Interfaces em Sistemas Biológicos

Código:

EBE0142

Sigla:

ISBI

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Engenharia Biomédica

Ocorrência: 2019/2020 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Bioengenharia

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MEB	7	Plano de estudos oficial	1	-	6	70	162
MIB	42	Plano de estudos oficial	3	-	6	70	162

Língua de trabalho

Inglês

Objetivos

Objectivos – O principal objectivo desta unidade curricular é dotar os alunos com as ferramentas necessárias para compreender 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 um papel 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 ser introduzidas 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 e tecidos), sendo estes de grande importância para os processos anteriormente referidos. Para isso, são necessárias ferramentas especiais para a observação e quantificação das mudanças que acontecem na interface entre o material e o seu bioambiente. 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 de força por reconhecimento molecular), assim como a elipsometria, o potencial zeta, a determinação dos ângulos de contacto e da energia interfacial, a análise da superfície (por exemplo, por espectroscopia de foto-electrões de raios X) e a microbalança 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.

Modo de trabalho

Presencial

Programa

1. Físico-química de interfaces
Energia de superfícies (energias interfaciais, ângulo de contacto, molhabilidade, superhidrofobicidade)

2. Adsorção de proteínas a partir de um meio biológico
Concentração na superfície, cinética, conformação, influência no comportamento da célula

3. Interacções célula-biomaterial
Interacções de células com biomateriais e dispositivos médicos. Reacção de corpo estranho e encapsulamento de implantes.

4. Microfabricação e nanofabricação aplicadas às superfícies
Superfícies estruturadas; impressão molecular; monocamadas auto-organizadas; técnicas para obter micropartículas e nanopartículas. Influência da topografia de superfície, das características mecânicas e químicas no comportamento das células.

5. Técnicas para sondar superfícies e interfaces biológicas
Microscópio de força atómica (incluindo microscópio de força por reconhecimento molecular), elipsometria, medição do potencial zeta, determinação do ângulo de contacto e da energia interfacial, análise da superfície (por exemplo: espectroscopia de foto-electrões de raios X) e micro balanço do cristal de quartzo.

Bibliografia Obrigatória

1. Butt, Hans-Jurgen; Physics and chemistry of interfaces, Wiley, 2013. ISBN: 978-3-527-41216-7
2. M. Agrawal, J. L. Ong, M. R. Appleford and G. Mani; Introduction to Biomaterials Basic Theory with Engineering Applications, Cambridge University Press, 2014. ISBN: ISBN 978-0-521-11690-9
3. Martins MCL, Sousa SR, Antunes JC and Barbosa MA.; Adsorption Characterization. In Methods in Molecular Biology, “Nanotechnology in Regenerative Medicine: Methods and Protocols” edited by Josep A. Planell and Melba Navarro, Human Press (Springer Science & Business Media) USA Academic Press Inc., San Diego, CA, USA, 2012
4. Felgueiras HP, Antunes JC, Martins MCL, Barbosa MA; Fundamentals of protein and cell interactions in biomaterials, In “Peptides and Proteins as Biomaterials for Tissue Regeneration and Repair” edited by Martins MCL, Barbosa MA, Woodhead Publishing; Elsevier, United Kingdom, 1st Edition, 2017

Bibliografia Complementar

5. G.H. Pollack; Cells, Gels and the Engines of Life, Ehbner and Sons Publishers, 2001. ISBN: 978-0962689529
Kay C. Dee David A. Puleo Rena Bizios; An Introduction to Tissue-Biomaterial Interactions, Wiley-Liss, 2002. ISBN: 0471253944
Alberts, Bruce 070; Molecular biology of the cell. ISBN: 978-0-8153-4105-5

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 evada a cabo por um a três alunos, sendio iniciada através de uma pequena apresentação (normalmente com a duração de dez minutos).

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

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas
Ciências da Saúde
Programas gerais > Programas de base > Programas de base
Programas gerais > Programas de base
Programas gerais > Programas de base
Ciências Sociais, comércio e direito > Programas de base

Tipo de avaliação

Avaliação por exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	50,00
Participação presencial	20,00
Trabalho laboratorial	30,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	92,00
Frequência das aulas	42,00
Trabalho laboratorial	28,00
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, ter classificação igual ou superior a 10 em pelo menos duas sessões de perguntas e respostas e fazer uma apresentação de um trabalho científico.

Fórmula de cálculo da classificação final

A nota final é baseada na nota dos testes ou do exame de recurso (50%; mínimo 8 valores), aulas laboratoriais (30%) e no desempenho dos alunos durante as aulas (20%; apresentações, discussões e sessões de perguntas/respostas).

Provas e trabalhos especiais

Não aplicável

Avaliação especial (TE, DA, ...)

De acordo com as regras do Mestrado Integrado em Bioengenharia

Melhoria de classificação

De acordo com as regras do Mestrado Integrado em Bioengenharia