1. Chimica: caratterizzazione chimica e stereochimica delle sostanze tossiche. Messa a punto di metodologie di analisi capaci di rilevare e separare tali sostanze anche in minime quantità. Studio delle relazioni struttura-attività. Sintesi di nuove molecole.
2. Biochimica: studio degli effetti di agenti nocivi sui meccanismi di proliferazione, apoptosi e necrosi cellulare nei sistemi nervoso ed endocrino.
3. Fisica: individuazione e caratterizzazione delle sorgenti di esposizione ad agenti fisici (radiazioni ionizzanti, campi elettromagnetici) capaci di indurre danni sui sistemi nervoso e endocrino. Elaborazione di nuovi sistemi per il controllo di tali agenti sul territorio.
4. Agraria: caratterizzazione del danno da agenti esterni su specie vegetali e loro utilizzo come marcatori biologici. Identificazione di nuovi modelli vegetali in grado di detossificare neuro ed endocrinotossine.
5. Veterinaria: caratterizzazione degli inquinanti ambientali e dei residui di farmaci veterinari in grado di modificare l'attività dei sistemi nervoso ed endocrino degli animali selvatici e di quelli da allevamento. Messa a punto di nuovi metodi per la determinazione di sostanze tossiche e dei loro metaboliti negli alimenti di origine animale.
6. Biologia applicata: studio della suscettibilità genetica e dell'espressione genica di cellule e tessuti esposti in vitro ed in vivo ad agenti esterni.
7. Farmacologia e tossicologia: individuazione dei meccanismi patogenetici di morte neuronale indotta da agenti esterni. Uso di farmaci e tossine come mezzi di studio di tali modelli sperimentali.
8. Psichiatria: individuazione di dimensioni psicopatologiche elementari che sottendono aspetti comportamentali e di personalità influenzabili da agenti esterni. Studio della relazione tra genotipo e risposta ad agenti esterni con particolare riguardo agli effetti su neurotrasmettitori, recettori e trasduttori di segnale correlati con patologie psichiatriche.
9. Neurologia: caratterizzazione delle modalità di induzione delle patologie neurodegenerative umane e studio dei genotipi ad esse correlati.
10. Endocrinologia: valutazione dell'effetto di agenti esterni sulla funzione endocrina mediante: sviluppo di modelli sperimentali, individuazione di danni genetici, identificazione di marcatori genetici che predispongono al danno, studio epidemiologico delle popolazioni potenzialmente esposte agli agenti indicati.

•   Studio dell'assorbimento e della tossicità dello iodio nelle piante  e nuove tecnologie per aumentare il contenuto di iodio nella piante.

Lo iodio è un elemento raro, fondamentale nella nutrizione umana, e scarsamente rappresentato nel suolo di vaste aree della superficie terrestre. La carenza di iodio nella alimentazione può essere causa di gozzo, gravi disturbi dell'accrescimento e dello sviluppo cerebrale, fino al cretinismo. L'arricchimento in iodio attraverso tecniche di genomica nutrizionale delle piante commestibili potrebbe fornire un metodo alternativo per correggere gli stati di carenza iodica alimentare. A tal scopo sono state prodotte piante transgeniche capaci  di captare lo iodio.

• Costruzione, messa a punto, e caratterizzazione della apparecchiatura PET/SPECT per piccoli animali (YAP-(S)PET).

La costituzione di un tomografo per lo studio dei piccoli animali è una strumentazione di prima scelta per eseguire autoradiografie in vivo sia in modalità PET che SPECT. Questa apparecchiatura permette di avere dati funzionali su molti organi come il sistema nervoso, il cuore, le ghiandole endocrine, l'osso.

• Identificazione di marcatori biochimici di esposizione a sostanze chimiche in animali.

Gli organi associati al sistema riproduttivo sono considerati tra i più sensibili agli effetti di inquinanti ambientali. Alterazioni della fertilità in animali esposti ad inquinanti sono stati attribuiti ad una attività estrogenizzante. Il rilievo di una esposizione a sostanze chimiche può essere effettuato mediante l'uso di marcatori biochimici. E' stato messo a punto un metodo che consente di rilevare la presenza di sostanze chimiche ad azione ormono- mimetica quali gli estrogeni.

• Espressione genica in animali trattati con sostanze chimiche.
• Uso della Spettrometria di Massa per la determinazione analitica di sostanze chimiche (tossine, contaminanti ambientali, metaboliti).

La Spettrometria di Massa insieme alle tecniche di separazione cromatografica permette la determinazione di tossine e dei loro metaboliti, in matrici complesse e fluidi organici con alto grado di sensibilità e precisione.

In questo studio sono stati presi in considerazione: Psicofarmaci e loro metabolici, Farmaci steroidei  e loro metabolici, contaminanti ambientali

• Effetto di sostanze tossiche ambientali nel Parkinsonismo.

La malattia di Parkinson è un disordine motorio dovuta alla degenerazione di un fascio neuronale dopaminergico che va dalla Substantia Nigra al Corpus Striatum. Questa degenerazione neuronale può avvenire o per cause genetiche, o soprattutto per cause tossiche.

• Effetti tossici di farmaci psichiatrici e sostanze chimiche sul sistema nervoso.
• Studio dell'effetto di contaminanti ambientali sulla funzione tiroidea e gonadica.
• Lo Xenopus come modello di sviluppo embriologico ed influenza di contaminanti ambientali.
• Monitoraggio clinico ed epidemiologico dell'effetto di farmaci nella malattia di Alzheimer, malattia di Parkinson ed encefalopatia mitocondriale.

Farmaci e sostanza tossiche presenti nell'ambiente possono produrre un danno cellulare per azione sulle membrane cellulari, proteine, o sul DNA. E' stato studiato il ruolo di sostanze chimiche (farmaci e inquinanti) in pazienti affetti da malattia di Alzheimer e Parkinson e malattie mitocondriali.

• Studio sulla potenziale genotossicità dello iodato ed altri alogenuri.

La carenza di iodio nella alimentazione può essere causa di gozzo, gravi disturbi dell'accrescimento e dello sviluppo cerebrale, fino al cretinismo. A tal fine lo iodio viene aggiunto al sale da cucina in forma di iodato perchè lo ioduro è instabile.  Lo iodato possiede un potenziale ossido-riduttivo e per questo sono stati sollevati dubbi sulla sua capacità di poter indurre un danno genotossico.

I dati attuali indicano che lo iodato nelle dosi comunemente impiegate nella profilassi della carenza iodica non ha effetti genotossici.

• Suscettibiltà individuale all'induzione di micronuclei dopo esposizione in vitro di linfociti a microonde di 1.800  MHz.

I campi elettromagnetici sono linee di forza invisibili che circondano ogni dispositivo elettrico.  L'effetto delle radiazioni elettromagnetiche su sistemi biologici è stato oggetto di numerosi studi scientifici. Gli effetti biologici dipendono sia dalla frequenza che dalla intensità del campo elettromagnetico. Abbiamo valutato l'entità dell'esposizione e gli effetti di campi elettromagnetici sui linfociti ottenuti da soggetti donatori mediante il test dei micronuclei.

• Studio del ruolo combinato dell'amianto e dell'SV40 nella patogenesi del mesotelioma maligno.

E' noto che il mesotelioma maligno è frequente nei soggetti esposti all'amianto. La recente osservazione che sequenze di DNA del Simian virus 40 (SV40) sono state ritrovate in alcuni tumori (compresi i mesoteliomi) ha suggerito un possibile ruolo patogenetico di questo virus nella induzione di tumori.

• Studi di farmacogenetica dopo trattamento con farmaci antipsicotici.

La risposta clinica alla clozapina nei soggetti psicotici è molto variabile. Abbiamo eseguito uno studio sulla relazione fra risposta clinica alla clozapina in soggetti psicotici e polimorfismi di geni responsabili del profilo farmacocinetico e farmacodinamico della clozapina stessa.

• Effetti genotossici indotti da metalli pesanti.

Abbiamo studiato gli effetti genotossici indotti in vitro da metalli pesanti su linfociti umani, mediante il test in vitro del micronucleo.

• Stress ossidativo e malattie neurodegenerative

Lo stress ossidativo svolge un ruolo nell'induzione e nella progressione di patologie neurodegenerative come la malattia di Alzheimer (AD) e la sindrome di Down (DS). Lo stress ossidativo risulta essere un buon candidato anche per l'induzione della condizione clinica definita come decadimento cognitivo lieve (Mild Cognitive Impairment, MCI). Abbiamo condotto uno studio per l'analisi della presenza  di danno ossidativo, in soggetti AD e in soggetti MCI tramite l'utilizzo del test della cometa.

• Riarrangiamenti del gene RET (RET/PTC) nel carcinoma tiroideo spontaneo e radioindotto.

Le radiazioni ionizzanti esercitano potenti effetti mitogeni che causano danni al DNA. La tiroide è un organo molto sensibile alle radiazioni. Negli anni '50 è stata descritta una stretta relazione tra radiazioni esterne e cancro della tiroide. A seguito dell'incidente nucleare di Chernobyl è stato registrato un notevole aumento dei casi di carcinoma papillare della tiroide (PTC), specialmente in età pediatrica, confermando la relazione tra esposizione a radiazioni e sviluppo di PTC. Dai primi studi è emerso che riarrangiamenti del gene RET sono frequenti nei tumori tiroidei radioindotti. Abbiamo valutato la frequenza di riarrangiamenti RET/PTC in carcinomi papillari e in lesioni tiroidee benigne di soggetti (bambini e adulti) esposti e non esposti a radiazioni.

• Micotossine negli alimenti di origine animale: valutazione analitica dei livelli di contaminazione e stima del carry-over all'uomo.

Le micotossine sono composti chimici ad elevata tossicità prodotte da funghi filamentosi microscopici che possono causare manifestazioni di tossicità acuta o cronica sia nell'uomo che negli animali. L'impatto delle tossine sulla salute dipende dalla quantità assunta con gli alimenti, dalla tossicità del composto, dal peso corporeo dell'individuo, dalla presenza di altre micotossine che provocano effetti sinergici e da fattori dietetici. Scopo di questo progetto è la validazione di metodiche HPLC per la determinazione quantitativa di alcune micotossine (aflatossine, ocratossine, fumonisine e zearalenone) in alimenti di origine animale e in mangimi.

• Disponibilità delle seguenti linee cellulari che esprimono recettori:

1. cellule CHO-FSHr (cellule di ovaio di hamster Cinese trasfettate con il recettore dell'FSH),
2. cellule CHO-LHr,
3. cellule CHO-TSHr,
4. cellule CHO-hNIS (il NIS è una pompa sodio/iodio per il trasporto dello iodio all'interno della cellula), 

• cellule DTT1-MF2 (muscolo liscio di ratto),
• cellule PC 12 (feocromocitoma di ratto),
• cellule HG-C2 (cardiomioblasti di ratto),
• cellule CHO transfettate con i recettori umani A1, A2A e A3 dell'adenosina,
• cellule ADF (astroglioma umano),
• cellule C6 (glioma di ratto),
• cellule BAEC (cellule endoteliali di aorta bovina),
• cellule HEK transfettate con diverse subunità del recettore centrale delle benzodiazepine.

• Metodiche per la valutazione dell'interazione di molecole di nuova sintesi e di agenti tossici con i seguenti sistemi recettoriali:

1. recettori benzodiazepinici centrali e periferici,
2. recettori adenosinici,
3. recettori serotoninergici e trasportatore della serotonina,
4. recettori dopaminergici,
5. recettori adrenergici,
6. recettori per l'endoteline.

• Disponibilità di un modello tridimensionale di barriera ematoencefalica per la valutazione della permeabilità di molecole neurotossiche. Il modello utilizzato è costituito da co-culture di cellule endoteliali e astrociti che permettono l'induzione di proprietà di barriera in cellule endoteliali non cerebrali in un sistema bi-dimensionale statico, privo del flusso presente nei capillari in condizioni fisiologiche, da cui sembra dipendere la regolazione della permeabilità dei vasi. Nei laboratori del Dipartimento di Psichiatria, Neurobiologia, Farmacologia e Biotecnologie dell'Università di Pisa abbiamo allestito un modello "in vitro" tridimensionale e dinamico di BEE, costituito dalla cocultura di cellule endoteliali e gliali in un sistema di fibre cave che riproduce fedelmente le caratteristiche della barriera "in vivo".

• Studio dell'interazione ligando-recettore e proteina-proteina mediante l'apparecchio "BIACORE" a risonanza plasmoionica di superficie.

• Dosaggio dei livelli sierici di farmaci antipsicotici mediante tecniche di HPLC:

1. tecnologie post-genomiche per la tracciabilità dei prodotti alimentari di origine vegetale , 
2. laboratorio per lo studio dei disturbi del sonno,
3. laboratorio per lo studio della fatica muscolare,
4. laboratorio di diagnostica molecolare,
5. spettrometria di massa,
6. piante transgeniche che esprimono il gene NIS, che permette la captazione dello iodio.

1. Spettrometro di massa a trappola ionica quadrupolare Varian mod. Saturn 2000, dotato di sorgente per ionizzazione elettronica, ionizzazione chimica tradizionale e ionizzazione chimica mediante l'uso di solventi, accoppiato con un gas-cromatografo Varian mod. 3800 dotato di autocampionatore robotizzato CTC mod. Combipal.
2. Spettrometro di massa a triplo quadrupolo Applied Biosystems Sciex mod. API 4000, dotato di sorgenti/interfacce per la ionizzazione electrospray e APCI (Ionizzazione Chimica a Pressione Atmosferica), accoppiato con un cromatografo liquido ad alta risoluzione Perkin Elmer mod. Serie 200 micro dotato di un autocampionatore mod. Serie 200.
3. Spettrometro di massa a tempo di volo (TOF) Bruker mod. Microtof, dotato di sorgenti/interfacce per la ionizzazione electrospray, APCI e APPI (Fotoionizzazione a pressione atmosferica), accoppiato con un cromatografo liquido ad alta risoluzione Agilent mod. 1100, dotato di autocampionatore e detector UV-DAD della stessa serie. Tale apparecchio è in dotazione temporanea.