An electric-field-responsive paramagnetic contrast agent enhances the visualization of epileptic foci in mouse models of drug-resistant epilepsy

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作者
Cong Wang,Wanbing Sun,Jun Zhang,Jianping Zhang,Qinghua Guo,Xingyu Zhou,Dandan Fan,Haoran Liu,Ming Qi,Xihui Gao,Haiyan Xu,Zhaobing Gao,Mei Tian,Hong Zhang,Jianhong Wang,Zixuan Wei,Nicholas J. Long,Ying Mao,Cong Li
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
卷期号:5 (3): 278-289 被引量:60
标识
DOI:10.1038/s41551-020-00618-4
摘要

For patients with drug-resistant focal epilepsy, excision of the epileptogenic zone is the most effective treatment approach. However, the surgery is less effective in the 15-30% of patients whose lesions are not distinct when visualized by magnetic resonance imaging (MRI). Here, we show that an intravenously administered MRI contrast agent consisting of a paramagnetic polymer coating encapsulating a superparamagnetic cluster of ultrasmall superparamagnetic iron oxide crosses the blood-brain barrier and improves lesion visualization with high sensitivity and target-to-background ratio. In kainic-acid-induced mouse models of drug-resistant focal epilepsy, electric-field changes in the brain associated with seizures trigger breakdown of the contrast agent, restoring the T1-weighted magnetic resonance signal, which otherwise remains quenched due to the distance-dependent magnetic resonance tuning effect between the cluster and the coating. The electric-field-responsive contrast agent may increase the probability of detecting seizure foci in patients and facilitate the study of brain diseases associated with epilepsy.
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