CN115137823B - 一种具有模态转换的八面体四氧化三锰、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米药物制备技术领域,公开了一种具有模态转换的八面体四氧化三锰、制备方法及应用,将含有锰的油酸物加入1‑十八烯中溶解后加入油酸进行回流反应,将沉淀加入1‑十八烯溶解后加入油胺进行反应,得到八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒;将八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒溶解后,加入二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺‑聚乙二醇‑氨基和/或脱镁叶绿酸盐A,超声并挥干有机溶剂,保存。本发明制备得到的纳米药物不仅能够消除光照时正常组织中产生的活氧,而且该纳米药物到达肿瘤部位后结构被破坏,释放出的锰离子实现T1磁共振造影成像,提高诊断的精准性,同时产生更多的ROS杀死癌细胞,提高了PDT的效率,具有较好的纳米医学应用前景。
Description
技术领域
本发明属于纳米药物制备技术领域,尤其涉及一种具有模态转换的八面体四氧化三锰、制备方法及应用。
背景技术
目前,光动力治疗作为一种新兴的治疗方法被应用于临床癌症治疗和其他恶性疾病的方式中。光动力疗法因其微创性和快速的愈合的特点而受到广泛关注。光动力疗法(PDT)中所使用的II型光敏剂在近红外光照射的条件下会产生活性氧,因此可以选择性地使用局部照射杀死肿瘤细胞,同时避免了与传统化疗相关的严重副作用。然而,PDT的临床应用仍面临很大困难。目前所使用的PDT药物对肿瘤的选择性有限,因此光敏剂会在正常的组织中积累,当暴露于日光下会诱导单线态氧的生成,非特异性激活PDT,从而导致皮肤光敏化,对邻近正常组织产生副作用。如果将光敏剂负载于磁性纳米颗粒上,在PDT治疗过程中磁性纳米颗粒能够消除光敏剂在正常组织中产生的活性氧(ROS),保护正常组织;而在肿瘤组织中,由于肿瘤特殊微环境使纳米颗粒的结构被破坏,丧失酶活性,不能够消除ROS,释放出的磁性离子能够实现磁共振成像,提高诊断的精准性,同时还能够改善肿瘤微环境,产生ROS,杀死肿瘤细胞。这种模态转换的诊断治疗方式既能够降低正常组织的副作用,同时也可以提高肿瘤的诊断精确性和治疗效果。
通过上述分析,现有技术存在的问题及缺陷为:现有的光动力疗法所使用的PDT药物对肿瘤的选择性有限,光敏剂会在正常的组织中积累,当暴露于日光下会诱导单线态氧的生成,非特异性激活PDT,从而导致皮肤光敏化,对邻近正常组织产生副作用,因此PDT的临床应用仍面临很大困难。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种具有模态转换的八面体四氧化三锰、制备方法及应用。
本发明是这样实现的,一种具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法,所述具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法包括:
将含有锰的油酸物加入1-十八烯中溶解后加入油酸进行回流反应,将沉淀加入1-十八烯溶解后加入油胺进行反应,得到八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒;将八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒溶解后,加入二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基和/或脱镁叶绿酸盐A,超声并挥干有机溶剂,保存。
进一步,所述具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法包括以下步骤:
步骤一,将含有锰的油酸物加入1-十八烯中溶解,加入油酸后进行氮气置换,混合溶液升温至回流状态进行反应;
步骤二,回流反应完后将反应液自然冷却至室温,加入异丙醇沉淀产物后,离心除去上清液,再用乙醇洗涤两次;
步骤三,将步骤二得到的沉淀加入1-十八烯溶解,加入油胺后于空气氛围下150℃反应,反应完后加入异丙醇沉淀产物;
步骤四,离心除去上清液后,再用乙醇洗涤两次;洗涤完后将沉淀重新溶解保存于有机溶剂中,得到八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒。
进一步,所述步骤一中的油酸锰和油酸的摩尔数比为2:1。
进一步,所述步骤二中的异丙醇的加入量与油酸的体积比为20000~30000:0.05~0.2;所述乙醇的加入量与油酸的体积比为8000~10000:0.05~0.2。
进一步,所述步骤三中的油酸锰和油胺的摩尔数比为1:1.05;所述异丙醇的加入量与油酸的体积比为20000~30000:0.05~0.2。
进一步,所述步骤四中的乙醇的加入量与油酸的体积比为8000~10000:0.05~0.2;所述有机溶剂选自正己烷、氯仿、四氢呋喃中的任意一种。
进一步,所述具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法还包括:
将步骤四得到的八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒用氯仿溶解后,加入二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基和脱镁叶绿酸盐A;将所得的混合溶液超声一段时间,超声完后挥干有机溶剂,重新加入水分散;用超滤离心管除去游离的脱镁叶绿酸盐A后,将混合液置于4℃保存。
其中,所述八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基和脱镁叶绿酸盐A的质量比为1:3:0.2。
进一步,所述具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法还包括:
将步骤四得到的八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒用氯仿溶解后,加入二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基;将所得的混合溶液超声一段时间,超声完后挥干有机溶剂;重新加入水分散后,将混合液置于4℃保存。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法制备得到的具有模态转换的八面体四氧化三锰。
本发明的另一目的在于提供一种所述的具有模态转换的八面体四氧化三锰在制备皮肤保护、诊断和光动力治疗用纳米药物中的应用。
结合上述的技术方案和解决的技术问题,请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为:
第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度,紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等,详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题,解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下:
本发明的目的在于提供一种既能够在正常组织中消除活性氧,而在肿瘤中产生活性氧的八面体四氧化三锰的制备方法及应用。
本发明首次提出利用纳米药物消除光照时正常组织中产生的活性氧,保护皮肤,而在肿瘤中产生更多的活性氧杀死肿瘤,实现治疗模式的翻转。
本发明提供的纳米药物不仅能够消除光照时正常组织中产生的活氧,而且该纳米药物到达肿瘤部位后结构被破坏,释放出的锰离子实现T1磁共振造影成像,提高诊断的精准性,同时产生更多的ROS杀死癌细胞,提高了PDT的效率,具有较好的纳米医学应用前景。
第二,把技术方案看做一个整体或者从产品的角度,本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点,具体描述如下:
本发明合成步骤简单,原料丰富,产量较高,易于放大化生产。
第三,作为本发明的权利要求的创造性辅助证据,还体现在以下几个重要方面:
本发明的技术方案克服了技术偏见:本发明的技术方案克服了之前光动力治疗时皮肤光敏化问题,减少毒副作用,同时又有较好的肿瘤治疗效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的八面体四氧化三锰合成示意图;
图2是本发明实施例1提供的八面体氧化锰的透射电子显微镜图;
图3是本发明实施例2提供的八面体四氧化三锰的透射电子显微镜图;
图4是本发明实施例2提供的八面体四氧化三锰的XRD图;
图5是本发明实施例2提供的八面体四氧化三锰的XPS图;
图6是本发明实施例3提供的八面体四氧化三锰负载PPa的透射电子显微镜图;
图7是本发明实施例3、4提供的八面体四氧化三锰负载PPa和水相的Mn3O4的紫外吸收图;
图8是本发明实施例3提供的八面体四氧化三锰负载PPa的消去单线态氧的电子自旋共振振幅示意图;
图9是本发明实施例3提供的八面体四氧化三锰负载PPa的产生羟基自由基的电子自旋共振振幅示意图;
图10是本发明实施例6提供的给药PPa@PEG、MPP后光照正常乳腺细胞Hs578bst的细胞毒性图;
图11是本发明实施例6提供的给药PPa@PEG、MPP后光照正常乳腺细胞Hs578bst的细胞双染色(calcein AM/PI)图(比例尺为100μm);
图12是本发明实施例7提供的给药PPa@PEG、MPP后光照小鼠乳腺癌细胞4T1的细胞毒性图;
图13是本发明实施例7提供的给药PPa@PEG、MPP后光照小鼠乳腺癌细胞4T1的细胞双染色(calcein AM/PI)图(比例尺为100μm);
图14是本发明实施例8提供的给药MPP后,小鼠肿瘤部位不同时间点的T1磁共振成像图;
图15是本发明实施例9提供的皮下给药生理盐水、PPa@PEG、MPP后光照后皮肤的光毒性图;
图16是本发明实施例10提供的对活体小鼠尾静脉给药生理盐水组、不给药光照组、PPa@PEG+光照组、MPP组和MPP+光照,光照射10分钟后,老鼠肿瘤生长曲线图;
图17是本发明实施例10提供的对活体小鼠尾静脉给药生理盐水组、不给药光照组、PPa@PEG+光照组、MPP组和MPP+光照,光照射10分钟,12天后的老鼠肿瘤的H&E和TUNEL染色示意图,(比例尺为75μm);
图18是本发明实施例10提供的对活体小鼠尾静脉给药生理盐水组、不给药光照组、PPa@PEG+光照组、MPP组和MPP+光照,光照射10分钟后,老鼠体重变化曲线图;
图19是本发明实施例10提供的从不同组小鼠的心、肝、脾、肺和肾获得的H&E染色图(比例尺为100μm);
图20是本发明实施例提供的具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种具有模态转换的八面体四氧化三锰、制备方法及应用,下面结合附图对本发明作详细的描述。
一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现,该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
如图20所示,本发明实施例提供的具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法包括以下步骤:
S101,将含有锰的油酸物加入1-十八烯中溶解,加入油酸后进行氮气置换,混合溶液升温至回流状态进行反应;
S102,回流反应完后将反应液自然冷却至室温,加入异丙醇沉淀产物后,离心除去上清液,再用乙醇洗涤两次;
S103,将S102得到的沉淀加入1-十八烯溶解,加入油胺后于空气氛围下150℃反应,反应完后加入异丙醇沉淀产物;
S104,离心除去上清液后,再用乙醇洗涤两次;洗涤完后将沉淀重新溶解保存于有机溶剂中,得到八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒。
本发明实施例提供的八面体四氧化三锰合成示意图如图1所示。
本发明实施例提供的步骤S101中的油酸锰和油酸的摩尔数比为2:1。
本发明实施例提供的步骤S102中的异丙醇的加入量与油酸的体积比为20000~30000:0.05~0.2;乙醇的加入量与油酸的体积比为8000~10000:0.05~0.2。
本发明实施例提供的步骤S103中的油酸锰和油胺的摩尔数比为1:1.05;异丙醇的加入量与油酸的体积比为20000~30000:0.05~0.2。
本发明实施例提供的步骤S104中的乙醇的加入量与油酸的体积比为8000~10000:0.05~0.2;有机溶剂选自正己烷、氯仿、四氢呋喃中的任意一种。
本发明实施例提供的具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法还包括:
将S104得到的八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒用氯仿溶解后,加入二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基和脱镁叶绿酸盐A;将所得的混合溶液超声一段时间,超声完后挥干有机溶剂,重新加入水分散;用超滤离心管除去游离的脱镁叶绿酸盐A后,将混合液置于4℃保存。
其中,八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基和脱镁叶绿酸盐A的质量比为1:3:0.2。
本发明实施例提供的具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法还包括:
将S104得到的八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒用氯仿溶解后,加入二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基;将所得的混合溶液超声一段时间,超声完后挥干有机溶剂;重新加入水分散后,将混合液置于4℃保存。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1:直径为15nm的八面体氧化锰的制备
在100mL三口烧瓶中加入0.62g油酸锰,用12mL 1-十八烯溶解后,加入158.7μL的油酸。在室温下,将混合溶液抽真空脱气20min以除去溶液里的氧气和低挥发性物质,之后回填氮气。然后将反应溶液加热到90℃,并在该温度下保持30min。上述步骤完成后,将反应液加热至300℃,并保持在该温度下反应20min,反应完成后冷却至室温,加入30mL异丙醇沉淀纳米颗粒,用8000r/min的转速离心10min。所得的沉淀重新加正己烷4mL溶解后在加无水乙醇10mL用8000r/min的转速离心10min,之后在重复一次洗涤,得到棕黄色沉淀。
实施例2:直径为15nm的八面体四氧化三锰的制备
将本发明实施例1中的沉淀加12mL 1-十八烯溶解后,再加入660.7μL油胺于100mL三口烧瓶中,然后将反应溶液在空气中加热至150℃,并在该温度下保持1h。反应完成后将反应溶液冷却至室温,用30mL异丙醇混合沉淀纳米颗粒,用8000r/min的转速离心10min。所得的沉淀重新加正己烷4mL溶解后在加无水乙醇10mL用8000r/min的转速离心10min,之后在重复一次洗涤,得到的棕色沉淀溶解在正己烷中,保存在4℃条件下。
实施例3:四氧化三锰负载光敏剂PPa的制备
首先将四氧化三锰纳米颗粒(1mg)、DSPE-PEG-NH2(3mg)、PPa(200μg)加入到330μL的氯仿中,超声20min,然后于室温条件下挥干溶剂。溶剂挥干完后再用真空泵抽干体系中微量的氯仿,将样品超声重新分散到水中。水分散后的样品经超滤离心管(MWCO 3kDa(纯化除去游离的PPa,最终的水溶液保存于4℃备用(最终产物缩写为MPP)。采用ICP-OES测定锰离子浓度;PPa的浓度是通过测定在667处的紫外-可见吸收光谱,然后通过带入标准曲线算出。
实施例4:四氧化三锰转入水相的制备
首先将四氧化三锰纳米颗粒(1mg)、DSPE-PEG-NH2(3mg)加入到330μL的氯仿中,超声20min,然后于室温条件下挥干溶剂。溶剂挥干完后再用真空泵抽干体系中微量的氯仿,将样品超声重新分散到水中。最终的水溶液保存于4℃备用(最终产物缩写为MP);采用ICP-OES测定锰离子浓度。
实施例5:
图2、图3、图6分别是通过透射电子显微镜(TEM)对氧化锰、四氧化三锰和四氧化三锰负载PPa的表面形貌进行表征。从图2、3、6中可以看出他们大小约为15nm,粒径大小没有明显的改变。通过X射线衍射(XRD)实验证实了Mn3O4结晶度较高,如图4所示;通过X射线光电子能(XPS)进一步证实了Mn3O4的化学组成,如图5所示。通过紫外-可见光谱对MPP的光学性能进行了评价,从图7中可以看出MPP在约667nm处显示出PPa的特征吸收峰,吸收趋势与PPa相似,表明PPa在MPP上的负载成功。由于1O2和·OH的存在周期短、化学活性高,采用特异性和灵敏度高的电子顺磁共振(EPR)技术进一步检测ROS的种类。通过用激光660nm照射等PPa浓度的MPP和PPa@PEG 5min,用TEMP捕获剂捕获产生的1O2,从图8中可以看出,MPP产生的1O2比相同浓度PPa@PEG产生的1O2少,表明MPP可以消除掉大部分产生1O2。而用GSH解离MPP后,在碳酸氢钠和H2O2存在的条件下,从图9中可以看出,表现出明显的EPR信号,进一步说明MPP结构被破坏后具有较强的ROS生成能力。
实施例6:
为了探索制备的MPP能够降低正常细胞光毒性,本发明实施例用正常乳腺细胞Hs578bst进行实验。通过激光660nm光照后5min(200mW/cm2)的细胞毒性实验表明当等PPa浓度为1μM时,PPa@PEG细胞存活率小于10%,而MPP的细胞存活率约为46%,证实了MPP可以降低正常细胞的光毒性(见图10)。进一步的细胞双染实验(Calcein AM/PI)也显示MPP对正常细胞有保护作用(见图11)。
实施例7:
为了探索制备的MPP能够增强对肿瘤细胞的杀伤能力,本发明实施例用小鼠乳腺癌细胞4T1进行实验。通过激光660nm光照后5min(200mW/cm2)的细胞毒性实验表明当等PPa浓度为1μM时,PPa@PEG细胞存活率约为80%,而MPP的细胞存活率约为50%,证实了MPP可以增强癌细胞的光毒性(见图12)。进一步的细胞双染实验(Calcein AM/PI)也显示MPP对癌细胞杀伤作用(见图13)。
实施例8:
为了探索制备的MPP能否进行肿瘤部位磁共振成像,将4T1荷瘤BALB/c雌性小鼠尾静脉注射MPP(剂量为4mg Mn/kg老鼠体重)后,3h后信号比值最亮,证实了MPP进入肿瘤后,由于肿瘤微环境使MPP崩解释放出锰离子,从而实现肿瘤部位的T1加权成像,如图14所示。
实施例9:
为了探索制备的MPP能否降低皮肤的光毒性,将生理盐水、等PPa浓度的PPa@PEG和MPP(剂量为1mg/kg老鼠体重)通过皮下注射到BALB/c雌性小鼠的背部,然后用激光660nm光照后10min,小鼠在照射后第4天处死,收集光照处的皮肤进行苏木精-伊红染色(H&E)染色,以评估光诱导的皮肤损伤。如图15所示,生理盐水光照组皮肤没有损伤,PPa@PEG光照组背部皮肤有明显的损伤,MPP光照组背部皮肤没有明显的损伤,证明MPP在体内也能够消除1O2,降低皮肤的光毒性。
实施例10:
为进一步评价MPP的抗肿瘤作用,将4T1荷瘤BALB/c小鼠分为5组(每组4只):(1)Saline;(2)660nm光照组(200mW/cm2,10min);(3)PPa@PEG(5mg/kg)+660nm光照(200mW/cm2,10min);(4)MPP(等效PPa 5mg/kg)组;(5)MPP(等效PPa 5mg/kg)+660nm光照(200mW/cm2,10min)。通过尾静脉注射不同溶液的小鼠。24h后,用激光照射肿瘤区域。每2天记录小鼠肿瘤体积和重量。这些小鼠在第12天被处死,以获取主要器官和肿瘤进行检查。肿瘤相对体积记录结果见图16所示,其中,生理盐水组(Saline)和660nm光照组(Laser)组,肿瘤相对体积迅速增加,说明只有激光照射不能抑制肿瘤的生长;MPP不光照组肿瘤相对体积比生理盐水组(Saline)和660nm光照组(Laser)组的增长相对较低,说明MPP进入肿瘤后能够产生一定的ROS;而MPP光照组的效果比MPP不光照组以及PPa@PEG光照组的效果都好,说明MPP表现出了较好的肿瘤抑制效果。为了进一步验证MPP的PDT治疗后对肿瘤的抑制作用,采用H&E染色和TUNEL染色检测肿瘤的增殖活性。如图17所示,肿瘤组织切片H&E染色结果显示MPP光照组肿瘤细胞凋亡最为显著,TUNEL染色结果显示MPP光照组绿色荧光最多也表明肿瘤细胞凋亡最为明显。而各组小鼠体重没有出现明显的变化,治疗期间无小鼠死亡,证实所有治疗均无明显副作用(见图18)。如图19所示,所有实验组小鼠的主要器官心、肝、脾、肺、肾的H&E染色结果均与生理盐水组相近,形态都是完好的,这进一步证实了MPP具有良好的生物相容性。
二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值,该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
例如在应用本发明的纳米颗粒在临床上进行肿瘤光动力治疗时,病人的正常皮肤组织避免了光敏化,减少了副作用。
三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果,和现有技术相比的确具备很大的优势,下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
现有技术设计的纳米颗粒只是把光敏剂的荧光淬灭了,而没有消除产生的单线态氧,而本发明实施例能够消除产生的单线态氧,从而保护正常组织。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法,其特征在于,所述具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法包括以下步骤:
步骤一,将油酸锰加入1-十八烯中溶解,加入油酸后进行氮气置换,混合溶液升温至回流状态进行反应;
步骤二,回流反应完后将反应液自然冷却至室温,加入异丙醇沉淀产物后,离心除去上清液,再用乙醇洗涤两次;
步骤三,将步骤二得到的沉淀加入1-十八烯溶解,加入油胺后于空气氛围下150℃反应,反应完后加入异丙醇沉淀产物;
步骤四,离心除去上清液后,再用乙醇洗涤两次;洗涤完后将沉淀重新溶解保存于有机溶剂中,得到八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒;
将步骤四得到的八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒用氯仿溶解后,加入二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基和脱镁叶绿酸盐A;将所得的混合溶液超声一段时间,超声完后挥干有机溶剂,重新加入水分散;用超滤离心管除去游离的脱镁叶绿酸盐A后,将混合液置于4℃保存;
其中,所述八面体四氧化三锰磁性纳米颗粒、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇-氨基和脱镁叶绿酸盐A的质量比为1:3:0.2。
2.如权利要求1所述的具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法,其特征在于,所述步骤一中的油酸锰和油酸的摩尔比为2:1。
3.如权利要求1所述的具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法,其特征在于,所述步骤四中有机溶剂选自正己烷、氯仿、四氢呋喃中的任意一种。
4.一种应用如权利要求1~3任意一项所述的具有模态转换的八面体四氧化三锰的制备方法制备得到的具有模态转换的八面体四氧化三锰。
5.一种如权利要求4所述的具有模态转换的八面体四氧化三锰在制备皮肤保护、诊断和光动力治疗用纳米药物中的应用。
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