▪ Abstract Nanostructured fibrous materials have been made more readily available in large part owing to recent advances in electrospinning and related technologies, including the use of electrostatic or gas-blowing forces as well as a combination of both forces. The nonwoven structure has unique features, including interconnected pores and a very large surface-to-volume ratio, which enable such nanofibrous scaffolds to have many biomedical and industrial applications. The chemical composition of electrospun membranes can be adjusted through the use of different polymers, polymer blends, or nanocomposites made of organic or inorganic materials. In addition to the control of material composition, the processing flexibility in maneuvering physical parameters and structures, such as fiber diameter, mesh size, porosity, texture, and pattern formation, offers the capability to design electrospun scaffolds that can meet the demands of numerous practical applications. This review provides a selective description of the fabrication of nanofibrous membranes and applications with specific examples in anti-adhesion in surgery and ultrafiltration in water treatment.

The low solubility of fullerenes in aqueous solution limits their applications in biology. By appropriate substitution, the fullerenes can be transformed into stabilized anions that are water soluble and can form large aggregated structures. A laser light scattering study of the association behavior of the potassium salt of pentaphenyl fullerene (Ph5C60K) in water revealed that the hydrocarbon anions Ph5C60- associate into bilayers, forming stable spherical vesicles with an average hydrodynamic radius and a radius of gyration of about 17 nanometers at a very low critical aggregation concentration of less than 10(-7) moles per liter. The average aggregation number of associated particles in these large spherical vesicles is about 1.2 x 10(4).

The major challenges in membrane technology for water filtration are the development of new materials (e.g. high durability, low cost and low environmental concerns) and new structures (e.g. directed water channels) that can produce high permeation flux (thus low energy input) while maintaining a high selectivity or rejection rate. This highlight discusses the utilization of ultra-fine cellulose nanofibers (UCN, diameter 5–10 nm), made by TEMPO/NaBr/NaClO oxidation of natural cellulose (e.g. wood pulp), in different nanofibrous composite formats that can meet this challenge for microfiltration (MF) and ultrafiltration (UF) applications. The unique features of ultra-fine cellulose nanofibers include small diameter, high surface-to-volume ratio, easy surface functionality, good mechanical properties and good chemical resistance. The electrospun nanofibrous scaffolds with fine pore size defined by the fiber diameter could be used to remove waterborne bacteria at two to three times higher flux when compared to that of commercial MF membranes (e.g., Millipore GS9035). When UCN were used as a functionalized adsorbent infused in the asymmetric two-layered non-woven fibrous format, the membranes exhibited a high ability to remove bacteria (by size exclusion) and viruses (by adsorption) simultaneously. When UCN were used as the barrier layer in an asymmetric three-layered non-woven fibrous format containing fibers of different diameters (from 5 nm to 20 µm), the membranes exhibited a two- to ten-fold increase in permeation flux over commercial membranes for ultrafiltration of oil and water emulsions (e.g., for purification of bilge water in ships or industrially produced water).

Importance

 Electroconvulsive therapy (ECT) is one of the most effective treatments for severe depression. However, biomarkers that accurately predict a response to ECT remain unidentified. 

Objective

 To investigate whether certain factors identified by structural magnetic resonance imaging (MRI) techniques are able to predict ECT response. 

Design, Setting, and Participants

 In this nonrandomized prospective study, gray matter structure was assessed twice at approximately 6 weeks apart using 3-T MRI and voxel-based morphometry. Patients were recruited through the inpatient service of the Department of Psychiatry, University of Muenster, from March 11, 2010, to March 27, 2015. Two patient groups with acute major depressive disorder were included. One group received an ECT series in addition to antidepressants (n = 24); a comparison sample was treated solely with antidepressants (n = 23). Both groups were compared with a sample of healthy control participants (n = 21). 

Main Outcomes and Measures

 Binary pattern classification was used to predict ECT response by structural MRI that was performed before treatment. In addition, univariate analysis was conducted to predict reduction of the Hamilton Depression Rating Scale score by pretreatment gray matter volumes and to investigate ECT-related structural changes. 

Results

 One participant in the ECT sample was excluded from the analysis, leaving 67 participants (27 men and 40 women; mean [SD] age, 43.7 [10.6] years). The binary pattern classification yielded a successful prediction of ECT response, with accuracy rates of 78.3% (18 of 23 patients in the ECT sample) and sensitivity rates of 100% (13 of 13 who responded to ECT). Furthermore, a support vector regression yielded a significant prediction of relative reduction in the Hamilton Depression Rating Scale score. The principal findings of the univariate model indicated a positive association between pretreatment subgenual cingulate volume and individual ECT response (Montreal Neurological Institute [MNI] coordinates x = 8, y = 21, z = −18;Z score, 4.00;P < .001; peak voxelr = 0.73). Furthermore, the analysis of treatment effects revealed a increase in hippocampal volume in the ECT sample (MNI coordinates x = −28, y = −9, z = −18;Zscore, 7.81;P < .001) that was missing in the medication-only sample. 

Conclusions and Relevance

 A relatively small degree of structural impairment in the subgenual cingulate cortex before therapy seems to be associated with successful treatment with ECT. In the future, neuroimaging techniques could prove to be promising tools for predicting the individual therapeutic effectiveness of ECT.

Abstract Hemispheric asymmetry is a cardinal feature of human brain organization. Altered brain asymmetry has also been linked to some cognitive and neuropsychiatric disorders. Here the ENIGMA consortium presents the largest ever analysis of cerebral cortical asymmetry and its variability across individuals. Cortical thickness and surface area were assessed in MRI scans of 17,141 healthy individuals from 99 datasets worldwide. Results revealed widespread asymmetries at both hemispheric and regional levels, with a generally thicker cortex but smaller surface area in the left hemisphere relative to the right. Regionally, asymmetries of cortical thickness and/or surface area were found in the inferior frontal gyrus, transverse temporal gyrus, parahippocampal gyrus, and entorhinal cortex. These regions are involved in lateralized functions, including language and visuospatial processing. In addition to population-level asymmetries, variability in brain asymmetry was related to sex, age, and brain size (indexed by intracranial volume). Interestingly, we did not find significant associations between asymmetries and handedness. Finally, with two independent pedigree datasets ( N = 1,443 and 1,113, respectively), we found several asymmetries showing modest but highly reliable heritability. The structural asymmetries identified, and their variabilities and heritability provide a reference resource for future studies on the genetic basis of brain asymmetry and altered laterality in cognitive, neurological, and psychiatric disorders. Significance Statement Left-right asymmetry is a key feature of the human brain's structure and function. It remains unclear which cortical regions are asymmetrical on average in the population, and how biological factors such as age, sex and genetic variation affect these asymmetries. Here we describe by far the largest ever study of cerebral cortical brain asymmetry, based on data from 17,141 participants. We found a global anterior-posterior 'torque' pattern in cortical thickness, together with various regional asymmetries at the population level, which have not been previously described, as well as effects of age, sex, and heritability estimates. From these data, we have created an on-line resource that will serve future studies of human brain anatomy in health and disease.

The radial unit hypothesis provides a framework for global (proliferation) and regional (distribution) expansion of the primate cerebral cortex. Using principal component analysis (PCA), we have identified cortical regions with shared variance in their surface area and cortical thickness, respectively, segmented from magnetic resonance images obtained in 23,800 participants. We then carried out meta-analyses of genome-wide association studies of the first two principal components for each phenotype. For surface area (but not cortical thickness), we have detected strong associations between each of the components and single nucleotide polymorphisms in a number of gene loci. The first (global) component was associated mainly with loci on chromosome 17 (9.5e-32 ≤ p ≤ 2.8e-10), including those detected previously as linked with intracranial volume and/or general cognitive function. The second (regional) component captured shared variation in the surface area of the primary and adjacent secondary visual cortices and showed a robust association with polymorphisms in a locus on chromosome 14 containing Disheveled Associated Activator of Morphogenesis 1 ( DAAM1 ; p =2.4e-34). DAAM1 is a key component in the planar-cell-polarity signaling pathway. In follow-up studies, we have focused on the latter finding and established that: (1) DAAM1 is highly expressed between 12th and 22nd post-conception weeks in the human cerebral cortex; (2) genes co-expressed with DAAM1 in the primary visual cortex are enriched in mitochondria-related pathways; and (3) volume of the lateral geniculate nucleus, which projects to regions of the visual cortex staining for cytochrome oxidase (a mitochondrial enzyme), correlates with the surface area of the visual cortex in major-allele homozygotes but not in carriers of the minor allele. Altogether, we speculate that, in concert with thalamocortical input to cortical subplate, DAAM1 enables migration of neurons to cytochrome-oxidase rich regions of the visual cortex, and, in turn, facilitates regional expansion of this set of cortical regions during development.

The cerebral cortex underlies our complex cognitive capabilities, yet we know little about the specific genetic loci influencing human cortical structure. To identify genetic variants, including structural variants, impacting cortical structure, we conducted a genome-wide association meta-analysis of brain MRI data from 51,662 individuals. We analysed the surface area and average thickness of the whole cortex and 34 regions with known functional specialisations. We identified 255 nominally significant loci ( P ≤ 5 × 10−8); 199 survived multiple testing correction ( P ≤ 8.3 × 10−10; 187 surface area; 12 thickness). We found significant enrichment for loci influencing total surface area within regulatory elements active during prenatal cortical development, supporting the radial unit hypothesis. Loci impacting regional surface area cluster near genes in Wnt signalling pathways, known to influence progenitor expansion and areal identity. Variation in cortical structure is genetically correlated with cognitive function, Parkinson’s disease, insomnia, depression and ADHD.One Sentence Summary Common genetic variation is associated with inter-individual variation in the structure of the human cortex, both globally and within specific regions, and is shared with genetic risk factors for some neuropsychiatric disorders.