Interfaces em Sistemas Biológicos

Código:

MEB0029

Sigla:

ISB

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Engenharia Biomédica

Ocorrência: 2024/2025 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Secção de Ambiente e Bioengenharia
Curso/CE Responsável:	Mestrado em Engenharia Biomédica

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MEB	22	Plano de estudos oficial	1	-	6	52	162

Língua de trabalho

Inglês
Obs.: Suitable for English-speaking students

Objetivos

O principal objectivo desta unidade curricular é dotar os alunos com as ferramentas necessárias paracompreender os vários tipos de interacção que existem entre as células e tecidos, assim como o seu ambiente natural e artificial. A interface entre células e matriz extra-celular e entre células e matriz extra-celular com dispositivos médicos são exemplos importantes de interfaces biológicas.

A topografia, assim como a composição química e as propriedades mecânicas das superfícies, têm uma influência decisiva no comportamento dos vários tipos de células, nas quais se incluem as células estaminais. Este aspecto tem uma grande importância na aplicação de biomateriais, onde se incluem biosensores, vários tipos de implantes (ortopédicos, dentais, cardiovasculares, etc.) e terapias regenerativas. Assim, um dos objectivos desta unidade curricular é explicar como é que a adesão, a proliferação e a diferenciação celulares podem ser afectadas pelas propriedades acima referidas.

O tipo, a densidade da superfície, a conformação e a renovação de proteínas adsorvidas numa superfície desempenham umpapel bastante importante no seu comportamento. Por isso, a interface proteína-biomaterial tem que ser compreendida e observada detalhadamente. A físico-química destas interfaces, onde a água assume um papel importante, é abordada.

As modificações radicais no comportamento da interface sólido-líquido e da interface biomaterial-célula podem serintroduzidas através da manipulação de superfícies e materiais à nanoescala.

São dados, também, exemplos de nanotecnologias que se aplicam à modificação das características das interfaces biológicas (por exemplo: hidrofobicidade, inibição ou promoção da adesão celular e proliferação celular).

É necessária uma caracterização das superfícies e das suas interacções com ambientes biológicos (incluindo fluidos, células etecidos), sendo estes de grande importância para os processos anteriormente referidos. Para isso, são necessáriasferramentas especiais para a observação e quantificação das mudanças que acontecem na interface entre o material e o seubioambiente. São abordadas algumas das ferramentas utilizadas, assim como os princípios físicos e químicos.

Outros dos pontos também abordados nesta unidade curricular são a microscopia de força atómica (inclui microscópio deforça por reconhecimento molecular), assim como a elipsometria, o potencial zeta, a determinação dos ângulos de contactoe da energia interfacial, a análise da superfície (por exemplo, por espectroscopia de foto-electrões de raios X) e amicrobalança de cristal quartzo.

Resultados de aprendizagem e competências

Competências e resultados de aprendizagem: Os alunos devem desenvolver o seu conhecimento e capacidades nos princípios, conceitos e métodos abordados, para assim serem capazes de explicar, avaliar e modificar a interacção entre superfícies naturais e artificiais, assim como com o ambiente biológico.

Os resultados de aprendizagem da UC são:

• Reconhecer como se efetua a caracterização física e química de interfaces
• Conhecer as propriedades de superfície dos biomateriais;
• Reconhecer e compreender os mecanismos de adsorção de proteínas a biomateriais incluindo os fenómenos relacionados e as técnicas de caracterização;
• Perceber quais os tipos de resposta imune e inflamatória aos biomateriais;
• Conhecer os diferentes métodos para modificação da superfície de biomateriais.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

1. Química física de interfaces
    1.1 Estrutura de superfícies secas e húmidas (camadas duplas)
    1.2 Energética (energias interfaciais, ângulo de contato, molhabilidade, superhidrofobicidade)
2. Adsorção de proteínas em biomateriais.
3. Resposta imune e inflamatória aos biomateriais.
4. Fenómenos de caracterização e técnicas para avaliar a adsorção de proteínas em biomateriais
5. Interações de fármacos com membranas biológicas
6. Modificação de superfície de biomateriais

Bibliografia Obrigatória

Hans-Jurgen Butt; Physics and chemistry of interfaces. ISBN: 3-527-40413-9
Scott A. Guelcher; An introduction to biomaterials. ISBN: 0-8493-2282-0

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

Os aspectos-chave de cada tema são primeiro apresentados pelo professor, sendo seguidos por uma discussão com os estudantes.

A discussão envolve perguntas preparadas pelos estudantes (para estimualr a sua capacidade de elaborar boas perguntas) e respostas, com o envolvimento de toda a turma.

A terceira componente é a discussão de artigos selecionados pelos estudantes, baseada numa pesquisa bibliográfica. A discussão é levada a cabo por um a três alunos, sendo iniciada através de uma pequena apresentação (normalmente com aduração de dez minutos).

As experiências relevantes para esta unidade curricular são executadas nas aulas laboratoriais da Unidade Curricular.

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Apresentação/discussão de um trabalho científico	10,00
Exame	60,00
Trabalho laboratorial	30,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	92,00
Trabalho laboratorial	28,00
Frequência das aulas	42,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Para obter frequência, os alunos têm que obter uma classificação no trabalho laborarorial igual ou superior a 10 valores e ter classificação igual ou superior a 10 em pelo menos duas sessões de perguntas e respostas.

Fórmula de cálculo da classificação final

A nota final é baseada na nota dos testes ou do exame de recurso (60%; mínimo 7 valores), aulas laboratoriais (30%) e no desempenho dos alunos durante as aulas (10%; apresentações, discussões e sessões de perguntas/respostas)

Avaliação especial (TE, DA, ...)

De acordo com as regras do Mestrado em Engenharia Biomédica.

Melhoria de classificação

De acordo com as regras do Mestrado em Engenharia Biomédica.