CN115518156B - 一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学、药学、医学等多学科交叉技术领域,具体为一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物、制备方法及应用,该方法通过制备具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物;制备苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a;再上述两种成分成功合成响应性释放近红外光热剂的纳米复合物。制备产物通过特殊苯基硼酸组进行传递,能够在血液循环中的传递会受到保护,直到在肿瘤微环境被低pH值和酯酶共同触发暴露,释放靶向肿瘤细胞过表达的唾液酸,实现蛋白冠效应逃逸,实现对癌症的有效诊断和精确治疗。选择性好,传递效率高,解决现有技术中纳米颗粒介导的治疗过程中由于血液中药物释放过早,导致的药物传递效率低、选择性差,严重影响肿瘤治疗效果的问题。
Description
技术领域
本发明涉及化学、药学、医学等多学科交叉技术领域,具体为一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物、制备方法及应用。
背景技术
癌(cancer)是指起源于上皮组织的恶性肿瘤,是恶性肿瘤中最常见的一类,肿瘤是指机体在各种致瘤因子作用下,局部组织细胞增生所形成的新生物,因为这种新生物多呈占位性块状突起,也称赘生物。
研究发现,肿瘤细胞会出现不同于正常细胞的代谢变化,同时肿瘤细胞自身可通过糖酵解和氧化磷酸化之间的转换来适应代谢环境的改变,具有细胞分化和增殖异常、生长失去控制、浸润性和转移性等生物学特征,其发生是一个多因子、多步骤的复杂过程。因此,癌症的病发率非常高,是人类第一大死亡疾病,但对于癌症的发病原因尚不清楚,人们在不断尝试治疗癌症的药物和方法。目前,大多数治疗癌症的理念是杀死癌细胞,来挽救癌症病人。通常,通过手术、免疫治疗、放疗和化疗的方式来杀死肿瘤细胞。但是,上述治疗方法的副作用很大,容易对病人造成不可逆的伤害。
纳米颗粒介导的治疗方法因其疗程短、疗效显著、毒副作用小而常用于严重疾病如癌症的诊断和治疗,在肿瘤治疗研究中受到广泛关注。然而,现有技术中的纳米递送系统在癌症治疗中的应用仍受药物过早释放和靶向效率低的限制。为提高活性靶向和稳定性,一些靶向基团或交联键被引入纳米系统中,现阶段的几种刺激响应策略提高了药物在肿瘤组织中的分布,但无法克服血液中药物释放过早的问题,药物传递过程的效率和选择性仍然很低,严重影响肿瘤治疗效果。
发明内容
针对现有技术中存在的纳米颗粒介导的治疗过程中由于血液中药物释放过早,导致的药物传递效率低、选择性差,严重影响肿瘤治疗效果的问题,本发明提供一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物、制备方法及应用。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
本发明提供一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物,该纳米复合物由两亲性聚合物负载超顺磁氧化铁自组装而成;所述两亲性聚合物的结构式如下:
本发明提供一种上述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,包括以下步骤:
制备具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物;
制备苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a;
利用具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a制备两亲性聚合物,并负载超顺磁氧化铁制备响应性释放近红外光热剂的纳米复合物;
其中,所述具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物的结构式如下:
所述苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a的结构式如下:
优选地,制备具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物的方法为:
步骤1.1)将胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH溶于DMF中,室温搅拌至反应完全,沉淀,洗涤,干燥,得到暴露出双氨基的第一代树状分子;
步骤1.2)将暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸和二异丙基二亚胺溶解于DMF中,室温下搅拌至反应完全,沉淀,干燥,得到具有四羟基结构的第二代树状分子;
步骤1.3)将具有四羟基结构的第二代树状分子、乙二酸-2,2-二(甲氧基)丙酸酐、N-(3-二甲氨基丙基)-N'-乙基二亚胺盐酸盐、4-(二甲氨基)吡啶溶于DMF、DMSO或甲醇溶剂中,氩气保护下室温反应完全,过滤,沉淀,真空干燥,溶于甲醇中,并加入Dowex H+型树脂,室温搅拌,除去甲醇,洗涤,得到具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物。
进一步地,步骤1.1)中,胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH的摩尔比为1:(1~5):(1~5):(1~5):(1~5);
步骤1.2)中,暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸和二异丙基二亚胺的摩尔比为1:(1~5):(1~5):(1~5);
步骤1.3)中,暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸和二异丙基二亚胺的摩尔比为1:(1~5):(1~5):(1~5);步骤1.3)中,具有四羟基结构的第二代树状分子与Dowex H+型树脂的质量比为1:1.5。
优选地,制备苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a的方法为:
步骤2.1)将脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺溶于DMF中,室温搅拌反应完全,得到反应混合液;
步骤2.2)向反应混合液中加入3-氨基苯硼酸一水合物,并在室温下搅拌反应完全,沉淀,层析纯化,得到苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a。
进一步地,步骤2.1)中,脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1:(1~5):(1~5);步骤2.2)中,3-氨基苯硼酸一水合物与脱镁叶绿酸a的摩尔比为(1~5):1。
优选地,利用具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a制备两亲性聚合物,并负载超顺磁氧化铁制备响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的方法为:
步骤3.1)将具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a溶解在良溶剂中,并可加入超顺磁铁纳米粒,搅拌充分,蒸发获得均匀薄膜;
步骤3.2)将均匀薄膜溶于PBS溶液中,搅拌均匀,得到响应性释放近红外光热剂的纳米复合物。
进一步地,步骤3.1)中,四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a的摩尔比为(1:4)~(1:1);所述良溶剂为甲醇、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、DMF和DMSO中的一种或多种;超顺磁铁纳米粒与具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物的质量比小于1:5。
优选地,所述超顺磁铁纳米粒的尺寸为2.5~100nm。
本发明还提供如上述响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在制备治疗和/或预防癌症药物中的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明提供一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物,该纳米复合物不会像传统纳米颗粒在血液循环中会迅速形成蛋白质冠,而是通过特殊苯基硼酸组进行传递,苯基硼酸组基团在血液循环中的传递会受到保护,直到在肿瘤微环境被低pH值和酯酶共同触发暴露,释放靶向肿瘤细胞过表达的唾液酸,实现蛋白冠效应逃逸,提高近红外荧光(NIRF)/磁共振(MR)成像能力和光热治疗效果,可以实现对癌症的有效诊断和精确治疗。相对于单纯主动靶向的探针或无应答的纳米制剂具有更高的递送效率,选择性好,在体内成像和治疗方面显示了较高的安全性,可用于癌症近红外荧光/核磁成像和光热治疗治疗,具有巨大的临床潜力。
本发明还提供一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,该方法通过制备具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物;制备苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a;再利用具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a制备两亲性聚合物,并负载超顺磁氧化铁成功合成响应性释放近红外光热剂的纳米复合物;制备方法简单,反应条件温和,适于产业化,制备的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物具有非常好的选择性和高的传递效率,是医药学领域的创新型技术。
所述响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在制备治疗和/或预防癌症药物中的应用,利用该复合物在治疗和/或预防癌症的过程中,可在利用该复合物中的苯基硼酸组基团在血液循环中的传递会得到保护,直到肿瘤微环境触发刺激反应而暴露,提高近红外荧光(NIRF)/磁共振(MR)成像能力和光热治疗效果,具有更好的选择性,药物释放更加精准、高效,从而达到治疗和预防的目的,安全性高,效果可靠。
附图说明
图1为本发明的一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物高分辨率TEM表征图。
图2为本发明的一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物胶束的动态光散射(DLS)表征结果图。
图3为本发明的一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物稳定性评价中与10%的FBS生理孵育下,DLS流体力学尺寸表征结果图。
图4为本发明的一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物制备方法流程图。
图5为本发明的具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物合成路线图。
图6为本发明的苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a合成路线图。
图7为本发明的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物自组装及经脉注射在体内程序化传递过程图。
图8为本发明的一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物不同PH值下测量荧光成像及荧光强度结果图。
图9为本发明的一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物释放苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a后TEM表征及动态光散射分布图。
图10为本发明的一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在没有酯酶的不同pH值下的累积释放曲线结果图。
图11为本发明的两亲性聚合物在不同条件下ARS荧光分析结果图。
图12为本发明的一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的T2-weight MR(r2)(83.8mMs-1)、弛豫率曲线、光热成像及定量分析结果图,其中,a为响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的T2加核磁成像图,b为弛豫率曲线图,c为光热成像图,d为定量分析结果图。
图13为本发明的不同条件下的一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物及对照组作用于SKOV3细胞(卵巢癌)结果图,a为经680nm激光照射细胞活率结果图,b为不经680nm激光照射细胞活率结果图。
图14为本发明的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在治疗卵巢癌小鼠模型代表性红外热成像和温度变化定量分析结果图,a为小鼠模型光热治疗温度变化图,b为温度变化定量分析结果图。
图15为利用响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在治疗过程中小鼠体重变化情况图。
图16为利用响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在治疗过程中肿瘤肿瘤体积变化图。
图17为利用不同材料在治疗肿瘤过程中治愈率(CCR%)统计结果图。
图18为利用不同材料在肿瘤治疗中光热治疗后免疫组化(caspase-3)结果图。
图19为利用不同材料SKOV3细胞摄入共聚焦荧光成像结果图。
图20为不同材料在SKOV3细胞摄入共聚焦荧光成像定量分析结果图。
图21为不同材料在SKOV3细胞摄入紫外吸收定量分析结果图(FBS为加入胎牛血清)。
图22为小鼠携带SKOV3肿瘤进行静脉注射响应性释放近红外光热剂的纳米复合物,不同时间点小动物活体荧光成像结果图。
图23为不同时间点小动物活体T2核磁成像结果图。
图24为响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在肿瘤组织中苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a的浓度分析结果图。
图25为正常Balb/c小鼠分别注射响应性释放近红外光热剂的纳米复合物后获得的体重变化图。
图26为注射磷酸缓冲液、无响应性能胶束装载苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a、两亲性共聚物、响应性释放近红外光热剂的纳米复合物加(+L)或不加680nm激光照射(0.8W*cm-2,5min)治疗后的活体肿瘤光热治疗免疫组化分析图和治疗结果图,其中a为分析图,b为治疗结果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明,所述是对本发明的解释而不是限定,为记载方便将以下实施例中,响应性释放近红外光热剂的纳米复合物记为PO-PB@SPIOs,两亲性聚合物记为PO-PB,具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物记为PO,具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物负载超顺磁氧化铁记为PO@SPIOs,苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a记为PB,苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a和超顺磁氧化铁共混物记为PB&SPIOs,无响应性能胶束装载苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a记为PEG-CA8@PB,游离苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a记为Free PB,上述记载的缩写式仅为清楚的表示附图而进行标记,并不表示对技术方案的限定。
本发明公开了一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物,该纳米复合物由两亲性聚合物和负载超顺磁氧化铁(SPIO)自组装而成;所述两亲性聚合物的结构式如下:
参见图1,对该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物进行TEM表征,发现该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物为粒径均匀的球形结构。
参见图2,对该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物进行动态光散射测试,结果表明该复合物尺寸均一、尺寸分布适用于人体注射,形貌规整重复性高有利于批量生产,保证批次间的稳定性。
参见图3,对该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的稳定性进行测试,将该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在磷酸盐缓冲液(PBS)和10%胎牛血清(FBS)混合物在生理体温(37℃)下孵育,然后在预定的时间间隔内测量大小,用DLS连续监测流体力学尺寸,结果表明最长保持胶束纳米结构的稳定尺寸分布72h,说明该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物具有良好的生理环境稳定性。
参见图4,本发明提供一种如上述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,包括以下步骤:
参见图5,步骤1):制备具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO,具体操作为:
步骤1.1):将胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,DMF的用量以上述溶质充分溶解为准,室温搅拌至反应完全,沉淀,洗涤,干燥,得到暴露出双氨基的第一代树状分子;其中,胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH的摩尔比为1:(1~5):(1~5):(1~5):(1~5);
步骤1.2):将暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸和二异丙基二亚胺溶解于DMF中,DMF的用量以溶质充分溶解为准,室温下搅拌至反应完全,沉淀,干燥,得到具有四羟基结构的第二代树状分子;其中,暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸和二异丙基二亚胺的摩尔比为1:(1~5):(1~5):(1~5);
步骤1.3):将具有四羟基结构的第二代树状分子、乙二酸-2,2-二(甲氧基)丙酸酐、N-(3-二甲氨基丙基)-N'-乙基二亚胺盐酸盐、4-(二甲氨基)吡啶溶于DMF、DMSO或甲醇溶剂中,溶剂的用量以溶质充分溶解为准,氩气保护下室温反应完全,过滤,沉淀,真空干燥,溶于甲醇中,并加入Dowex H+型树脂,室温搅拌,除去甲醇,洗涤,得到具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO;其中,暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸和二异丙基二亚胺的摩尔比为1:(1~5):(1~5):(1~5),具有四羟基结构的第二代树状分子与Dowex H+型树脂的质量比为1:1.5;
制备的具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的结构式如下:
参见图6,步骤2):制备苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB,具体操作为:
步骤2.1):将脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺溶于DMF中,DMF的用量以溶质充分溶解为准,室温搅拌反应完全,得到反应混合液;其中,脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1:(1~5):(1~5);
步骤2.2):向反应混合液中加入3-氨基苯硼酸一水合物,并在室温下搅拌反应完全,沉淀,层析纯化,得到苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB;其中,3-氨基苯硼酸一水合物与脱镁叶绿酸a PB的摩尔比为(1~5):1;
制备的苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB的结构式如下:
步骤3):利用具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a制备两亲性聚合物,并负载超顺磁氧化铁制备响应性释放近红外光热剂的纳米复合物,具体操作为:
步骤3.1):将具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸aPB溶解在良溶剂中,良溶剂的用量以溶质充分溶解为准,并可加入超顺磁铁纳米粒,搅拌充分,蒸发获得均匀薄膜;其中,四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB的摩尔比为(1:4)~(1:1);所述良溶剂为甲醇、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、DMF和DMSO(二甲基亚砜)中的一种或多种;超顺磁铁纳米粒的尺寸为2.5~100nm,超顺磁铁纳米粒与具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的质量比小于1:5;
步骤3.2):将均匀薄膜溶于PBS(磷酸盐缓冲液)溶液中,涡旋搅拌、磁力搅拌、机械搅拌或超声分散5~100min,得到响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs;其中,磷酸盐缓冲液的体积大于等于100mL,并调节PBS的体积来调节响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的浓度。
实施例1
按摩尔比为1:2:2:1:1将胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑(6-Cl-HOBT)或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,室温搅拌24h至反应完全,在冷的乙醚或冷的石油醚中沉淀,利用醚或石油醚洗涤,-30℃~30℃真空干燥,得到氨基被Fmoc结构保护的第一代树状分子,并用Fmoc脱保护液(20%哌啶的DMF)去除Fmoc,采用冷的乙醚或冷的石油醚洗涤三次得到暴露出双氨基的第一代树状分子;
将暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸(bis-MPA)和二异丙基二亚胺(DIC)按摩尔比为1:2:2:1溶解于DMF中,室温下搅拌24h至反应完全,冷的乙醚或冷的石油醚中沉淀,再经冷的乙醚或冷的石油醚洗涤后,真空干燥,得到具有四羟基结构的第二代树状分子;
将具有四羟基结构的第二代树状分子、乙二酸-2,2-二(甲氧基)丙酸酐、N-(3-二甲氨基丙基)-N'-乙基二亚胺盐酸盐、4-(二甲氨基)吡啶按摩尔比为1:1:1:1溶于DMF中,氩气保护下室温反应完全,过滤,沉淀,真空干燥,溶于甲醇中,并加入Dowex H+型树脂,室温搅拌,除去甲醇,用乙醚洗涤,得到具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO;具有四羟基结构的第二代树状分子与Dowex H+型树脂的质量比为1:1.5;通过MALDI-TOF质谱测定具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的分子量,在DMSO-D6中具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的1H-NMR谱中可以观察到PEG链(3.5-3.7ppm)和-CH3形式的双MPA(1.2-1.4ppm)的化学位移。
将脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺按摩尔比为1:3:5溶于DMF中,室温搅拌30min反应完全,得到反应混合液;
向反应混合液中加入与脱镁叶绿酸a的摩尔比为1:1的3-氨基苯硼酸一水合物,并在室温下搅拌反应完全,经乙醚沉淀,层析纯化,得到苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB;
将具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB溶解在甲醇中,其中,四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB的摩尔比为1:4,并可加入与具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO质量比为5的,尺寸为2.5~100nm的超顺磁铁纳米粒,搅拌充分,旋转蒸发获得均匀薄膜;
将均匀薄膜溶于PBS溶液中,搅拌均匀,得到响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs。
实施例2
将按摩尔比为1:5:5:5:5将胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑(6-Cl-HOBT)或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,室温搅拌24h至反应完全,在冷的乙醚或冷的石油醚中沉淀,利用醚或石油醚洗涤,-30℃~30℃真空干燥,得到氨基被Fmoc结构保护的第一代树状分子,并用Fmoc脱保护液(20%哌啶的DMF)去除Fmoc,采用冷的乙醚或冷的石油醚洗涤三次得到暴露出双氨基的第一代树状分子;
将暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸(bis-MPA)和二异丙基二亚胺(DIC)按摩尔比为1:4:3:5溶解于DMF中,室温下搅拌24h至反应完全,冷的乙醚或冷的石油醚中沉淀,再经冷的乙醚或冷的石油醚洗涤后,真空干燥,得到具有四羟基结构的第二代树状分子;
将具有四羟基结构的第二代树状分子、乙二酸-2,2-二(甲氧基)丙酸酐、N-(3-二甲氨基丙基)-N'-乙基二亚胺盐酸盐、4-(二甲氨基)吡啶按摩尔比为1:2:2:2溶于DMF中,氩气保护下室温反应完全,过滤,沉淀,真空干燥,溶于甲醇中,并加入Dowex H+型树脂,室温搅拌,除去甲醇,用乙醚洗涤,得到具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO;具有四羟基结构的第二代树状分子与Dowex H+型树脂的质量比为1:1.5;通过MALDI-TOF质谱测定具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的分子量,在DMSO-D6中具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的1H-NMR谱中可以观察到PEG链(3.5-3.7ppm)和-CH3形式的双MPA(1.2-1.4ppm)的化学位移。
将脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺按摩尔比为1:5:2溶于DMF中,室温搅拌30min反应完全,得到反应混合液;
向反应混合液中加入与脱镁叶绿酸a的摩尔比为1:3的3-氨基苯硼酸一水合物,并在室温下搅拌反应完全,经乙醚沉淀,层析纯化,得到苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB;
将具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB溶解在乙酸乙酯中,其中,四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸aPB的摩尔比为1:2,并可加入与具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO质量比为5,尺寸为2.5~100nm的超顺磁铁纳米粒,搅拌充分,旋转蒸发获得均匀薄膜;
将均匀薄膜溶于PBS溶液中,搅拌均匀,得到响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs。
实施例3
将按摩尔比为1:1:1:3:3将胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑(6-Cl-HOBT)或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,室温搅拌24h至反应完全,在冷的乙醚或冷的石油醚中沉淀,利用醚或石油醚洗涤,-30℃~30℃真空干燥,得到氨基被Fmoc结构保护的第一代树状分子,并用Fmoc脱保护液(20%哌啶的DMF)去除Fmoc,采用冷的乙醚或冷的石油醚洗涤三次得到暴露出双氨基的第一代树状分子;
将暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸(bis-MPA)和二异丙基二亚胺(DIC)按摩尔比为1:5:4:5溶解于DMF中,室温下搅拌24h至反应完全,冷的乙醚或冷的石油醚中沉淀,再经冷的乙醚或冷的石油醚洗涤后,真空干燥,得到具有四羟基结构的第二代树状分子;
将具有四羟基结构的第二代树状分子、乙二酸-2,2-二(甲氧基)丙酸酐、N-(3-二甲氨基丙基)-N'-乙基二亚胺盐酸盐、4-(二甲氨基)吡啶按摩尔比为1:5:5:5溶于DMF中,氩气保护下室温反应完全,过滤,沉淀,真空干燥,溶于甲醇中,并加入Dowex H+型树脂,室温搅拌,除去甲醇,用乙醚洗涤,得到具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO;具有四羟基结构的第二代树状分子与Dowex H+型树脂的质量比为1:1.5;通过MALDI-TOF质谱测定具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的分子量,在DMSO-D6中具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的1H-NMR谱中可以观察到PEG链(3.5-3.7ppm)和-CH3形式的双MPA(1.2-1.4ppm)的化学位移。
将脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺按摩尔比为1:1:1溶于DMF中,室温搅拌30min反应完全,得到反应混合液;
向反应混合液中加入与脱镁叶绿酸a的摩尔比为1:5的3-氨基苯硼酸一水合物,并在室温下搅拌反应完全,经乙醚沉淀,层析纯化,得到苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB;
将具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB溶解在乙酸乙酯中,其中,四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸aPB的摩尔比为1:4,并可加入与具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO质量比为5,尺寸为2.5~100nm的超顺磁铁纳米粒,搅拌充分,旋转蒸发获得均匀薄膜;
将均匀薄膜溶于PBS溶液中,搅拌均匀,得到响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs。
实施例4
将按摩尔比为1:4:3:2:1将胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑(6-Cl-HOBT)或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中,室温搅拌24h至反应完全,在冷的乙醚或冷的石油醚中沉淀,利用醚或石油醚洗涤,-30℃~30℃真空干燥,得到氨基被Fmoc结构保护的第一代树状分子,并用Fmoc脱保护液(20%哌啶的DMF)去除Fmoc,采用冷的乙醚或冷的石油醚洗涤三次得到暴露出双氨基的第一代树状分子;
将暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸(bis-MPA)和二异丙基二亚胺(DIC)按摩尔比为1:1:1:2溶解于DMF中,室温下搅拌24h至反应完全,冷的乙醚或冷的石油醚中沉淀,再经冷的乙醚或冷的石油醚洗涤后,真空干燥,得到具有四羟基结构的第二代树状分子;
将具有四羟基结构的第二代树状分子、乙二酸-2,2-二(甲氧基)丙酸酐、N-(3-二甲氨基丙基)-N'-乙基二亚胺盐酸盐、4-(二甲氨基)吡啶按摩尔比为1:5:4:5溶于DMF中,氩气保护下室温反应完全,过滤,沉淀,真空干燥,溶于甲醇中,并加入Dowex H+型树脂,室温搅拌,除去甲醇,用乙醚洗涤,得到具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO;具有四羟基结构的第二代树状分子与Dowex H+型树脂的质量比为1:1.5;通过MALDI-TOF质谱测定具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的分子量,在DMSO-D6中具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO的1H-NMR谱中可以观察到PEG链(3.5-3.7ppm)和-CH3形式的双MPA(1.2-1.4ppm)的化学位移。
将脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺按摩尔比为1:5:4溶于DMF中,室温搅拌30min反应完全,得到反应混合液;
向反应混合液中加入与脱镁叶绿酸a的摩尔比为1:4的3-氨基苯硼酸一水合物,并在室温下搅拌反应完全,经乙醚沉淀,层析纯化,得到苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB;
将具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB溶解在乙酸乙酯中,其中,四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸aPB的摩尔比为1:3,并可加入与具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO质量比为5,尺寸为2.5~100nm的超顺磁铁纳米粒,搅拌充分,旋转蒸发获得均匀薄膜;
将均匀薄膜溶于PBS溶液中,搅拌均匀,得到响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs。
本发明还提供如上述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在制备治疗和/或预防癌症药物中的应用。
参见图9,本发明提供的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的自组装制备过程,以及通过静脉注射后在体内程序化递送。该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs由两亲性聚合物PO-PB负载超顺磁氧化铁(SPIO,10mm)形成,苯基硼酸组基团在血液循环中的传递会受到保护,在肿瘤区域特异性通过酯酶/pH值的双响应释放所装载的诊断试剂和光热治疗分子,而经过设计构建的新型光热治疗分子还能够实现肿瘤高表达的唾液酸的有效靶向结合,从而提高近红外荧光(NIRF)/磁共振(MR)成像能力和光热治疗效果。
参见图8至图13,对该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的PH值敏感性和酯酶响应性进行测试,将该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs用不同pH值的(6.5或7.4)的苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB处理0h、6h、12h和24h。参见图8,荧光信号恢复提示该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs被破坏后可以释放磷酸苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB。参见图9,显示了一堆分散的超顺磁氧化铁,没有任何完整的纳米结构,这表明大部分的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs处于分离状态。在200μL猪肝酯酶溶液(120units*mL-1,100mM NaCl,100mM Tris buffer)中加入两亲性聚合物PO-PB(200μL,10mg*mL-1),37℃孵育10h,测试降解的两亲性聚合物PO-PB的分子量和粒径分布。参见图10是该响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs在有或没有酯酶的不同pH值(6.5/7.4)下的累积释放曲线(n=3),结果表明苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB具有显著的pH值响应性和酯酶响应性释放。参见图11,将ARS(0.1mg*mL-1)与苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB或两亲性聚合物PO-PB(40μM)混合。测定ARS的荧光强度(em:585nm,ex:468nm)的变化,结果验证了响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的硼酸酯键的存在和pH值响应,说明本发明所制备的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs具有优异的酯酶/pH的双响应释放能力,能够实现肿瘤微环境的特异性释放。
参见图12,响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的MR成像和光热特性的证明:将100μL响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs溶液(0.1mg*mL-1)在激光(680nm,0.8W*cm-2)照射5min,用热像仪记录溶液温度,说明响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs具有优异的光热治疗能力,图中T2-weight MR(r2)(83.8mM*s-1)的弛豫速率(r2)和激光照射后显著增强的温度变化(高达41℃),表明响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs具有优异的MR成像性能。参见图13,采用不同浓度的具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物PO、SPIOs、苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB、苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a和超顺磁氧化铁共混物PB&SPIOs、两亲性聚合物PO-PB和响应性释放近红外光热剂的纳米复合物POPB@SPIOs处理SKOV3细胞(卵巢癌),不(d)或(e)680nm激光照射(0.8W*cm-2,5min)(n=3),结果表明响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs与对照组相比表现出对卵巢癌细胞(SKOV3细胞系)更好的光热治疗效果。
参见图14至图18,响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的体内治疗效果测试:在680nm激光照射(0.8W*cm-2,5min)下,分别在小白鼠体内静脉注射磷酸盐缓冲液、无响应性能胶束装载苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PEG-CA8@PB、两亲性聚合物PO-PB、响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs(PB:5mgkg-1)后24h,可见,利用响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的体内治疗完全治愈率(CCR%)分析(n=6),高达80%。第一次激光照射后24h的免疫组化分析(caspase-3)(标尺=50μm)和注射后第13d代表小鼠的肿瘤轮廓(标尺=5mm)。t检验,*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001,所有的误差条都以标准差(SD)表示。进一步表明照射后24h的时间点检测到更多的caspase-3,响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs表现出优异的体内肿瘤的光热治疗效果。
对响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs蛋白冠效应逃逸效果和诊断性能测试:
体外效果评价:参见图19,结果显示了在周围有或者没有蛋白质电晕,都有着稳定的细胞摄取,证明响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs通过PH值响应释放苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB成功逃脱了蛋白质电晕效应。参见图20,荧光图像定量分析结果,显示周围蛋白冠对苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB的摄取显著降低;参见图21,苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB的统计定量分析,并通过吸光度强度的结果证明响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs蛋白电晕效应的逃逸。评价方法:将响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs与10%胎牛血清孵育2h后,然后观察响应性释放近红外光热剂的纳米复合物POPB@SPIOs和其他对照组无响应性能胶束装载苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PEG-CA8@PB、苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB和脱镁叶绿素(pheophoride a(Pa))a在不同条件处理(低pH值、低SA或/与FBS孵育)下的卵巢癌细胞摄取情况。
体内效果测试:参见图22,小鼠携带SKOV3肿瘤进行静脉注射响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs,并通过体内近红外荧光成像和T2加权加权的核磁成像实时成像观察,结果显示与自由苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB或纳米载体对照无响应性能胶束装载苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PEG-CA8@PB相比,响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB被释放,并在肿瘤中表现出一种特殊的聚集。参见图23,将无响应性能胶束装载苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PEG-CA8@PB与响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs不同时间点的定量分析结,用纳米载体和活性靶向作为改善措施。参见图24,为肿瘤组织的苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB浓度(1718±359ng*g-1),证实了苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB在肿瘤中显著聚集,实现高效的肿瘤近红外荧光和核磁成像诊断。
响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的安全性能测试:分别将小白鼠静脉注射响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs、无响应性能胶束装载苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PEG-CA8@PB或游离苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a Free PB(苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a PB浓度为5mgkg-1)后,连续15d称重20只小鼠。于第15天测定血生化指标。参见图25,为正常Balb/c小鼠获得的体重变化,结果表明响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs在550mgkg-1(小鼠体重)范围内对体内研究的安全性很高。参见图26,为磷酸盐缓冲液无响应性能胶束装载苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸aPEG-CA8@PB、两亲性聚合物PO-PB、响应性释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs加(+L,680nm激光照射(0.8W*cm-2,5min))或不加680nm激光照射(0.8W*cm-2,5min)治疗后的体重变化,表明正常组织中没有可见的毒性,进一步证明该释放近红外光热剂的纳米复合物PO-PB@SPIOs的安全性。
综上所述,本发明提供一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物、制备方法及应用,该纳米复合物不会像传统纳米颗粒在血液循环中会迅速形成蛋白质冠,而是通过特殊苯基硼酸组进行传递,苯基硼酸组基团在血液循环中的传递会受到保护,直到在肿瘤微环境被低pH值和酯酶共同触发暴露,释放靶向肿瘤细胞过表达的唾液酸,实现蛋白冠效应逃逸,提高近红外荧光(NIRF)/磁共振(MR)成像能力和光热治疗效果,可以实现对癌症的有效诊断和精确治疗。相对于单纯主动靶向的探针或无应答的纳米制剂具有更高的递送效率,选择性好,在安全性高,可用于癌症近红外荧光/核磁成像和光热治疗治疗,具有巨大的临床潜力。
以上所述的仅仅是本发明的较佳实施例,并不用以对本发明的技术方案进行任何限制,本领域技术人员应当理解的是,在不脱离本发明精神和原则的前提下,该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换,这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种响应性释放近红外光热剂的纳米复合物,其特征在于,该纳米复合物由两亲性聚合物负载超顺磁氧化铁自组装而成;所述两亲性聚合物的结构式如下:
2.一种如权利要求1所述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
制备具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物;
制备苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a;
利用具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a制备两亲性聚合物,并负载超顺磁氧化铁制备响应性释放近红外光热剂的纳米复合物;
其中,所述具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物的结构式如下:
所述苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a的结构式如下:
3.根据权利要求2响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,其特征在于,制备具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物的方法为:
步骤1.1)将胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH溶于DMF中,室温搅拌至反应完全,沉淀,洗涤,干燥,得到暴露出双氨基的第一代树状分子;
步骤1.2)将暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸和二异丙基二亚胺溶解于DMF中,室温下搅拌至反应完全,沉淀,干燥,得到具有四羟基结构的第二代树状分子;
步骤1.3)将具有四羟基结构的第二代树状分子、乙二酸-2,2-二(甲氧基)丙酸酐、N-(3-二甲氨基丙基)-N'-乙基二亚胺盐酸盐、4-(二甲氨基)吡啶溶于DMF、DMSO或甲醇溶剂中,氩气保护下室温反应完全,过滤,沉淀,真空干燥,溶于甲醇中,并加入Dowex H+型树脂,室温搅拌,除去甲醇,洗涤,得到具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物。
4.根据权利要求3所述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,其特征在于,步骤1.1)中,胺基聚乙二醇、6-氯-1二羟苯并三唑或二羟苯并三、二异丙基二亚胺和Fmoc-Lys(Fmoc)-OH的摩尔比为1:(1~5):(1~5):(1~5):(1~5);
步骤1.2)中,暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸和二异丙基二亚胺的摩尔比为1:(1~5):(1~5):(1~5);
步骤1.3)中,暴露出双氨基的第一代树状分子、6-氯-1二羟苯并三唑、二羟甲基丙酸和二异丙基二亚胺的摩尔比为1:(1~5):(1~5):(1~5);步骤1.3)中,具有四羟基结构的第二代树状分子与Dowex H+型树脂的质量比为1:1.5。
5.根据权利要求2所述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,其特征在于,制备苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a的方法为:
步骤2.1)将脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、N-羟基琥珀酰亚胺溶于DMF中,室温搅拌反应完全,得到反应混合液;
步骤2.2)向反应混合液中加入3-氨基苯硼酸一水合物,并在室温下搅拌反应完全,沉淀,层析纯化,得到苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a。
6.根据权利要求5所述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,其特征在于,步骤2.1)中,脱镁叶绿酸a、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺、和N-羟基琥珀酰亚胺的摩尔比为1:(1~5):(1~5);步骤2.2)中,3-氨基苯硼酸一水合物与脱镁叶绿酸a的摩尔比为(1~5):1。
7.根据权利要求2所述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,其特征在于,利用具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a制备两亲性聚合物,并负载超顺磁氧化铁制备响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的方法为:
步骤3.1)将具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a溶解在良溶剂中,并可加入超顺磁铁纳米粒,搅拌充分,蒸发获得均匀薄膜;
步骤3.2)将均匀薄膜溶于PBS溶液中,搅拌均匀,得到响应性释放近红外光热剂的纳米复合物。
8.根据权利要求7所述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,其特征在于,步骤3.1)中,四对顺式间位双羟基的合成聚合物和苯硼酸接枝焦脱镁叶绿酸a的摩尔比为(1:4)~(1:1);所述良溶剂为甲醇、乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氢呋喃、DMF和DMSO中的一种或多种;超顺磁铁纳米粒与具有四对顺式间位双羟基的合成聚合物的质量比小于1:5。
9.根据权利要求2-8任一项所述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物的制备方法,其特征在于,所述超顺磁铁纳米粒的尺寸为2.5~100nm。
10.如权利要求1所述的响应性释放近红外光热剂的纳米复合物在制备治疗和/或预防癌症药物中的应用。
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