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Stefano Iotti

Professore ordinario

Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie

Settore scientifico disciplinare: BIO/12 BIOCHIMICA CLINICA E BIOLOGIA MOLECOLARE CLINICA

Coordinatore del Corso di Laurea Magistrale in Biologia della salute

Curriculum vitae

Stefano Iotti è professore  di Biochimica Clinica all'Università di Bologna, e dal 1990 contribuisce allo sviluppo della spettroscopia di risonanza magnetica in vivo orientata alla ricerca di base ed alle applicazioni diagnostiche. Nel 1987 si è laureato in Chimica all'Università di Modena e nel 1994 ha conseguito il titolo di dottore di ricerca in Biochimica presso l'Università di Bologna. Nel 1992-1993 presso il Metabolic Magnetic Resonance Research and Computing Center e il Department of Biochemistry and Biophysics della Università di Pennsylvania, Philadelphia (USA), ha collaborato a ricerche sulla funzione di regolazione svolta dall'ossigeno in vivo sulla fosforilazione ossidativa combinando tecniche di spettroscopia RM e di spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS). Altri contributi scientifici sono stati nel campo della sintesi in vitro nuovi oligonucleotidi antisenso e nucleosidi modificati ottenendo, per questi ultimi, brevetto industriale per l'uso come agenti antivirali presso i laboratori ICoCEA del CNR di Bologna.
Inizialmente l'attività di ricerca è stata rivolta allo studio delle interazioni tra molecole di interesse farmaceutico e oligonucleotidi e alla sintesi in fase liquida di L-nucleotidi.
Lo studio delle interazioni tra oligonucleotidi e farmaci, svolto avvalendosi di tecniche spettroscopiche UV e di Dicroismo Circolare, ha contribuito alla definizione del meccanismo con cui la Distamicina intercala nel solco minore di DNA, chiarendo quali sono i requisiti minimi dell'affinità di legame.
Per la sintesi in fase liquida di L-nucleotidi è stata seguita la via che utilizza i precursori L-arabinosio e cianamide. Di rilievo è stato il riscontro che la L-timidina è fosforilata dalla timidino cinasi virale di Herpes Simplex Virus 1 e non da quella umana. Inoltre, è stato evidenzato che la timidino cinasi virale mostra una identica efficienza di fosforilazione per i due enantiomeri L e D, e che l'enantiomero L riduce notevolmente la moltiplicazione di Herpes Simplex Virus 1 in cellule HeLa .
Dal 1990 l'attività si è orientata allo studio in vivo della funzionalità di diverse vie metaboliche utilizzando le tecniche di spettroscopia di risonanza magnetica nucleare del fosforo e del protone e di spettroscopia nel vicino infrarosso.
La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare del fosforo è stata utilizzata per studiare in vivo la funzionalità del metabolismo energetico nel muscolo scheletrico e nel cervello di uomo in condizioni normali e patologiche.
I risultati degli studi sul trasporto del fosfato inorganico dal citosol alla matrice mitocondriale hanno dimostrato che la cinetica di decadimento del segnale del fosfato inorganico dopo l'esercizio muscolare è in relazione diretta alla cinetica del suo trasporto che a sua volta dipende dal pH citosolico . Sulla scorta di questi risultati è stato elaborato un modello interpretativo del meccanismo di trasporto del fosfato inorganico dal citosol al mitocondrio nel muscolo. Un importante risultato applicativo derivante dai risultati sperimentali di questi studi è stata la verifica di una alterata cinetica di trasporto del fosfato inorganico nelle portatrici sane della distrofia muscolare di Duchenne/Becker, che ha portato alla definizione di un test diagnostico per evidenziare lo stato di “carrier” di distrofia muscolare di Duchenne/Becker .
I risultati degli studi sulla cinetica di risintesi della fosfocreatina hanno contribuito allo sviluppo di un metodo per la valutazione in vivo della funzionalità mitocondriale che propone la spettroscopia MR come nuovo strumento di diagnosi delle patologie mitocondriali muscolari. Tale metodo ha mostrato una sensibilità e una specificità del 100% nella valutazione dell'insufficienza mitocondriale di pazienti con mutazioni o delezioni del DNA mitocondriale.
L'ulteriore sviluppo delle ricerche sulla funzionalità del metabolismo energetico ha richiesto la costruzione di un modello qualitativo e quantitativo che descrive le interazioni chimiche in cui sono coinvolti i principali metaboliti fosforilati e gli ioni ad essi legati. Il modello è stato utilizzato per la elaborazione di metodi originali per la quantificazione in vivo, con la spettroscopia MR, del magnesio libero e del pH citosolico nel cervello e nel muscolo scheletrico.
Una parte rilevante delle ricerche è stata finalizzata allo studio in vivo con la spettroscopia MR dei meccanismi patogenetici di diverse patologie sia muscolari che cerebrali, e alla valutazione dell'effetto della terapia.
Combinando la spettroscopia nel vicino infrarosso e la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare del fosforo sono state condotte ricerche che hanno contribuito alla comprensione della funzione di regolazione sulla fosforilazione ossidativa nel muscolo scheletrico umano svolta dall'ossigeno in vivo, dimostrando che in condizioni di normossia la disponibilità di ossigeno non è limitante anche per richieste massimali di produzione energetica.

Più recentemente l'attività di ricerca si è rivolta i) alla formulazione di modelli chimici per la ri-definizione delle costanti di complessazione dei principali metaboliti fosforilati con gli ioni metallici citosolici e in particolare in relazione alle concentrazioni di magnesio citosolico misurate in vivo con 31P-MRS, ii) alla ideazione e realizzazione di approcci matematici quantitativi per la valutazione termodinamica dei tessuti in vivo, iii) allo sviluppo di un metodo per la quantificazione assoluta dei principali metaboliti cerebrali rilevabili con la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare del protone al fine di ampliare le applicazione diagnostiche della spettroscopia MR in vivo, e iv) allo sviluppo di nuove configurazioni di bobine di superficie a radiofrequenza per apparecchiatura di risonanza magnetica con migliorata sensibilità e selettività spaziale. Quest'ultima attività ha portato a depositare due brevetti: "Configurazioni di bobina di superficie a radiofrequenza per apparecchiatura di risonanza magnetica con migliorata sensibilità e selettività spaziale, ed apparecchiatura di risonanza magnetica comprendente una tale bobina" e "Radio frequency surface coil designs for magnetic resonance apparatus with improved spatial sensitivity and selectivity, and a magnetic resonance apparatus including said coil".

Attualmente buona parte dell'impegno scientifico è rivolto:

1) alla progettazione, sviluppo e applicazione di nuovi chemosensori fluorescenti per la mappatura

intracellulare di cationi metallici e per i quali sono stati depositati due brevetti "

2) allo studio in vivo dell'omeostasi del magnesio nel cervello e nel muscolo scheletrico umano con 31P MRS,

3) studio del ruolo del magnesio nella genesi della farmaco resistenza in linee cellulari farmaco-resistenti e non, utilizzando tecniche di microscopia confocale a due fotoni, citofluorimetria, microfluorescenza a raggi X (quest'ultima presso i sincrotroni dell'APS di Argonne-Chicago e dell'Elettra di Trieste. Infine, in collaborazione i prof. Sabatini e Vacca dell'Università di Firenze si è formulato un approccio innovativo che consente di semplificare la trattazione della termodinamica dei sistemi complessi. Ciò definisce un nuovo paradigma che apre la strada ad una completa riconcettualizzazione della termodinamica biochimica che porta alla unificazione della termodinamica delle reazioni chimiche e biochimiche fino ad ora trattate separatamente.

Autore di numerose pubblicazioni, agisce regolarmente come "referee" di riviste scientifiche internazionali che pubblicano i risultati delle ricerche sulle applicazioni della spettroscopia RM e sulla biochimica di base.