos básicos de las materias tratadas durante el curso (una de las cuestiones versará específicamente sobre las prácticas realizadas).

Criterio de evaluación:

El trabajo de revisión será evaluado de 0 a 10 dependiendo de cómo el alumno haya descrito el estado del arte actual en el tópico elegido así como la calidad de su visión personal sobre dicho campo. No se trata de hacer una revisión mencionando todos y cada uno de los avances en el área sino tener una visión general mencionando aquellos que hayan tenido un impacto y mencionando qué líneas de investigación futuras y en qué líneas van a dirigir los esfuerzos de los investigadores en los próximos años. Se valorará específicamente la opinión personal de cada alumno sobre el tópico en cuestión. Se valorará también la exposición pública realizada.

A2: Examen con cuestiones teóricas:

El examen se evaluará de 0 a 10 en virtud de las respuestas válidas obtenidas.

La nota del examen computará en un 50% de la nota final del alumno. La nota del trabajo de revisión supondrá el 30% de la nota final de la asignatura. Así mismo,la presentación y defensa del trabajo computará con un 10% en la nota final. Para aprobar la asignatura hay que aprobar separadamente tanto el trabajo como el examen teórico con una nota igual o superior a 5. La participación y seguimiento del alumno se valorará con un 10% de la nota final.

Si el alumno suspende el examen teórico pero aprueba el trabajo personal, éste último se guardará hasta Septiembre.

EVALUACIÓN GLOBAL

Si el alumno opta por esta modalidad tendrá derecho a un examen de evaluación global. Dicho examen se evaluará de 0 a 10 y representará la nota final de la asignatura.

No se puede optar por hacer ambas opciones (Evaluación A2 junto con el trabajo y Exámen Global) y elegir la mejora calificación de ambas dos.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

La metodología a seguir en esta asignatura se basa en el trabajo cooperativo entre el profesor y el alumno. A pesar de que se seguirá la metodología clásica de impartición de clases magistrales, se buscará la participación activa del alumno durante el proceso de aprendizaje por lo que se fomentará la participación y discusión durante la clase.

4.2. Actividades de aprendizaje

La asignatura tiene una clara orientación aplicada al ámbito del diagnóstico clínico e in vivo. Tras las sesiones teóricas y prácticas, el estudiante trabajará de forma individual y aplicará los conocimientos adquiridos en preparar un trabajo monográfico donde plasme los avances más punteros, publicados en la literatura, en el campo de la nanoterapia en el ámbito de una aplicación concreta a designar. 

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

A01 Clase magistral participativa (26 horas). Exposición por parte del profesor de los principales contenidos de la asignatura. Esta actividad se realizará en el aula de forma presencial.

A02 Al resto de actividades (incluidos trabajos tutorados, evaluaciones, prácticas, exposiciones públicas y estudio personal) le corresponden 49 horas.

A1 Realización de trabajos prácticos de aplicación o investigación.

El profesor propondrá a cada uno de los alumnos matriculados un tema relacionado con la temática del curso y lo más próximo posible a los intereses del alumno teniendo en cuenta sus tareas profesionales o proyecto de tesis que estuviera desarrollando (si procede).

El trabajo tendrá que tener la estructura de un artículo de divulgación científica de revisión con la siguiente estructura:

-Título

-Autor

-Resumen del trabajo: Sin exceder las 250 palabras deberá ser una descripción concisa del material presentado en el trabajo y sus implicaciones.

-Introducción: Tendrán que ser 1 ó 2 párrafos, de 250 a 750 palabras cada uno definiéndose e introduciéndose el tópico del trabajo.

-Revisión del estado del arte: No hay límite en cuanto al número de palabras. Dicho apartado describirá los avances más recientes en el campo sobre el que se está haciendo dicha revisión científica, haciendo hincapié en aquellos avances que hayan supuesto un gran impulso al área, las direcciones a seguir en este campo y las aplicaciones que se prevén para los próximos años.

-Conclusiones: Resumen de las conclusiones clave que se obtienen de dicha revisión. De 1 a 2 párrafos con un total de 250 a 750 palabras.

Bibliografía: Citas bibliográficas que son mencionadas en el texto.

El alumno expondrá públicamente durante 10 min el trabajo desarrollado durante el mismo al resto de la clase.

A3: Tutoría. Horario de atención personalizada al alumno con el objetivo de revisar y discutir los materiales y temas presentados en las clases teóricas.

A4: Evaluación. Pruebas escrita teórica. El detalle se encuentra en la sección correspondiente a las

actividades de evaluación

A5: Prácticas. El alumno realizará una práctica de laboratorio que consiste en la síntesis de nanopartículas magnéticas y de su estabilización en medios orgánicos y acuosos para poder ser utilizadas potencialmente en terapia (hipertermia magnética) o en diagnóstico (sensores magnéticos o concentración magnética de analitos).

 

 

4.3. Programa

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende los siguientes contenidos:

Tema 1. Generalidades. Aplicaciones generales, suministro localizado de fármacos y de genes, hipertermia magnética u óptica, ingeniería de tejidos. 

Tema 2. Historia del suministro localizado de fármacos. Adsorción y desorción de fármacos en materiales micro y mesoporosos nanoestructurados y en matrices poliméricas. Conceptos básicos de las vías de suministro de los fármacos (oral o parenteral).  Encapsulación o enlazado covalente de fármacos a nanovectores (i.e., dendrímeros, polímeros dendríticos). Funcionalización de las nanopartículas. Evasión del sistema retículo-endotelial. Síntesis de materiales orgánicos (micelas, liposomas, dendrímeros, etc.) e inorgánicos (basados en sílice, titania, etc.). Biomimetismo. 

Tema 3. Terapia génica. Historia de la terapia génica. Introducción a la terapia génica: qué es, qué enfermedades trata, mecanismos de acción, tipos de utilizados en terapia génica.

Tema 4. Materiales utilizados en el suministro localizado de fármacos. Aplicaciones de las nanopartículas orgánicas en el suministro localizado de fármacos. Dendrímeros, polímeros dendríticos, micelas, liposomas. Polímeros que responden a estímulos externos: Polímeros fotosensibles, termosensibles, dependientes del pH, etc. Aplicaciones de las nanopartículas inorgánicas en el suministro localizado de fármacos. Partículas compuestas por materiales micro y mesoporosos nanoestructurados. Microcápsulas y microesferas. Geles de sílice biodegradables. 

Tema 5: Aplicaciones de nanopartículas en teragnóstico.  Se introducirá el uso de distintos tipos de nanopartículas como trazadores in vivo (MRI, tomografía fluorescente, sonoacústica, etc.). También se presentarán ejemplos del uso de estos materiales con la doble finalidad de diagnóstico y la terapia (liberación controlada de fármacos, terapia génica, etc.) también conocida como capacidad de teragnóstico. Se hará hincapié en cuanto a las barreras que las NPs van a tener que enfrentarse según su ruta de administración y que es necesario tener en cuenta para poder lograr desarrollar nanosistemas teragnósticos realmente eficaces.

Tema 6. Selectividad. Localización del fármaco allí donde la terapia es necesaria empleando estrategias activas y pasivas. Técnicas pasivas utilizando la fisiología natural del organismo. Técnicas activas: suministro localizado de fármacos mediante interacciones físicas (magnetismo, luz, ultrasonidos, etc.) o mediante interacciones biológicas. Suministro localizado de fármacos mediante conjugación con biomoléculas reconocedoras o sobre-expresadas. Interacciones lectina-carbohidrato, ligando-receptor, y antígeno-anticuerpo.

Tema 7. Farmacocinéticas y farmacodinámicas. Análisis de los distintos requerimientos toxicológicos y análisis de biocompatibilidad para llegar desde la síntesis de un fármaco basado en nanopartículas hasta su comercialización. Distintas técnicas analíticas e instrumentales (i.e., marcado isotópico) para evaluar la difusión del fármaco conjugado a nanopartículas en el organismo, evaluación de efectos colaterales. Descripción de distintos fármacos empleados en el suministro localizado basado en nanopartículas y su psicología. Inconvenientes de muchos fármacos (hidrofilicidad, hidrobobicidad, solubilidad, etc.)

El alumno realizará prácticas de síntesis de nanomateriales.

 

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

Las fechas de inicio y fin de las clases teóricas y de problemas, así como las fechas de realización de las prácticas de laboratorio y las pruebas de evaluación global serán las fijadas por la Escuela de Ingeniería y Arquitectura y publicadas en la página web del master (http://www.masterib.es). Las fechas de entrega y seguimiento de los trabajos prácticos tutorizados se darán a conocer con suficiente antelación en clase y en la página web de la asignatura en el anillo digital docente, https://moodle.unizar.es/ > (o bien en el servidor Alfresco del Master).

Las sesiones prácticas se realizarán en los laboratorios del Instituto de Nanociencia de Aragón (INA) en el Edificio I+D del Campus del Rio Ebro, calle Mariano Esquillor S/N (Planta 1-Bloque 8). El día y horario se convendrá entre todos los participantes sin alterar su participación en otras materias del trimestre. Será necesario tomar las medidas de seguridad requeridas por la Universidad de Zaragoza y que comprenden: Gafas de protección, bata y guantes. El alumno deberá de disponer de sus propias gafas de protección y bata. El alumno no podrá realizar la práctica con lentes de contacto o si no dispone de protección ocular y bata.

La asignatura se imparte en el segundo cuatrimestre. Entre las principales actividades previstas se encuentran la exposición de los contenidos teóricos, la realización de prácticas de laboratorio y la realización de trabajos prácticos tutorizados relacionados con los contenidos de la asignatura así como desarrollar exposiciones públicas.

Las fechas de inicio y fin de las clases teóricas, así como las fechas de realización de las prácticas de laboratorio y las pruebas de evaluación global serán las fijadas por la Escuela de Ingeniería y Arquitectura y publicadas en la página web del master (http://www.masterib.es). Las fechas de entrega y seguimiento de los trabajos prácticos tutorizados se darán a conocer con suficiente antelación en clase y en la página web de la asignatura en el anillo digital docente, https://moodle.unizar.es/ > (o bien en el servidor Alfresco del Master).

 

 

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

http://psfunizar10.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?codigo=69313