МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Биологический факультет

Кафедра биомедицины

УТВЕРЖДАЮ

Декан биологического факультета _А.П. Веселов «» 20_ г.

Рабочая программа дисциплины (модуля) «Биология стволовых клеток»

Направление подготовки (специальность) 020400 «Биология»

Профили подготовки (специализация) Биомедицина Квалификация (степень) выпускника Бакалавр Форма обучения очная Нижний Новгород 2013 год 1. Цели освоения дисциплины Целью дисциплины является ознакомление студентов с основными понятиями стволовых клеток, с различными видами классификаций и свойств c методами их получения и анализа, областями применения современной тканевой инженерии и регенеративной медицины, а также основными направлениями развития и перспективами использования.

Цель практических занятий – научить студентов работать со стволовыми клетками, способами их выделения, оценки свойств. Изучить особенности дифференцировки (спонтанной, направленной), а так же ознакомить с основными методами исследования стволовых клеток в культуре и тканях.

2. Место дисциплины в структуре ООП Цикл Б.3, вариативная часть, дисциплины по выбору студента профилей «Биофизика», «Биоинженерия», «Биомедицина»: Б3.В.ДВ.8.3, 7 семестр, аудиторных часов – 54, из них лекции 18 часов, практические семинарские занятия 36 часов, самостоятельная работа студентов – 18 часов.

Для изучения курса «Биология стволовых клеток» студентам необходимо владеть знаниями по химии, молекулярной и клеточной биологии, биофизике, анатомии и физиологии человека и животных, микробиологии, биохимии. Желательно, чтобы студент, приступая к изучению данного курса, мог продемонстрировать следующие общие компетенции бакалавра биологии: ОК-3 «приобретает новые знания и формирует суждения по научным, социальным и другим проблемам, используя современные образовательные и информационные технологии», ОК-6 «использует базовые знания в области математики и естественных наук», ОК-12 «способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях» ПК-1 «демонстрирует базовые представления о разнообразии биологических объектов, понимает значение биоразнообразия для устойчивости биосферы», ПК-3 «демонстрирует знание принципов структурной и функциональной организации биологических объектов и механизмов гомеостатической регуляции», ПК-4 «демонстрирует знание принципов клеточной организации биологических объектов, биофизических и биохимических основ мембранных процессов», ПК-8 «имеет базовые представления о закономерностях воспроизведения и индивидуального развития биологических объектов», ПК-10 «демонстрирует базовые представления об основах биологии человека».

Изучение дисциплины «Биология стволовых клеток» необходима студентам для выполнения работ соответствующего раздела большого практикума, изучения курсов «Биохимические методы исследования организма», «Молекулярная биология», выполнения курсовых и выпускных бакалаврских работ, а также в дальнейшем для обучения в магистратуре и различных сферах деятельности, связанных с исследовательской и научной работой.

3. Требования к результатам освоения дисциплины (модуля) В процессе освоения дисциплины формируются следующие общекультурные компетенции:

ОК-1 - следует этическим и правовым нормам в отношении других людей и в отношении природы (принципы биоэтики), имеет четкую ценностную ориентацию на сохранение природы и охрану прав и здоровья человека;

ОК-6 - использует в познавательной и профессиональной деятельности базовые знания в области математики и естественных наук, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования;

ОК-16 - заботится о качестве выполняемой работы;

ОК-18 - умеет работать самостоятельно и в команде.

В процессе освоения дисциплины формируются следующие профессиональные компетенции:

ПК-4 - демонстрирует знание принципов клеточной организации биологических объектов, биофизических и биохимических основ, мембранных процессов и молекулярных механизмов жизнедеятельности;

ПК-5 - применяет современные экспериментальные методы работы с биологическими объектами в полевых и лабораторных условиях, навыки работы с современной аппаратурой;

ПК-15 - способен эксплуатировать современную аппаратуру и оборудование для выполнения научно-исследовательских полевых и лабораторных биологических работ.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать основные понятия биологии стволовых клеток, основные ниши и свойства эмбирональныых и постнатальных стволовых клеток, механизмы пролиферации регенерации; основные подходы к клеточной терапии социально-значимых заболеваний – онкопатология, сахарный диабет, основы регенерации печени, принципы создания тканезамещающих конструктов, области применения мезенхимных клеток.

Уметь применить интегральный подход к анализу эффектов клеточной терапии на разных уровнях их проявлений; объяснять результаты экспериментов со стволовыми клетками in vitro и in vivo.

Владеть методами современной клеточной биологии и инженерии тканей, применяемых к работам с культурами стволовых клеток.

4. Структура и содержание дисциплины «Радиационная биофизика»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы 72 часа.

Курс подразделяется на лекции 18 часов, практические семинарские занятия 36 часов, самостоятельную работу студентов – 18 часов и включает следующие разделы:

Основные понятия и история развития науки о стволовых клетках, классификация, основные свойства.

клетки. Понятие клонирования. Пути направленной дифференцировки регенерации печени.

стволовые клетки.

Свойства, получение, перспективы биомедицинского применения клеточные технологии в лечении сахарного диабета.

плюрипотентность, основные понятия и перспективы использования опухолевых клетках:

участие в канцерогенезе, основные пути воздействия на рост опухолевых тканей клеточной терапии:

основные пути использования в современной медицине Всего: 72 часа Содержание разделов дисциплины.

Определение, основные понятия и термины биологии стволовых клеток. История развития учения о стволовых клетках. Основные отличительные свойства и характеристики. Основные классификации. Понятия ниши, миграции и хоуминга.

Современное состояние и перспективы развития. Решенные и нерешенные задачи тканевой инженерии.

Понятие эмбриональных стволовых клеток. Основные ниши локализации. Способы получения – этические и правовые аспекты использования для задач биомедицины.

Свойства эмбриональных стволовых клеток – пути направленной дифференцировки.

Основные поверхностные маркеры, методы диагностики дифференцировки в клеточной культуре и целом организме.

Понятие клонирования. Основные достижения и проблемы. История развития.

Перспективы использования.

Основные методы диагностики: определение типа стволовых клеток, понятие направленной дифференцировки. Фенотипические признаки (поверхностные маркеры) и способы их выявления – иммуноцитохимия, иммуногистохимия. Диагнострика дифференцировки клеток in vivo – флюоресцентный имиджинг.

Понятие стволовых клеток печени. Основные ниши локализации стволовых клеток.

Структурно-функциональное устройство печеночного ацинуса. Понятие регенрации.

Основные механизмы регенеарции печении – типы клеток, участвующих в регенерации печени. Феномен слияния зрелых и стволовых клеток.

Основные пути использования тканевой инженерии в лечении заболеваний печени.

Понятие искусственной печени, понятие трансплантации и ее виды.

Стволовые клетки поджелудочной железы. Принципы структурно-функциональной организации поджелудочной железы. Понятие об экзокринных и эндокринных клетках.

Механизмы патологических внутриклеточных процессов при развитии сахарного диабета первого и второго типа. Возможные пути регенерации поджелудочной железы при повреждении.

Принципы выделения и культивирования стволовых клеток поджелудочной железы.

Понятие клеточной терапии. Пути развития клеточной терапии в лечении сахарного диабета. Проблемы создания искусственной поджелудочной железы.

Мезенхимальные стволовые клетки. Основные свойства, ниши локализации. Пути получения и культивирования. Основные направления дифференцировки мезенхимальных стволовых клеток: костный, хрящевой, жировой. Основные методы диагносткии направленной дифференцировки в условиях in vitro и in vivo.

Участие мезенхимальных клеток в регенерации основных тканей. Понятие о тканевой инженерии, скафолдах, тканезамещении. Возможности тканезаместительной терапии в трансплантации костных и хрящевых тканей. Биосовместимые материалы – инжиниринг с 3Д моделированием.

Индуцированная плюрипотентность как новая перспективная область получения и применения плюрипотентных стволовых клеток. История вопроса. Понятие коктейля Яманака. Основные пути индукции плюрипотенстности (хмимческий, генетический, физический). Проблемы полученных плюрипотентных клеток, понятие о канцерогенности. Основные достижения и перспективы использования в биомедицине.

5. Образовательные технологии При освоении дисциплины образовательный процесс включает теоретическую и практическую подготовку студентов. Проведение лекций направлено на теоретическую подготовку и базируется на использовании иллюстративного материала в форме слайдов, и анимационных фильмов. Устные опросы и коллоквиумы направлены не только на контроль знаний, но и на формирование профессиональной адаптации и опыта профессиональной деятельности с формированием поведенческой модели. Помимо посещения лекций предусматривается проведение экскурсий в клеточные лаборатории различных центров, приглашение на семинарские занятия специалистов, работающих в области клеточных технологий в клинике.

В обязательном порядке предусматривается самостоятельная работа студентов с возможностью доступа к Интернет-ресурсам.

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.

Текущая аттестация студентов проводится в форме устного опроса на семинарских занятиях по основным темам разделов дисциплины.

Итоговая аттестация по результатам семестра по дисциплине проходит в форме устного зачета.

Самостоятельная работа студентов включает работу в читальном зале библиотеки, в учебных кабинетах (лабораториях) и в домашних условиях, с доступом к ресурсам Интернет. Самостоятельная работа подкреплена учебно-методическим и информационным обеспечением, включающим учебники, учебно-методические пособия, конспекты лекций, журналы. (Биология Стволовых клеток и клеточные технологии. Под ред. Пальцева, А. М. Медицина. Шико. 2009. 2 тома) журналы:

Клеточные технологии, Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, Современные технологии в медицине, Цитология и др.) Перечень вопросов проведения контроля и аттестации по итогам освоения дисциплины 1. История развития учения о стволовых клетках. Основные понятия.

2. Основные направления развития современной клеточной терапии.

3. Классификация стволовых клеток 4. Уникальные свойства стволовых клеток, локализация основных типов у взрослого 5. Понятия дифференцировки ее виды и механизмы.

6. Способы диагностики направленной дифференцировки – фенотипические, функциональные in vivo и in vitro.

7. Эмбириональные стволовые клетки, понятия, методики получения и их применение в биомедицине.

8. Клонирование как способ тканевой терапии.

9. Мезенхимальные стволовые клетки. Ниши, хоуминг, виды дифференцировки 10. Мезенхимальные стволовые клетки и основы биоинженерии тканей. Скафолды, трансплантаты.

11. Уникальные способности печени к регенерации. Виды регенерации, источники стволовых клеток.

12. Искусственная печень, трансплантация.

13. Особенности строения поджелудочной железы, клеточные механизмы развития сахарного диабета.

14. Стволовые клетки поджелудочной железы – виды, ниши. Основы клеточной терапии сахарного диабета.

15. Индуцированная плюрипотентность. История вопроса. Механизмы и способы формирования IPS клеток.

16. IPS клетки – новое направление развития клеточной и тканевой терапии. Основные перспективы.

Критерии оценок итогов освоения дисциплины Зачтено Умение правильно сформулировать ответ на поставленный вопрос.

Полное понимание сущности рассматриваемых понятий, явлений, закономерностей, теории и взаимосвязи дисциплины.

Не зачтено Необходима дополнительная подготовка для успешного прохождения испытаний. Не отработаны пропуски лабораторных занятий.

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины а) основная литература:

1. Биология Стволовых клеток и клеточные технологии. Под ред. Пальцева, А. М.

Медицина. Шико. 2009. 2 тома.

2. Валькович В.И., Батюто Т.Д., Кожухарь В.Г. и др. Общая и медицинская эмбриология.

П/ред. Э.И. Вальковича. – Ростов-на дону; Феникс, 2008.

3. Крылова Т.А. Зенин В.В., Мусорина Н.С. и др. Получение и характеристика постоянных эмбриональных стволовых клеток человека // Цитология. – 2003.-Т.45. – с. 1172-1178.

4. Прыжкова М.В., Лагарькова М.А., Лякишева А.В. и др. Получение линий эмбриональных стволовых клеток человека, их анализ и характеристика по специфическим маркерам// Информационный бюллетень «Клеточные культуры». – 2004.

– вып.19. – С 22-25.

5. Шумаков В. И., Блюмкин В.Н., Скалецкий Н.Н. и др. Трансплантация островковых клеток поджелудочной железы. – М.: «Канон», б) дополнительная литература:

6. Alison M.R., Poulsom R., Jeffery R. et al. Hepatocytes from non-hepatic adult stem cells // Nature. -2000. – Vol.406.-P. 7. Amit M., Carpenter M. K., Inokum M.S. et al. Clonally derived human embryonic stem cells lines maintain pluripotency and proliferative potential for prolonged periods of culture //Dev.

Biol. -2000. –Vol.227.-P. 271- 8. Boiret N, Rapatel C. et al. Characterisation of nonexpanded mesenchymal progenitor stem cells from normal adult human bone marrow. // Exp.Hematol. – 2005. – Vol.33. – P.219-225.

9. De Bari C., Dell’Accio f., Vandenabeele F. Et al. Sceletal muscle repair by adult human mesenchymal stem cells from synovial membrane// J. Cell Biol. – 2003.-vol. 160.- P.909-918.

10. Induced Pluripotent Stem Cell Technology in Regenerative Medicine and Biology. D.Pei, J.

Xu, Q. Zhuang, H.-F.Tse, M. Esteban. Adv. Biochem Engin/Biotechnol. 10.2010.72.

11. Stem Cells and Liver Regeneration. A. Duncan, C. Dorrell and M. Grompe, Gastroenterology 2009; 137: 466-481.

12. Jiang Y., Jahagirdar B.N., Reinhardt R. L. et al. Pluripotency of mesenchymal stem cells derived from adult marrow // Nature. – 2002. - Vol. 418. – P.41- 13. Zuk P. A., Zhu M., Mizuno H. et al. Multilineage cells from human adipose tissue:

implications for cell-based therapies // Tissue Eng. – 2001.-Vol.7. –P.211- в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www.unn.ru/pages/e-library/methodmaterial/2010/79.pdf поисковые системы:

www.sciencedirect.com www.elsiver.com 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины Лаборатория Тканевой инженерии Института Живых систем, ноутбук FujitsuSiemens, проектор BenQ, экран, компьютеры с программным обеспечением и подключением к компьютерной сети интернет, фонды фундаментальной библиотеки с системой онлайнового доступа к российским и международным поисковым ресурсам, а также к полнотекстовым базам научных журналов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и ПрООП ВПО по направлению 020400 «Биология» профиль «Биомедицина»

Автор, зав.каф биомедицины Е.В.Загайнова Рецензент Зав. кафедрой биомедицины, д.м.н. Е.В.Загайнова Программа одобрена на заседании методической комиссии биологического факультета протокол № Председатель методической комиссии_ Швец И. М.