Gadolinium deposition in the brain following administration of gadolinium-based contrast agents (GBCAs) has led to health concerns. We show that some clinical GBCAs form Gd3+-ferritin nanoparticles at (sub)nanomolar concentrations of Gd3+ under physiological conditions. We describe their structure at atomic resolution and discuss potential relevance for clinical MRI.

Department of Condensed Matter Physics Faculty of Mathematics and Physics Charles University Ke Karlovu 5 121 16 Prague 2 Czechia

Department of Inorganic Chemistry Faculty of Science Charles University Hlavova 8 128 43 Prague 2 Czechia

Department of Radiology Na Homolce Hospital Roentgenova 2 150 30 Prague Czechia

Electron Microscopy Unit Mark Wainwright Analytical Centre and School of Materials Science and Engineering University of New South Wales Sydney NSW 2052 Australia

Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS Flemingovo nam 2 166 10 Prague Czechia

See more in PubMed

Lohrke J. Frenzel T. Endrikat J. Alves F. C. Grist T. M. Law M. Lee J. M. Leiner T. Li K.-C. Nikolaou K. Prince M. R. Schild H. H. Weinreb J. C. Yoshikawa K. Pietsch H. Adv. Ther. 2016;33:1–28. PubMed PMC

Idée J.-M. Fretellier N. Robic C. Corot C. Crit. Rev. Toxicol. 2014;44:895–913. PubMed

Kanda T. Fukusato T. Matsuda M. Toyoda K. Oba H. Kotoku J. Haruyama T. Kitajima K. Furui S. Radiology. 2015;276:228–232. PubMed

Kanda T. Ishii K. Kawaguchi H. Kitajima K. Takenaka D. Radiology. 2013;270:834–841. PubMed

Renz D. M. Kümpel S. Böttcher J. Pfeil A. Streitparth F. Waginger M. Reichenbach J. R. Teichgräber U. K. Mentzel H.-J. Invest. Radiol. 2018;53:119–127. PubMed

Kanda T. Nakai Y. Hagiwara A. Oba H. Toyoda K. Furui S. Br. J. Radiol. 2017;90:20170115. PubMed PMC

Radbruch A. Weberling L. D. Kieslich P. J. Eidel O. Burth S. Kickingereder P. Heiland S. Wick W. Schlemmer H.-P. Bendszus M. Radiology. 2015;275:783–791. PubMed

McDonald R. J. McDonald J. S. Kallmes D. F. Jentoft M. E. Murray D. L. Thielen K. R. Williamson E. E. Eckel L. J. Radiology. 2015;275:772–782. PubMed

Quattrocchi C. C. van der Molen A. J. Radiology. 2016;282:12–16. PubMed

Radbruch A. Roberts D. R. Clement O. Rovira A. Quattrocchi C. C. Lancet Neurol. 2017;16:955. PubMed

Runge V. Invest. Radiol. 2017;52:317–323. PubMed

Gulani V. Calamante F. Shellock F. G. Kanal E. Reeder S. B. Lancet Neurol. 2017;16:564–570. PubMed

Terashima K. H. Reich D. S. Lancet Neurol. 2017;16:495–497. PubMed

Radbruch A. Radiology. 2018;288:434–435. PubMed

Tedeschi E. Caranci F. Giordano F. Angelini V. Cocozza S. Brunetti A. Radiol. Med. 2017;122:589–600. PubMed

McDonald R. J. Levine D. Weinreb J. Kanal E. Davenport M. S. Ellis J. H. Jacobs P. M. Lenkinski R. E. Maravilla K. R. Prince M. R. Rowley H. A. Tweedle M. F. Kressel H. Y. Radiology. 2018;289:517–534. PubMed PMC

Olchowy C. Cebulski K. Łasecki M. Chaber R. Olchowy A. Kałwak K. Zaleska-Dorobisz U. PLoS One. 2017;12:e0171704. PubMed PMC

Gianolio E. Gregorio E. D. Aime S. Eur. J. Inorg. Chem. 2019:137–151.

Le Fur M. Caravan P. Metallomics. 2019;11:240–254. PubMed PMC

Garcia J. Liu S. Z. Louie A. Y. Philos. Trans. R. Soc., A. 2017;375:20170180. PubMed

Frenzel T. Apte C. Jost G. Schöckel L. Lohrke J. Pietsch H. Invest. Radiol. 2017;52:396–404. PubMed PMC

Hallgren B. Sourander P. J. Neurochem. 1958;3:41–51. PubMed

Morris C. M. Candy J. M. Oakley A. E. Bloxham C. A. Edwardson J. A. Cells Tissues Organs. 1992;144:235–257. PubMed

Carmona F. Palacios Ò. Gálvez N. Cuesta R. Atrian S. Capdevila M. Domínguez-Vera J. M. Coord. Chem. Rev. 2013;257:2752–2764.

Fleming J. Joshi J. G. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1987;84:7866–7870. PubMed PMC

Aime S. Frullano L. Geninatti Crich S. Angew. Chem., Int. Ed. 2002;41:1017–1019. PubMed

Ruggiero M. Alberti D. Bitonto V. Geninatti Crich S. Inorganics. 2019;7:33.

Pacakova B. Kubickova S. Salas G. Mantlikova A. R. Marciello M. Morales M. P. Niznansky D. Vejpravova J. Nanoscale. 2017;9:5129–5140. PubMed

Brem F. Stamm G. Hirt A. M. J. Appl. Phys. 2006;99:123906.

Jutz G. van Rijn P. Santos Miranda B. Böker A. Chem. Rev. 2015;115:1653–1701. PubMed

Pan Y.-H. Sader K. Powell J. J. Bleloch A. Gass M. Trinick J. Warley A. Li A. Brydson R. Brown A. J. Struct. Biol. 2009;166:22–31. PubMed PMC

Jian N. Dowle M. Horniblow R. D. Tselepis C. Palmer R. E. Nanotechnology. 2016;27:46LT02. PubMed

Drits V. A. Sakharov B. A. Salyn A. L. Manceau A. Clay Miner. 1993;28:185–207.

Sánchez P. Valero E. Gálvez N. Domínguez-Vera J. M. Marinone M. Poletti G. Corti M. Lascialfari A. Dalton Trans. 2009:800–804. PubMed

Cutrin J. C. Crich S. G. Burghelea D. Dastrù W. Aime S. Mol. Pharm. 2013;10:2079–2085. PubMed

Zhang L., Publicly Accessible Penn Dissertations, 321, Univ. of Pennsylvania, 2011

Kanda T. Osawa M. Oba H. Toyoda K. Kotoku J. Haruyama T. Takeshita K. Furui S. Radiology. 2015;275:803–809. PubMed

Cacheris W. P. Quay S. C. Rocklage S. M. Magn. Reson. Imaging. 1990;8:467–481. PubMed

Tweedle M. F. Hagan J. J. Kumar K. Mantha S. Chang C. A. Magn. Reson. Imaging. 1991;9:409–415. PubMed

Morcos S. K. Thomsen H. S. Nephron Clin. Pract. 2008;110:c24–c32. PubMed

Laurent S. Elst L. V. Muller R. N. Contrast Media Mol. Imaging. 2006;1:128–137. PubMed

Pálinkás Z. Baranyai Z. Brücher E. Rózsa B. Inorg. Chem. 2011;50:3471–3478. PubMed

Port M. Idée J.-M. Medina C. Robic C. Sabatou M. Corot C. BioMetals. 2008;21:469–490. PubMed

Bussi S. Coppo A. Botteron C. Fraimbault V. Fanizzi A. De Laurentiis E. Colombo Serra S. Kirchin M. A. Tedoldi F. Maisano F. J. Magn. Reson. Imag. 2018;47:746–752. PubMed PMC

McDonald R. J. McDonald J. S. Dai D. Schroeder D. Jentoft M. E. Murray D. L. Kadirvel R. Eckel L. J. Kallmes D. F. Radiology. 2017;285:536–545. PubMed

Jost G. Frenzel T. Boyken J. Lohrke J. Nischwitz V. Pietsch H. Radiology. 2019;290:340–348. PubMed

Lohrke J. Frisk A.-L. Frenzel T. Schöckel L. Rosenbruch M. Jost G. Lenhard D. C. Sieber M. A. Nischwitz V. Küppers A. Pietsch H. Invest. Radiol. 2017;52:324–333. PubMed PMC

Chasteen N. D. Harrison P. M. J. Struct. Biol. 1999;126:182–194. PubMed

Svobodova H. Kosnáč D. Tanila H. Wagner A. Trnka M. Vitovič P. Hlinkova J. Vavrinsky E. Ehrlich H. Polák Š. Kopani M. BioMetals. 2020;33:1–13. PubMed

Harrison P. M. Arosio P. Biochim. Biophys. Acta, Bioenerg. 1996;1275:161–203. PubMed

Ahmad S. Moriconi F. Naz N. Sultan S. Sheikh N. Ramadori G. Malik I. A. Int. J. Clin. Exp. Pathol. 2013;6:622–629. PubMed PMC

MRI contrast agents and retention in the brain: review of contemporary knowledge and recommendations to the future