Wykorzystanie hodowli komórkowych w badaniu cytotoksyczności związków chemicznych dodawanych do żywności 2600-K2-WHK-BIOT

Badania aktywności biologicznej różnych substancji chemicznych, w tym stosowanych w przemyśle spożywczym, mogą być prowadzone na modelach zwierzęcych lub komórkowych (aktywność cytotoksyczna) z wykorzystaniem ludzkich lub zwierzęcych linii komórkowych. Zastosowanie hodowli in vitro w oznaczaniu aktywności cytotoksycznej za pomocą specyficznych testów komórkowych jest ważne ze względów humanitarnych, ponieważ pozwala znacząco ograniczyć ilość badań prowadzonych na zwierzętach. Dlatego badania z użyciem hodowli komórkowych w celu przewidywania właściwości toksycznych różnych substancji chemicznych dodawanych do żywności stały się obecnie powszechne, a możliwość automatyzacji badań pozwala na testowanie wielu związków chemicznych na różnych liniach komórkowych.
W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci zdobędą wiedzę na temat substancji chemicznych dodawanych do produktów spożywczych (naturalnych i syntetycznych) w celu poprawy szeroko rozumianych walorów konsumenckich, wśród których wyróżnia się barwniki, substancje konserwujące, przeciwutleniacze, substancje stabilizujące, zagęszczające, emulgujące, słodzące, wypełniające oraz skrobie modyfikowane. W oparciu o dane literaturowe, studenci wytypują związki chemiczne o nieokreślonym lub dyskutowanym wpływie na organizm człowieka i dla wybranych spośród nich oznaczą aktywność cytotoksyczną w warunkach in vitro. Zdobędą wiedzę w zakresie najczęściej stosowanych testów komórkowych, umożliwiających pomiar różnych parametrów odzwierciedlających aktywność cytotoksyczną testowanej substancji, takich jak: liczba żywych/martwych komórek, integralność błony komórkowej, aktywność enzymatyczna związana z metabolizmem komórki, zdolność do podziałów komórkowych (stopień proliferacji), całkowita zawartość białka lub DNA, zahamowanie syntezy DNA.
W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci będą prowadzić hodowle określonych linii komórkowych w warunkach aseptycznych, na których przeprowadzą analizę wpływu wybranego związku chemicznego na fizjologię badanych komórek z zastosowaniem jednego z testów komórkowych wykorzystujących techniki kolorymetryczne, fluorymetryczne, bioluminescencyjne lub izotopowe. Studenci poznają w praktyce kolejne etapy oznaczania aktywności cytotoksycznej w hodowlach in vitro, w tym przygotowanie materiału biologicznego i roztworów badanego związku chemicznego, traktowanie komórek określoną substancją chemiczną, pomiar zmian aktywności procesów komórkowych wywołanych badaną substancją oraz opracowanie wyników eksperymentu w oparciu o analizy statystyczne.

Całkowity nakład pracy studenta

1. Godziny realizowane z udziałem nauczycieli (30 godz.): - udział w ćwiczeniach laboratoryjnych – 30 godz. 2. Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta (32,5 godz): - przygotowanie do zajęć, uzupełnienie notatek oraz zapoznanie się z literaturą przedmiotu – 16,5 godz. - przygotowanie się do zaliczenia przedmiotu w formie testu końcowego – 15 godz. - obecność na zaliczeniu końcowym – 1 godz. Łączna liczba godzin: 62,5 godz. ( 2,5 ECTS)

Efekty uczenia się - wiedza

W1: Student ma podstawową wiedzę w zakresie biologii komórki zwierzęcej, prowadzenia hodowli komórkowych w warunkach aseptycznych oraz zastosowania odpowiednich linii komórkowych w oznaczaniu aktywności cytotoksycznej substancji chemicznych wykorzystywanych powszechnie w przemyśle spożywczym (K_W01, K_W06, K_W09, K_W10, K_W12, K_W13). W2: Student charakteryzuje szereg testów stosowanych do oceny cytotoksyczności ze względu na rodzaj oznaczanego parametru potencjalnych zaburzeń strukturalno-fizjologicznych w komórkach ludzkich/zwierzęcych, powodowanych przez daną substancję chemiczną (K_W07, K_W09, K_W10, K_W15, K_W16). W3: Student zna podstawowe techniki cytobiologii i biologii molekularnej wykorzystywane w badaniach aktywności substancji chemicznych wobec komórek eukariotycznych, metody pomiarowe oraz aparaturę badawczą wykorzystywaną do przeprowadzenia testów z użyciem linii komórkowych (K_W03, K_W04, K_W07, K_W09, K_W10, K_W15, K_W16, K_W17). W4: Student opisuje kolejne etapy oznaczania aktywności cytotoksycznej w hodowlach in vitro, w tym przygotowanie komórek i roztworów badanego związku chemicznego, traktowanie komórek określoną substancją chemiczną, pomiar zmian aktywności procesów komórkowych wywołanych badaną substancją oraz opracowanie wyników eksperymentu (K_W02, K_W04, K_W07, K_W14, K_W15, K_W16, K_W17). W5: Student charakteryzuje zaburzenia cytofizjologiczne wywołane stosowaną substancją chemiczną w aspekcie mechanizmów komórkowych i molekularnych funkcjonujących w żywej komórce, opisuje wpływ określonych substancji chemicznych na jakość materiału genetycznego komórki, definiuje procesy patogenezy komórkowej i nekrozy (K_W04, K_W05, K_W07, K_W09, K_W10). W6: Student definiuje bezpieczny sposób wykorzystania substancji chemicznych stosowanych powszechnie w przemyśle spożywczym (K_W04, K_W07, K_W09, K_W10).

Efekty uczenia się - umiejętności

U1: Student prowadzi hodowle wybranych ludzkich/zwierzęcych linii komórkowych w warunkach aseptycznych w celu wykorzystania ich w badaniach potencjalnych właściwości toksycznych substancji chemicznych stosowanych w przemyśle spożywczym (K_U03, K_U05, K_U11, K_U15). U2: Student dobiera i wykorzystuje w praktyce odpowiednie rodzaje testów cytotoksyczności oparte na wybranych technikach biologii komórkowej i molekularnej oraz metody i narzędzia pomiarowe do wykonania analiz określających wpływ badanej substancji chemicznej na strukturę i funkcję komórek (K_U01, K_U02, K_U06, K_U07, K_U11, K_U07). U3: Student analizuje wpływ testowanych substancji chemicznych na żywotność, strukturę, w tym organizację materiału genetycznego, oraz określone parametry procesów fizjologicznych komórek z hodowli in vitro z uwzględnieniem optymalizacji warunków przebiegu eksperymentu (K_U05, K_U06, K_U08, K_U09). U4: Student weryfikuje wartość aplikacyjną otrzymywanych wyników badań i na ich podstawie klasyfikuje substancje chemiczne stosowane w przemyśle spożywczym na bezpieczne i niebezpieczne, tj. wywołujące zaburzenia procesów fizjologicznych komórek w określonym stężeniu w stopniu istotnym statystycznie (K_U12, K_U14, K_U15, K_U16, K_U17).

Efekty uczenia się - kompetencje społeczne

K1: Student ma świadomość zagrożeń wynikających z nieodpowiedzialnego stosowania substancji chemicznych w przemyśle spożywczym (K_K08, K_K10, K_K11). K2: Student posiada kompetencje w zakresie planowania i prowadzenia eksperymentów z wykorzystaniem hodowli komórkowych zgodnie z wymogami BHP, umożliwiających zdefiniowanie bezpieczeństwa stosowanej substancji chemicznej w przemyśle spożywczym w kontekście ochrony życia i zdrowia człowieka (K_K01, K_K02, K_K05, K_K06, K_K09, K_K11). K3: Student ma świadomość wagi wykonywanych badań i rozumie konieczność przestrzegania zasad rzetelnej analizy prowadzonych obserwacji (K_K06, K_K07, K_K08, K_K10). K4: Student potrafi zweryfikować otrzymane wyniki badań w kontekście doniesień naukowych oraz treści popularno-naukowych prezentowanych w środkach masowego przekazu (K_K07, K_K10). K5: Student potrafi pracować w zespole (K_K03, K_K04, K_K09).

Metody dydaktyczne

Metody dydaktyczne: eksponujące, podające i poszukujące. Ćwiczenia laboratoryjne mają charakter eksperymentalny, studenci realizują zadania badawcze w dwóch 6-osobowych zespołach. Zajęcia są prowadzone w grupie liczącej maksymalnie 12 osób z uwzględnieniem metodyki prowadzonych doświadczeń – dostęp do sprzętu laboratoryjnego oraz zachowanie podstawowych zasad BHP dotyczących pracy laboratoryjnej z materiałem biologicznie aktywnym i odczynnikami chemicznymi.

Metody dydaktyczne eksponujące

- pokaz

Metody dydaktyczne podające

- opis

Metody dydaktyczne poszukujące

- obserwacji
- projektu
- ćwiczeniowa
- laboratoryjna

Rodzaj przedmiotu

przedmiot fakultatywny

Wymagania wstępne

Podstawowa wiedza z zakresu biochemii, biologii komórki i genetyki.

Koordynatorzy przedmiotu

Robert Lenartowski

Kryteria oceniania

Metoda oceniania:
- zaliczenie na ocenę
Kryteria oceniania:
- ocena z raportu
- wymagany próg na ocenę dostateczną: 60-67%
68-75% - dostateczny plus
76-83% - dobry
84-91% - dobry plus
92-100% - bardzo dobry

Praktyki zawodowe

Nie dotyczy

Literatura

Literatura podstawowa:
1. Kilarski W (2003) Strukturalne podstawy biologii komórki. Wydawnictwo naukowe PWN.
2. Stokłosowa S (2004) Hodowla komórek i tkanek. Wydawnictwo naukowe PWN.
3. Zabel M, Kawiak J (2014) Seminaria z cytofizjologii. Wydawnictwo Edra Urban & Partner.
Literatura uzupełniająca - publikacje naukowe jak poniżej:
1. Pasula MJ (1993) Test ACAD. Odpowiedź komórkowa na obce substancje: żywność, pleśnie, uszlachetniacze żywności, środowiskowe związki chemiczne, antybiotyki, NSAID’s”. Wydawnictwo IPS.
2. Gruber B, Anuszewska E (1994) Adaptacja testu do oceny działania cytotoksycznego in vitro. Biuletyn Instytutu Leków 38:5-10.
3. Krzysztoń-Russjan J, Książek I, Anuszewska E (2009) Porównanie użyteczności testów MTT i EZ4U stosowanych do oceny cytotoksyczności ksenobiotyków. Farm Pol 65:395-402.
4. Stasiak P, Sznitowska M (2010) Zastosowanie hodowli komórkowych w badaniach biofarmaceutycznych. Farm Pol 66:228-234.

Uwagi

W cyklu 2022/23:

W roku akademickim 2020/21 zajęcia odbędą się w systemie - 70% zajęć zdalnych, 30% zajęć praktycznych. Ewentualna zmiana systemu nauczania z hybrydowego na zdalny będzie zależna od sytuacji pandemicznej i postanowień władz UMK w tym zakresie.

W cyklu 2023/24:

W cyklu 2024/25:

W cyklu 2025/26:

Więcej informacji

Dodatkowe informacje (np. o kalendarzu rejestracji, prowadzących zajęcia, lokalizacji i terminach zajęć) mogą być dostępne w serwisie USOSweb:

Strona przedmiotu 2600-K2-WHK-BIOT w USOSweb