Βιολογία Βλαστoκυττάρων και Αναγέννησης

Βιολογία Βλαστοκυττάρων & Αναγέννησης

Το μάθημα βασίζεται στην ενεργή μάθηση. Η διδασκαλία του μαθήματος υποστηρίζεται από τη συστηματική μελέτη και ανάλυση επιλεγμένων πρωτογενών επιστημονικών δημοσιεύσεων, με παιδαγωγική προσέγγιση βασισμένη στη μέθοδο CREATE (Consider–Read–Elucidate–Analyze–Think of the next Experiment), με στόχο την ανάπτυξη κριτικής σκέψης και ερευνητικής προσέγγισης.

Σε κάθε ενότητα οι βασικές έννοιες παρουσιάζονται από τους/τις διδάσκοντες ενώ οι φοιτητές/τριες, εργαζόμενοι/ες σε ομάδες στην τάξη, «παρακολουθούν» την ερευνητική πορεία μιας εμβληματικής επιστημονικής ομάδας με ρόλο-κλειδί στο συγκεκριμένο επιστημονικό πεδίο, μέσα από επιλεγμένα πειράματα και βασικές δημοσιεύσεις. Η διδασκαλία περιλαμβάνει την ανάλυση και ερμηνεία πραγματικών πειραματικών δεδομένων, τη συζήτηση των νέων ερωτημάτων που προκύπτουν καθώς και το σχεδιασμό των πειραμάτων που απαιτούνται για τη διερεύνησή τους. Κατ’ αυτόν τον τρόπο ο/η φοιτητής/τρια δεν αποκτά μόνο γνώσεις, αλλά επιπλέον κατανοεί και επεξεργάζεται πρωτογενή αποτελέσματα, διατυπώνει υποθέσεις, σχεδιάζει πειράματα για να τις ελέγξει και τα αξιολογεί, ενώ ταυτόχρονα συνεργάζεται τόσο με τους /τιςσυναδέλφους του όσο και με το/τη διδάσκοντα/ουσα, σε ένα περιβάλλον που, σε μεγάλο βαθμό, προσομοιάζει τον τρόπο λειτουργίας μιας επιστημονικής ερευνητικής ομάδας.

Λόγω της διδακτικής προσέγγισης:

1) Η παρουσία στο μάθημα είναι υποχρεωτική - επιτρέπεται μέχρι μία απουσία.

2) Η βαθμολογία του μαθήματος προκύπτει από την βαθμολογία των εργασιών στην τάξη και στο σπίτι - δεν υπάρχει εξέταση τον Ιούνιο

3) Ο ανώτατος αριθμός των φοιτητών που μπορούν να παρακολουθήσουν το μάθημα είναι 20.

Σε περίπτωση που περισσότεροι φοιτητές ενδιαφέρονται τότε η επιλογή γίνεται βάσει του μέσου όρου που έχουν συγκεκντρώσει στα μαθήματα:

• Εμβρυολογία και Μοριακή Βιολογία Ανάπτυξης
• Εισαγωγή στην τεχνολογία μοριακής βιολογίας
• Μέθοδοι Μοριακής Βιολογίας
• Γονιδιακή έκφραση και Κυτταρική σηματοδότηση

Stem Cell & Regenerative Biology

The course is based on active learning. Teaching is supported by the systematic study and analysis of selected primary scientific publications, using a pedagogical approach based on the CREATE method (Consider–Read–Elucidate–Analyze–Think of the next Experiment), aimed at developing critical thinking and a research-oriented mindset.

In each module, the core concepts are presented by the instructors, while students, working in groups in class, “follow” the research journey of a leading scientific team in the field, through selected experiments and key publications. Teaching includes the analysis and interpretation of real experimental data, discussion of new questions that arise, and the design of experiments needed to explore them. In this way, students not only acquire knowledge but also process primary results, formulate hypotheses, design experiments to test them, and evaluate outcomes, while collaborating with both peers and instructors in an environment that closely resembles the operation of a scientific research team.

Due to this teaching approach:

1. Attendance is mandatory – up to one absence is allowed.
2. The course grade is based on in-class and at-home assignments – there is no exam in June.
3. The maximum number of students allowed to take the course is 20.

If more students are interested, selection is based on the average grades in the following courses:

• Embryology and Molecular Developmental Biology
• Introduction to Molecular Biology Technology
• Molecular Biology Methods
• Gene Expression and Cell Signaling

Μαθησιακά αποτελέσματα

Μετά το τέλος του μαθήματος, οι φοιτητές θα μπορούν να:

• Περιγράφουν βασικές έννοιες και ιδιότητες των βλαστοκυττάρων (αυτοανανέωση, διαφοροποίηση).
• Διακρίνουν τύπους βλαστοκυττάρων και κατανοούν το δυναμικό διαφοροποίησής τους.
• Εξηγούν μοριακά δίκτυα και σηματοδοτικά μονοπάτια που καθορίζουν την πολυδυναμία.
• Κατανοούν τις τεχνικές απομόνωσης, καλλιέργειας και διαφοροποίησης βλαστοκυττάρων.
• Συγκρίνουν εμβρυϊκά και επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα ως προς την προέλευση, τις ιδιότητες και τις τεχνικές καλλιέργειας.
• Μελετούν και αναλύουν πρωτογενή επιστημονικά άρθρα και να σχεδιάζουν πειράματα για την αξιολόγηση της πολυδυναμίας ή διαφοροποίησης.
• Ερμηνεύουν πειραματικά δεδομένα και κριτικά αξιολογούν τη μεθοδολογία και τα αποτελέσματα.
• Κατανοούν τις δυνατότητες των βλαστοκυττάρων ως μοντέλων για τη μελέτη ανθρώπινων ασθενειών ή φαρμακευτικής έρευνας.
• Αναγνωρίζουν και συζητούν ηθικά, κοινωνικά και νομικά ζητήματα της βλαστοκυτταρικής έρευνας.
• Εκτιμούν τη σημασία της "μετάφρασης" της βασικής έρευνας σε εφαρμοσμένης

Learning Outcomes

By the end of the course, students will be able to:

• Describe the basic concepts and properties of stem cells (self-renewal, differentiation).
• Distinguish stem cell types and understand their differentiation potential.
• Explain molecular networks and signaling pathways that determine pluripotency.
• Understand techniques for stem cell isolation, culture, and differentiation.
• Compare embryonic and induced pluripotent stem cells regarding origin, properties, and culture techniques.
• Study and analyze primary scientific articles and design experiments to assess pluripotency or differentiation.
• Interpret experimental data and critically evaluate methodologies and results.
• Understand the potential of stem cells as models for studying human diseases or for pharmaceutical research.
• Identify and discuss ethical, social, and legal issues in stem cell research.
• Appreciate the importance of translating basic research into applied applications.

Περιεχόμενο του μαθήματος

Οι περισσότερες θεματικές ενότητες οργανώνονται γύρω από την έρευνα μιας εμβληματικής ερευνητικής ομάδας του πεδίου (Evans' saga, Smith's saga, Yamanaka' saga, Jessel' saga, Melton' saga, Lonza' saga)

Εισαγωγή στη Βιολογία των βλαστοκυττάρων

Παρουσίαση της έννοιας των βλαστοκυττάρων και των θεμελιωδών ιδιοτήτων τους, δηλαδή της ικανότητας αυτοανανέωσης και της δυνατότητας διαφοροποίησης σε εξειδικευμένους κυτταρικούς τύπους. Εξέταση της ταξινόμησής τους με βάση το δυναμικό διαφοροποίησης (ολιγοδύναμα, πολυδύναμα, πολυδύναμα) και την προέλευσή τους (εμβρυϊκά, περιγεννητικά, ενήλικα). Ανάλυση του ρόλου τους στην εμβρυϊκή ανάπτυξη, τη διατήρηση της ομοιόστασης και την επιδιόρθωση βλαβών- σημασίας τους στη σύγχρονη βιολογία και στην αναγέννηση.

Απομόνωση – καλλιέργεια – διαφοροποίηση βλαστοκυττάρων

Aνάλυση των μεθόδων απομόνωσης εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων. Παρουσίαση των τεχνικών απομόνωσης και χαρακτηρισμού κυτταρικών πληθυσμών. Περιγραφή των συνθηκών καλλιέργειας in vitro, των μέσων καλλιέργειας, των αυξητικών παραγόντων κλπ που επηρεάζουν τη διατήρηση της πολυδυναμίας. Παρουσίαση πρωτοκόλλων κατευθυνόμενης διαφοροποίησης και των τρισδιάστατων συστημάτων καλλιέργειας (3D cultures, organoids).

Evans's saga 

Η μοριακή βάση της πολυδυναμίας

Εμβάθυνση στους μοριακούς και κυτταρικούς μηχανισμούς που διατηρούν την πολυδυναμία των βλαστοκυττάρων. Ανάλυση του ρόλου βασικών μεταγραφικών παραγόντων, όπως Oct4, Sox2 και Nanog, και των αλληλεπιδράσεών τους σε ρυθμιστικά δίκτυα γονιδιακής έκφρασης. Εξέταση των επιγενετικών μηχανισμών (μεθυλίωση DNA, τροποποιήσεις ιστονών, αναδιαμόρφωση χρωματίνης) και των σηματοδοτικών μονοπατιών (Wnt, TGF-β, FGF) που καθορίζουν τη διατήρηση ή την απώλεια της πολυδυναμίας. Aνθρώπινα εμβρϊκά βλαστοκύτταρα.

Smiths' saga

Ιστοειδικά Βλαστοκύτταρα - Εφαρμογές των βλαστοκυττάρων

Παρουσίαση των ιστοειδικών βλαστοκυττάρων και των μεθόδων απομόνωσης από εμβρυϊκές, πηγές, όπως μυελός των οστών, λιπώδης ιστός και ομφάλιος λώρος κ.ά. Δυνατότητες και εφαρμογές των εμβρυϊκών (και σε μικρότερο βαθμό των ιστοειδικών) βλαστοκυττάρων στη βασική και εφαρμοσμένη έρευνα. Ανάλυση της χρήσης τους στη μελέτη της ανθρώπινης ανάπτυξης, στη δημιουργία μοντέλων ασθενειών, καθώς και στον έλεγχο της αποτελεσματικότητας και τοξικότητας νέων φαρμακευτικών ουσιών. Κλινικές δοκιμές κυτταρικών θεραπειών. Συνδυαστική προσέγγιση γονιδιακής θεραπείας και βλαστοκυτταρικής τεχνολογίας με εργαλεία γονιδιωματικής τροποποίησης, όπως το σύστημα CRISPR/Cas9.

Jessel's saga

Lanza's saga

Melton's saga

Eπαναπρογραμματισμός

Παρουσίαση των μεθόδων επαναπρογραμματισμού σωματικών κυττάρων σε iPS κύτταρα και αξιολόγηση των πλεονεκτημάτων και περιορισμών τους (γενετική σταθερότητα, ογκογένεση). Συγκριτική ανάλυση των εμβρυϊκών βλαστοκυττάρων και των επαγόμενων πολυδύναμων βλαστοκυττάρων (iPS) ως προς την προέλευση, το βιολογικό δυναμικό και τις τεχνικές καλλιέργειας. Ανάλυση των δυνατοτήτων διαφοροποίησής τους και της χρήσης τους ως μοντέλα ανθρώπινων ασθενειών.

Yamanaka's saga

Έρευνα - ηθική- νομικά ζητήματα – το παράδειγμα των βλαστοκυττάρων

Κριτική προσέγγιση των ηθικών ζητημάτων που εγείρονται από την έρευνα στα βλαστοκύτταρα, ιδίως σε σχέση με τη χρήση ανθρώπινων εμβρύων. Ανάλυση κοινωνικών, φιλοσοφικών και θρησκευτικών προσεγγίσεων, καθώς και της έννοιας της επιστημονικής ευθύνης και της δεοντολογίας στην έρευνα. Επισκόπηση του εθνικού, ευρωπαϊκού και διεθνούς νομικού πλαισίου που ρυθμίζει την έρευνα και την κλινική εφαρμογή βλαστοκυτταρικών θεραπειών. Ανάλυση των κανονιστικών αρχών, των διαδικασιών έγκρισης κλινικών δοκιμών και των κανόνων βιοασφάλειας και ποιότητας, με στόχο την προστασία των ασθενών και τη διασφάλιση της επιστημονικής εγκυρότητας.

Αξιολόγηση

• Eργασία στην τάξη  50%
• Ομαδική εργασία με παρουσίαση στην τάξη 50%

Course Content

Most thematic modules are organized around the research of emblematic scientific teams in the field (Evans' saga, Smith's saga, Yamanaka's saga, Jessel's saga, Melton's saga, Lanza's saga).

Introduction to Stem Cell Biology

Presentation of the concept of stem cells and their fundamental properties: the ability to self-renew and differentiate into specialized cell types. Examination of their classification based on differentiation potential (totipotent, pluripotent, multipotent) and origin (embryonic, perinatal, adult). Analysis of their role in embryonic development, tissue homeostasis, and repair—highlighting their importance in modern biology and regenerative medicine.

Stem Cell Isolation – Culture – Differentiation

Analysis of methods for isolating embryonic stem cells. Presentation of techniques for isolating and characterizing cell populations. Description of in vitro culture conditions, culture media, growth factors, etc., that influence maintenance of pluripotency. Presentation of directed differentiation protocols and three-dimensional culture systems (3D cultures, organoids).

Evans' Saga

 The Molecular Basis of Pluripotency

Deep dive into the molecular and cellular mechanisms that maintain stem cell pluripotency. Analysis of key transcription factors such as Oct4, Sox2, and Nanog, and their interactions in gene regulatory networks. Examination of epigenetic mechanisms (DNA methylation, histone modifications, chromatin remodeling) and signaling pathways (Wnt, TGF-β, FGF) that govern maintenance or loss of pluripotency. Human embryonic stem cells.

Smith's Saga

Tissue-Specific Stem Cells and Applications

Presentation of tissue-specific stem cells and methods for isolating them from embryonic sources such as bone marrow, adipose tissue, and umbilical cord, among others. Potential and applications of embryonic (and to a lesser extent, tissue-specific) stem cells in basic and applied research. Analysis of their use in studying human development, disease modeling, and evaluating efficacy and toxicity of new drugs. Clinical trials of cell therapies. Combination approaches of gene therapy and stem cell technology using genome-editing tools like CRISPR/Cas9.

Jessel's Saga

 Lanza's Saga

 Melton's Saga

Reprogramming
Presentation of methods for reprogramming somatic cells into iPS cells and evaluation of their advantages and limitations (genetic stability, tumorigenicity). Comparative analysis of embryonic stem cells and induced pluripotent stem cells (iPS) regarding origin, biological potential, and culture techniques. Analysis of differentiation capabilities and their use as models for human diseases.

Yamanaka's Saga

Research – Ethics – Legal Issues: The Example of Stem Cells

Critical examination of ethical issues arising from stem cell research, particularly the use of human embryos. Analysis of social, philosophical, and religious perspectives, as well as the concepts of scientific responsibility and research ethics. Overview of national, European, and international legal frameworks regulating stem cell research and clinical application. Analysis of regulatory principles, clinical trial approval procedures, and biosafety and quality standards aimed at patient protection and scientific integrity.

Αssessment

• In-class assignment: 50%
• Group project with an in-class presentation: 50%