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.
