ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ: Συνεισφορά της Χημικής Μηχανικής

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ: Συνεισφορά της Χημικής Μηχανικής"

Μελέαγρος Βιτάλης
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΕΜΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ: Συνεισφορά της Χημικής Μηχανικής ΤΕΕ 16 Δεκεμβρίου 2008 Φραγκίσκος Ν. Κολίσης Δ/ΝΤΗΣ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟΥ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΡΕΥΝΩΝ & ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ, ΕΙΕ Ινστιτούτο Βιολογικών Ερευνών & Βιοτεχνολογίας (ΙΒΕΒ) Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών (ΕΙΕ) Λεωφ. Βασ. Κωνσταντίνου 48, Αθήνα ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΣΧΟΛΗ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ, ΕΜΠ Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο Ηρώων Πολυτεχνείου 5, Πολυτεχνειούπολη, Ζωγράφου, Αθήνα

Βιοτεχνολογίας (ΙΒΕΒ) Εθνικό Ίδρυμα Ερευνών (ΕΙΕ) Λεωφ. Βασ.

2 ΝΕΑ ΥΛΙΚΑ: ΒΙΟΠΟΛΥΜΕΡΗ Βιοαποικοδομήσιμοι Πολυεστέρες Πολυ (γλυκολικό οξύ) Πολυ (υδρόξυ βουτυρικό οξύ) Πολυκαπρολακτόνη Πολυ (γαλακτικό οξύ) Εφαρμογές Χειρουργικά εμφυτεύματα σε ορθοπεδικά συστήματα Ιατρικά ράμματα Συστήματα ελεγχόμενης αποδέσμευσης

Πολυ (γαλακτικό οξύ) Εφαρμογές Χειρουργικά εμφυτεύματα σε

4 Μελέτη της σταθερότητας ελαστομερών σιλικόνης σε συνθήκες επιταχυνόμενης γήρανσης Κ. Στάθη(1), Π.Α. Ταραντίλη(1), Γ. Πολυζώης(2) (1) Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή Χημικών Μηχανικών, Εργαστήριο Τεχνολογίας Πολυμερών (2) Πανεπιστήμιο Αθηνών, Οδοντιατρική Σχολή Τα ελαστομερή σιλικόνης χρησιμοποιούνται ευρύτατα στη γναθοπροσωπική προσθετική. Η κλινική εμπειρία έχει αναδείξει την ανάγκη για συχνή αντικατάσταση των υλικών αυτών, λόγω χρωματικών μεταβολών και της υποβάθμισης λειτουργικών ιδιοτήτων τους. Οι αλλοιώσεις αυτές αποδίδονται σε περιβαλλοντικούς παράγοντες όπως η έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία, η εναλλαγή υγρού και ξηρού περιβάλλοντος, οι υψηλές θερμοκρασίες.

σιλικόνης χρησιμοποιούνται ευρύτατα στη γναθοπροσωπική προσθετική.

5 From single-cell genetic architecture to heterogeneous cell population dynamics Prof. Andreas G. Boudouvis 1, Prof. N. Mantzaris 2 and co-workers 1 School of Chemical Engineering, NTUA, 2 Rice University, USA Cell populations are heterogeneous systems. Cellular properties: size, shape, intracellular content and phenotype in general at any given point in time are distributed amongst the cells of the population. Cell population balance (CPB) models are developed which accurately describe the heterogeneous nature of cell growth processes. Challenges in solving CPBs: The boundaries of the physiological state space are not known a priori. Dymamics: multiple steady states which can differ by orders of magnitude Applications to cell populations carrying networks with positive feedback architecture (e.g. lac operon) (modelling methodologies: integrodifferential calculus) Figure: Bistable behavior of cell population level. ρ: inverse of the extracellular inducer (IPTG) concentration x: intracellular content n(x): number density function The intermediate state is always unstable

Cellular properties: size, shape, intracellular content and phenotype in general at any given point in time are distributed amongst the cells of the population.

6 ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΧΗΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ Χρόνος: Πέμπτη, 18 Δεκεμβρίου 2008, 13:30 Τόπος: Αίθουσα Σεμιναρίων «Ν. Κουμούτσου» Ομιλητής: Δρ. Τριαντάφυλλος Στυλιανόπουλος, Postdoctoral Research Fellow, Edwin L. Steele Laboratory, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, Charlestown, MA 02129, USA. Τίτλος: Multiscale, Structure-Based Modeling for the Mechanical and Transport Properties of Soft Biological Tissues

Steele Laboratory, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, Charlestown, MA 02129,

7 ΔΙΔΑΣΚΑΛΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΩΝ ΣΧΕΤΙΚΩΝ ΜΕ ΤΗ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΧΟΛΗΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΜΠ 6 εξάμηνο (6μηνιαίο 3ωρο μάθημα κορμού): Αρχές Βιοχημείας και Κυτταρικής Βιολογίας 7 εξάμηνο (6μηνιαίο 3ωρο μάθημα κορμού): Αρχές Βιοτεχνολογίας & Τεχνολογίας Τροφίμων 8 εξάμηνο(6μηνιαίο 3ωρο μάθημα κατεύθυνσης): Βιοχημική Μηχανική 8 εξάμηνο (6μηνιαίο 3 μάθημα κατεύθυνσης): Βιοτεχνολογία και Περιβάλλον. 9 εξάμηνο (6μηνιαίο 3ωρο μάθημα κατεύθυνσης): Εφαρμοσμένη Βιοτεχνολογία ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ 8 εξάμηνο (3ωρο εξαμηνιαίο) Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας 9 εξάμηνο (3ωρο εξαμηνιαίο) Εργαστήριο Σχεδιασμού Βιοτεχνολογικών Διεργασιών PC Lab (μεταβολική μηχανική, πρωτεϊνική απεικόνιση)

(6μηνιαίο 3 μάθημα κατεύθυνσης): Βιοτεχνολογία και Περιβάλλον.

10 Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας Σχολή Χημικών Μηχανικών ΕΜΠ (ανάπτυξη διεργασιών) Μικροβιακή Τεχνολογία Ενζυμική Τεχνολογία Kυτταρική τεχνολογία Βιοπληροφο ρική 1. Ζυμώσεις 2. Βιοχημική Μηχανική 1. Συμβατική βιοκατάλυση 2. Μη συμβατική βιοκατάλυση 1. Κυτταρικές καλλιέργειες 2. Μηχανική Ιστών Λειτουργική Γενωμική (πρωτεομική, μεταβολομική) Υπολογιστική & Δομική Βιολογία

Βιοχημική Μηχανική 1. Συμβατική βιοκατάλυση 2. Μη συμβατική βιοκατάλυση 1.

11 ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Η Βιομηχανική Βιοτεχνολογία / Βιοκατάλυση (ΒΒ) αποτελεί ένα διεπιστημονικό πεδίο που περιλαμβάνει πολλές ειδικότητες επιστημόνων και μηχανικών και αφορά τη τεχνολογική αξιοποίηση των κυττάρων (μικροβιακών, ζωϊκών, φυτικών) η συστατικών τους η/και ολόκληρων οργανισμών ή συστημάτων στην παραγωγή προϊόντων ή προσφορά υπηρεσιών. Η ΒΒ καλύπτει τομείς από την υγεία και τη σύνθεση ειδικών χημικών ουσιών, έως την ενέργεια, και το περιβάλλον και είναι μια φιλική προς το περιβάλλον τεχνολογία. Προϊόντα καλλιεργειών ζωϊκών κυττάρων: Μονοκλωνικά αντισώματα, αντιγόνα, ιντερλευκίνες, πρωτεϊνες ιατρικού ενδιαφέροντος, εμβόλια νέας γενιάς, ορμόνες, ένζυμα, αυξητικοί παράγοντες, ιστοί, όργανα. Βιοαισθητήρες κ.ά

Η ΒΒ καλύπτει τομείς από την υγεία και τη σύνθεση ειδικών χημικών ουσιών, έως την ενέργεια, και το περιβάλλον και είναι μια φιλική προς το περιβάλλον τεχνολογία.

12 ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΣΤΩΝ (Tissue Engineering Tissue Engineering) Ανάπτυξη in vitro βιοτεχνητών ιστών από κύτταρα Ζωντανός ιστός δέρματος από ινοβλάστες (νέα επιδερμίδα για εγκαύματα, έλκη κλπ) Χονδροκύτταρα για την αντικατάσταση χόνδρου (αρθρώσεις, οστά, καρκίνο ) Τεχνητό ήπαρ (ανάπτυξη ηπατικών κυττάρων σε αντιδραστήρες κοίλων ινών) Ανάπτυξη βλαστικών κυττάρων σε ειδικούς βιοαντιδραστήρες Τεχνητή Μήτρα

Χονδροκύτταρα για την αντικατάσταση χόνδρου (αρθρώσεις, οστά, καρκίνο ) Τεχνητό ήπαρ (ανάπτυξη

13 Multifunctional Bioreactor for in vitro Tissue Engineering of Cardiac Structures

14 BIOENGINEERING California Institute of Technology BioDevices and BioImaging (BDBI) BioMechanics & Bio-Inspired Design (BMBID) Synthetic and Systems Biology (SSB) BIOENGINEERING (Univ. Berkeley) Bioinstrumentation Biomaterials Biomechanics Cellular, Tissue and Genetic Engineering Clinical Engineering Medical Imaging Systems Physiology BIOENGINEERING (MIT) Biomechanics Cell & Tissue Engineering Biomolecular Engineering Bioomaterials Biological Imaging &Biological & Physiological Transport Phenomena Genomics, Proteomics and Glycomics Computational Modeling of Biological Systems Nanoscale Engineering of Biological Systems

Berkeley) Bioinstrumentation Biomaterials Biomechanics Cellular, Tissue and Genetic Engineering Clinical Engineering Medical Imaging Systems Physiology

15 Βιολογία των Συστημάτων Είναι η μελέτη των ζωντανών οργανισμών, υπό το πρίσμα των υποκείμενων δικτυώσεων που συνιστούν τη δομή τους, αντί της εξατομικευμένης μελέτης των μοριακών τους μερών. «Σύστημα» μπορεί να θεωρηθεί οτιδήποτε από ένα γονιδιακό ρυθμιστικό δίκτυο μέχρι ένα κύτταρο, ιστό ή κι έναν ολόκληρο οργανισμό. Υπολογιστικές μέθοδοι απαιτούνται για τη διαχείριση και ερμηνεία των απαραίτητων δεδομένων, για την κατανόηση των πολύπλοκων βιολογικών συστημάτων. H. Kitano a Science 295, , b Nature 420,

«Σύστημα» μπορεί να θεωρηθεί οτιδήποτε από ένα γονιδιακό ρυθμιστικό δίκτυο μέχρι ένα κύτταρο, ιστό ή κι έναν ολόκληρο οργανισμό.

16 Systems Biology Not only the parts are important, but also the way they are connected

17 Synthetic biology is the rational (re-)design of biological systems with useful properties

20 Other measured rates: DNA synthesis RNA synthesis Protein synthesis Lipid synthesis Carbohydrates synthesis

21 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΗΣ ΒΙΟΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΣΤΗ ΣΥΣΤΗΜΙΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ & ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ (γενωμική, πρωτεομική, μεταβολομική) Η μαθηματική μοντελοποίηση με τη χρήση μεθοδολογιών ή αξιωμάτων από τους χώρους της φυσικής, των μαθηματικών, της πληροφορικής και της κυβερνητικής συνεισφέρει στη μελέτη και κατανόηση του ολιστικού χαρακτήρα της δομής και λειτουργίας των πολύπλοκων βιοιατρικών συστημάτων καθώς και στη βιοτεχνολογική τους αξιοποίηση. Εργαλεία μαθηματικής μοντελοποίησης : Συστήματα Διαφορικών Εξισώσεων Γραμμική /Μη Γραμμική Ανάλυση Συστημάτων-Ευστάθεια Στοχαστικά Συστήματα Υβριδικά Μοντέλα Θεωρία μέτρου Μεθοδολογίες εναρμόνισης ετερογενών πειραματικών δεδομένων Θεωρία σφάλματος Μεθοδολογίες αριθμητικής ανάλυσης για τον έλεγχο της σύγκλισης της υπολογιστικής επίλυσης-προσομοίωσης με το αρχικά διατυπωθέν πρόβλημα. Εφαρμογή επιλεγμένων μαθηματικών κριτηρίων στα πειραματικά δεδομένα των βιολογικών/ιατρικών συστημάτων, που διατυπώνονται με βάση τόσο την ενδελεχή μελέτη των μαθηματικών χαρακτηριστικών των παρατηρούμενων ποσοτήτων, όσο και τη ποσοτικοποιημένη έκφραση του ποιοτικού χαρακτήρα τους.

22 1. Network Mapping The simplest type of model is the computational equivalent of that back-of-the-envelope sketch: a network map. Trey Ideker, at the University of California, San Diego, leads one group of researchers that is developing software to create these maps. 2. Correlation Models Though they often are considered distinct, most biological pathways talk to each other. Take, for instance, tumor necrosis factor (TNF) and epidermal growth factor (EGF) signaling. A correlation model renders a pathway at a relatively granular level, without necessarily considering each element explicitly. As a result, it can be built with little a priori knowledge of the pathway components. 3. Logical Models Logical models describe biological processes as a series of simple Boolean logic gates: If X and not Y then Z, and so on. - on or off, or active or inactive Biological components typically do not follow Boolean behavior. In addition, with no kinetic data inputs, the models can identify the important components but not the concentrations to which they correspond. 4. Kinetic Modeling Kinetic models seek to describe the temporal and spatial behavior of every component in the system individually, using differential equations.

23 Υπολογιστική μοντελοποίηση Δημιουργία μοντέλου και προσομοίωση

24 Στρατηγική Βάσεις δεδομένων Προφίλ μεταβολιτών Μικροσυστοιχίες DNA Προφίλ πρωτεϊνών Πειραματικά δεδομένα Αναδόμηση μονοπατιών Ρυθμιστικό δίκτυο Μεταβολικό δίκτυο Μοντελοποίηση Προσομοίωση Μοντέλο κυττάρου Εργαλεία βιοπληροφορικής Εικονικό κύτταρο Αναζήτηση ομοιοτήτων Συγκριτική γονιδιωματική Δομή περιοχών Συσχετισμός λειτουργιών Φυλογενετική ανάλυση Ομαδοποίηση δεδομένων Βελτίωση λειτουργιών Κυτταρικό εργοστάσιο

26 Εξατομικευμένη Ιατρική Δεδομένα Μεταγραφομικής (Γονιδιωματικές υπογραφές από αίμα, ορό, ούρα, ιστό) Γενωμικά Δεδομένα Σημειακών Νουκλεοτιδικών Πολυμορφισμών (SNP υπογραφές) Πρωτεομικά Δεδομένα (ΠρωτεϊνικοίΒιοδείκτες από αίμα, ορό, ούρα, ιστό) Πολλαπλών κλιμάκων in-silico μοντέλα της ανθρώπινης φυσιολογίας / Αποθετήρια ασθενειών Τεχνολογίες Εξόρυξη δεδομένων, μεθοδολογίες ταξινόμησης, σημασιολογική ανάλυση, βάσεις δεδομένων, επεξεργασία σημάτων, A B C D E F G H I J K L 1 Biochemical Pathways μοντελοποίηση πολλών μεταβλητών, Grid σε 2 εφαρμογές3 Βιοιατρικής 4 Δεδομένα Επιγενωμικής (Γενωμικές αναλύσεις ανοσοκατακρύμνισης χρωματίνης από αίμα, ορό, ούρα, ιστό) Μεταβολομικά 5 6 Δεδομένα 7 8 (Μεταβολομικές υπογραφές Κυτταρική /Ιστολογική 9 από αίμα, ορό, ούρα, ιστό) 10 Δεδομένα ροών βιοχημικών δικτύων ποσοτική απεικονιστική 13/01/2009 (χαρακτηριστικές αλλαγές σε προφίλ ροών) (βιοψίες) 26

Σχετικά έγγραφα

Βιοπληροφορική Ι. Παντελής Μπάγκος. Παν/µιο Στερεάς Ελλάδας

Βιοπληροφορική Ι. Παντελής Μπάγκος. Παν/µιο Στερεάς Ελλάδας Βιοπληροφορική Ι Παντελής Μπάγκος Παν/µιο Στερεάς Ελλάδας Λαµία 2006 1 Βιοπληροφορική Ι Εισαγωγή: Ορισµός της Βιοπληροφορικής, Υποδιαιρέσεις της Βιοπληροφορικής, Τα είδη των δεδοµένων στη Βιοπληροφορική.