CN102863557A - 乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物、制备方法及应用,是一种主动靶向的纳米胶束载体材料,本发明采用水溶性良好的三甲基壳聚糖为载体材料,用脂肪酸进行疏水性改造,然后用乳糖酸表面修饰,制成乳糖酸介导肿瘤组织靶向的聚合物胶束。以去氢骆驼蓬碱为模型药物擦偶自组装制备载药纳米胶束,经试验证实,该载药纳米胶束载药量和包封率高,具有缓释性,通过乳糖酸受体途径有效摄入细胞,增加药物在肿瘤组织的分布,从而提供疗效,降低毒副作用,达到靶向治疗的目的。该发明为难溶性抗肿瘤药物提供了一种理想的新型药物载体和制剂形式。
Description
技术领域
本发明涉及一种乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物、制备方法,及作为载体在制备抗肿瘤药物受体靶向纳米胶束制剂中的应用,属于药物制剂领域。
背景技术
目前,临床上对于肝癌的治疗缺乏特异性,疗效不理想。超过90%的药物都被机体正常组织摄取,仅有2%~5%的药物到达肿瘤包部分。而且实际上临床使用的抗肿瘤化疗药物均有一定程度的毒副作用,有些严重的毒副反应是限制药物用药剂量和使用的直接原因。发生这些毒副反应的主要原因在于化疗药物缺乏对肿瘤部位的特异性,大剂量给药时产生非特异性毒性,甚至对正常组织造成严重的损伤。所以,人们希望寻找出可以增加难溶性抗肿瘤药物的溶解度,并能提高肿瘤组织内药物浓度而正常组织中药物浓度较低的一种制剂形式,从而提高疗效,降低药物带来的毒副反应。药物靶向技术就是为了解决这些问题而提出,并已成为整个药学研究领域的热点之一。纳米给药系统是近年来抗肿瘤药物载体研究中的热点。它具有改善药物的溶解性,延长药物在肿瘤部位的滞留时间,提高生物利用度和具有一定靶向性等优点,因此可提高抗肿瘤药物的疗效和减少化疗中的非特异性不良反应,尤其适用于肿瘤治疗。近年来,由亲水基和疏水基团组成的两亲性胶束在生物工程和药物制剂领域得到了广泛的应用。在水溶液中,各种两亲性聚合物为了减小表面自由能,通过疏水基团的分子内或分子间的促进作用自发的形成胶束或自聚物。这些聚合物的胶束或自聚物由疏水性的内核和亲水性的外壳组成,由于疏水性的内核能够作为许多水溶性差药物的储库,这种核壳结构被认为是一种有前途的药物传输载体。再者,这些聚合物胶束显示了特殊性质,诸如不同的流变学特征、小的流体半径和热力学稳定性。因此,在过去的十年里,研究者在开发新型的两亲聚合物诸如两亲性嵌段共聚物和疏水修饰的聚合物方面做了很大的努力。近年,诸如壳聚糖、葡萄糖和普鲁兰糖等天然多糖受到了广泛的关注,它们能够被烷基链和胆汁酸疏水性修饰,形成纳米大小的胶束作为药物传输系统。
近年来,由于壳聚糖良好的生物相容性、生物课降解性和低毒,壳聚糖作为药物或基因的载体得到了科研人员的关注。然而,壳聚糖在生理溶液中水溶性差是其在药物传输中广泛应用的主要缺陷。据报道,壳聚糖的水溶性可通过许多途径得以提高,如现有技术中的氨基的磺基化(参见中国发明专利CN1439655)和羟乙基化(参见文献Uchenbu,I.F.Sadiq,L.Arastoo,M.,Int J Pharm,2001,224(1-2),185-99),上述的磺基化反应中,需将N-长链烷基壳聚糖加入氯磺酸的DMF溶液中,在N2保护的条件下反应18~24h,条件苛刻且所用氯磺酸是个极其活泼的酸,遇水会爆炸,生产上不安全。有些高分子共聚物对疏水性药物的增溶还不是十分理性,例如,有文献(Zhang Z.,Feng.S.S,Bioma terials,2006,27(2),262-270)报道合成的Poly(latide)/Vi tamin E TPGScopolymer,其紫杉醇最高载药量仅为5%(w/w)。中国发明专利CN1760213A公开了一种季铵化壳聚糖衍生物,只是其聚合物中的脂肪酸链的长度(6~11)较短,且缺乏主动靶向肿瘤的靶头。
一般聚合物胶束不能从网状内皮系统逃逸,可被单核巨噬细胞系统清除。且自聚物在肿瘤部位的不充分摄取降低了给药剂量的药物疗效,非特异性的相关正常组织毒副作用限制了最大给药剂量的安全使用。为了完成肿瘤靶向给药,可以利用在肿瘤组织特定过度表达的独特的分子标记物。众所周知,去唾液酸糖蛋白是在肝脏肿瘤中过度表达,乳糖酸作为配体作用于细胞膜并通过去唾液酸糖蛋白受体促进纳米粒的内吞作用。
乳糖酸类化合物作为肝脏肿瘤靶向的生理性配体,与肿瘤特异性单克隆抗体相比,具有费用低,高度的化学和生物稳定性、无免疫原型、与受体的高度亲和性,较快的肿瘤摄取等特点。
综上所述,研制一种可逃避巨噬细胞吞噬的主动靶向纳米胶束作为难溶性抗肿瘤药物的载体有重要意义。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种乳糖酸修饰的复合物,作为介导靶向聚合物纳米胶束,用于包载难溶性抗肿瘤药,制得的载药聚合物胶束能有效逃避巨噬细胞的吞噬,延长药物在体内的滞留时间,并可通过受体途径有效摄入肿瘤细胞,增加药物在肿瘤组织的分布,提高疗效,降低毒副作用,达到靶向治疗的效果。
本发明是通过以下技术方案实现的:提供一种乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物,它的结构式为:
其中,m为12~16;x,y,z分别为取代度,x为10~50%,y为5~20%,z为5~10%;所述聚合物的粘均分子量为6~12万,脱乙酰度为80~100%。
本发明提供的优化方案为:取代度x为20~40%;取代度y为10~20%;取代度z为5~10%;脱乙酰度为90~95%。
一种如上所述的乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物的制备方法,包括如下步骤:
1、取壳聚糖加入N-甲基吡咯烷酮、NaI、NaOH水溶液和碘甲烷,壳聚糖的质量浓度为8~20%,充分搅拌下升温至40~100℃反应1~2.5h,冷却,离心,收集下层固体溶于NaCl溶液中,搅拌置换碘离子,经截留分子量为7000~12000的透析袋透析36~96h,干燥得到三甲基壳聚糖;
2、按浓度2~4g/L将长链脂肪酸溶于有机溶剂A中,用1~2倍摩尔量的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺活化后挥干有机溶剂A,按浓度3~7g/L将得到的反应物溶于有机溶剂B中,再加入同等体积的三甲基壳聚糖水溶液反应,冷却离心,上层液体经截留分子量为7000~12000的透析袋透析36~96h,干燥后得到脂肪酸-三甲基壳聚糖;所述的有机溶剂A包括二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇或乙醇中的一种或几种;所述的有机溶剂B包括甲醇、乙醇或它们的混合液;
3、以2~10g/L脂肪酸-三甲基壳聚糖为基准,称取1~1.5倍摩尔量的乳糖酸、0.8~1.5倍摩尔量的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.8~1.5倍摩尔量的N-羟基丁二酰亚胺,混合后溶于蒸馏水中反应,冷却离心,上层液体经截留分子量为7000~12000的透析袋透析36~96h,干燥得到乳糖化修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物。
一种如上所述的乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物的应用,将其作为主动靶向的载体材料,应用于制备抗肿瘤药物受体靶向纳米胶束制剂,制备步骤如下:将抗肿瘤药物按浓度0.1~0.4g/L、乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物按浓度0.5~1g/L溶于甲醇溶剂中,在温度为60~100℃的条件下旋转蒸发挥去有机溶剂后成膜;用纯水复溶后再用0.45μm~0.8μm的微孔滤膜过滤,得到一种抗肿瘤药物受体靶向纳米胶束制剂。
所述的抗肿瘤药物为去氢骆驼蓬碱、紫杉醇、阿霉素或喜树碱。
本发明的机理是:先将壳聚糖用CH3I改性成为三甲基壳聚糖,再用长链脂肪酸疏水修饰,最后接枝靶向基团乳糖酸,其反应路线如下:
与现有技术相比,本发明采用水溶性的三甲基壳聚糖为原料,以化学修饰的方法对其进行疏水改性,得到两亲性的聚合物,能在水性介质中自聚集成纳米胶束,具有以下特点:
1、本发明制备的载体材料具有良好的生物相容性、可降解性和无免疫原性,而且各种原料廉价易得,制备工艺简单方便,条件温和,是一种优良的肿瘤靶向的载体材料。
2、本发明制备的载药纳米胶束形态呈球星,粒径较小,分布均匀,具有较高的载药量和包封率,具有稳定性好,缓释性好等优点。
3、该载药纳米胶束通过乳糖酸-去唾液酸糖蛋白受体靶向进入肿瘤细胞,从而增加了药物在肿瘤组织的分布,提高了疗效,降低了毒副作用,达到了靶向治疗肿瘤的目的。
附图说明
图1是本发明实施例提供的载体材料的红外光谱图;
图2是本发明实施例提供的载体材料的核磁图谱;
图3是本发明实施例提供的乳糖酸修饰的软脂酸高取代的三甲基壳聚糖包载去氢骆驼蓬碱(Harming,HM)纳米胶束(Lac-TPCS2/HM)的透射电镜图;
图4是本发明实施例提供的三种载药胶束(TPCS1/HM,TPCS2/HM,Lac-TPCS2/HM)的体外释放百分率-时间曲线对比图;
图5是本发明实施例提供的四种空白载体(TMC,TPCS1,TPCS2,Lac-TPCS2)对细胞的毒性结果对比图;
图6是细胞对药物(HM)以及本发明实施例提供的载药胶束(Lac-TPCS2/HM)与对比例(TPCS1/HM,TPCS2/HM,的摄取结果对比图。
具体实施方式
下面通过实施例和附图对本发明技术方案作进一步的说明。
实施例1:
(1)将2.0g脱乙酰壳聚糖、4.8gNaI、11.5mlCH3I、11ml15%NaOH和80ml NMP加入到圆底烧瓶中,混合均匀;经混合物置于60℃磁力搅拌器中水浴加热搅拌45min;取出混合物,向其中加入过量的乙醇,充分沉淀后离心,弃去上清液;将沉淀用乙醇和乙醚洗涤2-3次,洗涤后弃去上清液,向沉淀物加入40ml0.16mol/L NaCl溶液,使之溶解;溶解后加入乙醇,将其沉淀,离心后弃去上清液;用过量乙醇洗涤沉淀,抽滤,将所得固体置于40℃真空干燥箱中烘12h得到的固体进行红外和核磁表征,图谱分别见图1和图2的b。
(2)在100mL的圆底烧瓶中,加入软脂酸(Palmitic acid,PA)0.128g(也可用硬脂酸),干燥的二氯甲烷50ml,磁力搅拌,待溶解后,缓慢加入0.384g的1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺(EDC),和0.230g的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)。加完后,40℃继续反应2h。旋转蒸发除去溶剂,得到白色粉末状固体即为PANHS。在250mL的圆底烧瓶中,活化的脂肪酸0.175g加50ml的甲醇溶解后,搅拌至其溶解,三甲基壳聚糖1g,加50ml蒸馏水溶解后,缓慢将其滴加入烧瓶中,50℃下反应24h,反应结束后将烧瓶内的液体加入到透析袋中(MW=7000~12000),透析3d后,将透析液3000rpm离心10min,取上清液冷冻干燥后得到白色固体为软脂酸-三甲基壳聚糖(Palmitoyl-trimethyl-chitosan,TPCS)为TPCS1,红外表征图谱见图1的b。将软脂酸与三甲基壳聚糖中氨基葡萄糖残基的摩尔比为1:1.6外,其他条件同上,得到软脂酸高取代的TPCS2。对载体进行红外及核磁图谱,分别见图1和图2中的c和d图。
(3)三甲基软脂酰基壳聚糖1g溶解于100mL H2O中,搅拌形成溶液。将0.414g乳糖酸、0.332g EDC·HCl和0.199g NHS投入上述反应液中,反应液磁力搅拌,室温反应72h后,置透析袋(MW=7000~12000)中,用蒸馏水透析3d,过滤后冷冻干燥,得白色粉末为乳糖酸修饰的软脂酸壳聚糖(Lactobonic acidmodified palmitoyl-trimethyl-chitosan,Lac-TPCS2),红外和核磁表征图谱分别见图1和图2的e。
图1为载体材料的的红外图谱,图中,曲线a为壳聚糖(Chitosan,CS),曲线b为三甲基壳聚糖(Trimethyl-chitosan,TMC),曲线c为软脂酸低取代的三甲基壳聚糖(记着TPCS1),曲线d为软脂酸高取代的三甲基壳聚糖(记着TPCS2),曲线e为本实施例提供的乳糖酸修饰的软脂酸高取代的三甲基壳聚糖(记着Lac-TPCS2)。与壳聚糖的红外图谱a相比较,三甲基壳聚糖图谱b中,2934cm-1处表征CH3伸缩振动峰强度变强,1478cm-1处出现了新的特征峰表征C-H伸缩振动峰,1592cm-1处表征NH2的N-H变形振动特征峰相对强度明显减弱,说明壳聚糖被三甲基化改性了。由三甲基软脂酰基壳聚糖的红外图谱c,对比三甲基壳聚糖的红外谱图b,可以看出,该图谱中既保留了三甲基壳聚糖的特征吸收峰,在2921cm-1和2850cm-1处表征了饱和CH3和CH2伸缩振动峰强度变强,630cm-1处为长链亚甲基的相关吸收峰,尾端吸收基本与软脂酸相一致,同时1650cm-1出现了非常明显的酰胺基特征吸收峰信号,在1742cm-1处出现了一个极小的酯羰基特征吸收峰,证明确判断酰基的引入选择性较高,壳聚糖的羟基只有一小部分被酯化,反应的位点大部分集中于NH2位点上,证明软脂酰基成功接枝至三甲基壳聚糖分子中。而在乳糖化修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖图谱e中,可以看到,1650cm-1处的酰胺峰红移至1700cm-1处,且2921cm-1和2850cm-1处的吸收峰进一步增强,这是由于乳糖酸的引入使得碳链增长所致。
图2为载体材料的核磁图谱。a为壳聚糖CS,b为TMC,c为软脂酸,d为TPCS2,e为Lac-TPCS2。与壳聚糖图谱a相比,在三甲基壳聚糖的核磁图谱b中,δ=3.1-3.3ppm附近出现的峰为CH3的峰,δ=3.1ppm出现的峰为N(CH3)3对应的质子峰,δ=2.4ppm出现的峰为N(CH3)2对应的侄子峰,从核磁图谱可以确定,在壳聚糖上发生了叔胺化和季铵化反应。而在脂肪酸-三甲基壳聚糖的图谱中,δ=1.2ppm附近出现的峰为CH2对应的质子峰,δ=1.0ppm附近出现的峰出现的峰为脂肪酸链端CH3对应的质子峰。在乳糖酸修饰的聚合物图谱e中,可以看到约在2.37ppm显示了新的峰,可以归属到乳糖酸与壳聚糖相连的质子信号,在4.79ppm附近也出现了一个非常明显的质子峰,与乳糖酸中出现的质子信号相一致,这说明乳糖酸已经成功的接枝到聚合物分子上。比较d、e和软脂酸图谱c,可以发现,两种聚合物在D2O溶剂中,软脂酰基的甲基氧信号前软脂酰基的亚甲基氢信号均很弱,产生这种现象的原因是在重水溶剂中,软脂酰基壳聚糖因自聚集使得疏水酰基聚集在胶束粒子的内部,从而核磁共振信号减弱,该现象也显示了聚合物在D2O溶刑中有很强的胶束行为。
称取2mg去氢骆驼蓬碱和10mg的TPCS1,TPCS2和Lac-TPCS2三种聚合物,分散于10mL的甲醇溶液,将它们分别置于梨形瓶中65℃,300rpm下旋转蒸发挥去有机溶剂成膜。用纯水复溶整个体系并用0.45μm微孔滤膜过滤除去游离药物及聚合物聚集体,得到载药胶束。用高效液相法测量包封率与载药量。对载药胶束的性质考察结果见表1。
表1.载药胶束的性质考察
取制备的乳糖化修饰的软脂酸-三甲基壳聚糖载药胶束(Lac-TPCS2/HM)溶液,干燥后用透射电镜观察其形态。透射电镜照片参见附图3,如图3所示,胶束呈圆球状,大小比较均匀,边缘光滑,无药物结晶析出。
精密吸取载药胶束5mL,加到预处理过的透析袋中,将袋口扎紧置于装有50mL介质的烧杯中,37±1℃恒温水浴振荡,定时吸取1mL透析液,并补充等量恒温的介质。另精密吸取5mL载药胶束于50mL容量瓶中,用介质定容至刻度,3000rpm离心10min,取上液20μL进液相分析药物总量。
分别考察三种载药胶束在PBS(pH=7.4)中的释放情况,结果参见附图4,由图4可见,随着疏水烷基链取代度的增加,药物释放速度降低,TPCS1/HM在PBS(pH=7.4)72h内释放量为72%,显著低于在同样条件下TPCS2/HM的释放量(81%,P<0.05),这是由于较高的疏水烷基链取代度,有利于疏水相互作用,从而促使自组装结构更为紧密,不利于水分子的渗入和药物的向外扩散所致。因此,可通过疏水烷基取代度控制药物的释放速率。经乳糖化修饰后的载药胶束Lac-TPCS2/HM,释放要稍快于未修饰的,原因是乳糖酸良好的亲性使得药物更容易从胶束核壳结构中释放出来。
细胞毒性测定采用噻唑蓝MTT比色法(MTT Assay)。收集对数生长期HepG2细胞,调整细胞悬液浓度,铺板,使细胞密度至1000~10000/孔,边缘孔用PBS填充。孵育4~6h,至细胞单层铺满孔底。96孔板分3组,每组4孔。首先对各空白载体的毒性进行考察,分别加入处方浓度的TMC,TPCS1,TPCS2,Lac-TPCS2各100μL,不含试药孔作阴性对照,培养液作调零孔。培养24h后,每孔加入5mg·mL-1MTT溶液20μL,继续孵育4~6h。终止培养,小心吸去上层液体,PBS溶液冲洗3次。每孔加入DMSO100μL,置摇床低速振荡15min,在酶联免疫检测仪570nm波长处测各孔的吸光值。计算载药胶束对肿瘤细胞生长活力的影响(Cell Viability)。结果见图5:几种空白载体中,未经任何修饰的TMC在高浓度时,细胞的存活率低于80%,对HepG2细胞也有一定程度的抑制作用,并有浓度依赖效应,而其他三种载体,细胞毒性不明显,且无浓度依赖现象,说明通过软脂酸,乳糖酸对三甲基壳聚糖进一步修饰后,可以明显降低载体的细胞毒性。
将HepG2细胞培养于六孔板中,每孔106个细胞,于37℃,5%CO2培养箱中培养24h。加入HM及两种胶束溶液,使其终浓度为30μg·mL-1,继续于培养箱中培养,分别于0,5,15,30,60,120,240,360min,移去培养基,适量PBS溶液冲洗两次,刮取细胞并使分散于适量PBS溶液中。按上述方法处理细胞液,进样,得细胞摄取药物浓。细胞中蛋白含量通过考马斯亮蓝法测定。结果参见附图6:HepG2细胞摄取游离HM,三种载药胶束后,细胞中的药量与时间曲线见图。在实验时间内,随着细胞与药物孵育时间的延长,细胞中含药量逐渐增加,4h后趋于稳态。而胶束在相同时间内进入细胞的量要明显高于游离的,且经乳糖化修饰的促进作用强于未修饰的,高取代的也要高于低取代的。分析原因在于胶束由于其表面积大,与细胞亲和力大及适当的粒径大小(约为200nm),更易透过细胞膜,或通过细胞内吞作用、细胞裂隙进入细胞。同时,由于软脂酸取代度较高,与细胞能更好的发生融合,经乳糖化修饰后的载体通过与受配体原理促进内吞作用,因此更多的HM可以被细胞摄取。
Claims (8)
2.根据权利要求1所述的乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物,其特征在于:取代度x为20~40%。
3.根据权利要求1所述的乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物,其特征在于:取代度y为10~20%。
4.根据权利要求1所述的乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物,其特征在于:取代度z为5~10%。
5.根据权利要求1所述的乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物,其特征在于:脱乙酰度为90~95%。
6.一种如权利要求1所述的乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)取壳聚糖加入N-甲基吡咯烷酮、NaI、NaOH水溶液和碘甲烷,壳聚糖的质量浓度为8~20%,充分搅拌下升温至40~100℃反应1~2.5h,冷却,离心,收集下层固体溶于NaCl溶液中,搅拌置换碘离子,经截留分子量为7000~12000的透析袋透析36~96h,干燥得到三甲基壳聚糖;
(2)按浓度2~4g/L将长链脂肪酸溶于有机溶剂A中,用1~2倍摩尔量的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺活化后挥干有机溶剂A,按浓度3~7g/L将得到的反应物溶于有机溶剂B中,再加入同等体积的三甲基壳聚糖水溶液反应,冷却离心,上层液体经截留分子量为7000~12000的透析袋透析36~96h,干燥后得到脂肪酸-三甲基壳聚糖;所述的有机溶剂A包括二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇或乙醇中的一种或几种;所述的有机溶剂B包括甲醇、乙醇或它们的混合液;
(3)以2~10g/L脂肪酸-三甲基壳聚糖为基准,称取1~1.5倍摩尔量的乳糖酸、0.8~1.5倍摩尔量的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.8~1.5倍摩尔量的N-羟基丁二酰亚胺,混合后溶于蒸馏水中反应,冷却离心,上层液体经截留分子量为7000~12000的透析袋透析36~96h,干燥得到乳糖化修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物。
7.一种如权利要求1所述的乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物的应用,其特征在于:将其作为主动靶向的载体材料,应用于制备抗肿瘤药物受体靶向纳米胶束制剂,制备步骤如下:将抗肿瘤药物按浓度0.1~0.4g/L、乳糖酸修饰的脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物按浓度0.5~1g/L溶于甲醇溶剂中,在温度为60~100℃的条件下旋转蒸发挥去有机溶剂后成膜;用纯水复溶后再用0.45μm~0.8μm的微孔滤膜过滤,得到一种抗肿瘤药物受体靶向纳米胶束制剂。
8.根据权利要求7所述的一种乳糖酸、脂肪酸-三甲基壳聚糖聚合物的应用,其特征在于:所述的抗肿瘤药物为去氢骆驼蓬碱、紫杉醇、阿霉素或喜树碱。
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