CN116102521A - 一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物及制备方法和应用 - Google Patents
一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物及制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物及制备方法和应用,通过以下过程制备:亚甲基蓝在含有Na2S2O4和NaHCO3的CH2Cl2、H2O的混合溶液下,得到还原后的亚甲基蓝;还原后的亚甲基蓝与三光气在三乙胺的CH2Cl2溶液中反应,得到基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物。本发明的基于体内ROS响应的多功能前药递送化合物制备方法简单,易于实现,并且应用范围广。该送化合物能够用于构建“诊疗一体化”药物,利用该化合物所构建的探针分子能够改善纳米递送药物体系在诊疗一体化概念应用方面的生物毒性,同时扩充诊疗一体化概念的应用多元性。
Description
技术领域
本发明属于药物制备技术领域,涉及一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物及制备方法和应用。
背景技术
据2020年全球癌症死亡病例统计,我国每年因癌症死亡病例高达300余万,严重影响着国民的生命健康以及生活质量。其中,针对于癌症治疗,靶向疗法以及光动力疗法均取得了一定的治疗效力。二者联合,彼此改进对方的缺陷,可实现协同给药,产生更加高效的治疗效力。
光动力疗法(PDT)是新兴的治疗方式,其毒性小、收效快,重复应用不会产生耐药性,且在肿瘤性疾病的治疗中已经被批准用于临床应用中。其通过光敏剂在激光的照射下产生活性氧进而实现杀死肿瘤的目的。然而,目前PDT的临床应用仍面临这一定的挑战,主要问题是缺乏足够的靶向性。此外,靶向治疗虽然具有一定的治疗效力。但是,其在长期应用后,容易产生耐药性,这是由于靶标蛋白的代偿性激活所导致。因此,为了发挥更加高效的抗肿瘤治疗效力,将靶向治疗和光动力疗法进行联合,发挥各自优势,从而产生高效的治疗效力。此外,PDT的产生活性氧的效力受肿瘤微环境以及机体自身特异性的影响。因此,对于PDT效力的实时监控对于实现发挥高效抗肿瘤效果十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物及制备方法和应用,该多功能前药递送化合物的制备方法简单,易于实现,并且收率较高,可在制备抗肿瘤药物中应用。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物,多功能前药递送化合物的结构式如下:
一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的制备方法,包括如下步骤:
a)亚甲基蓝在含有Na2S2O4和NaHCO3的CH2Cl2、H2O的混合溶液下,得到还原后的亚甲基蓝;
b)还原后的亚甲基蓝与三光气在三乙胺的CH2Cl2溶液中反应,得到基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物,结构式如下:
进一步的,步骤a)的具体过程为:将亚甲基蓝溶解在CH2Cl2和H2O的混合溶液中,然后加入Na2S2O4和NaHCO3的混合粉末,搅拌使由蓝色变成卡其色,分离,得到还原后的亚甲基蓝。
进一步的,CH2Cl2和H2O的体积比为1:1;Na2S2O4和NaHCO3的物质的量的比为1:1,亚甲基蓝与CH2Cl2的用量比为1.56mmol:10mL,Na2S2O4与CH2Cl2的用量比为3.13mmol:10mL。
进一步的,步骤b)的具体过程为:将还原后的亚甲基蓝加入三乙胺溶液,冷却至0℃后加入三光气的CH2Cl2溶液,搅拌,得到基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物。
进一步的,还原后的亚甲基蓝、三乙胺与三光气的用量比为0.94mmol:1.31mmol:2.82mmol,还原后的亚甲基蓝与CH2Cl2的用量比为0.94mmol:10mL。
一种如上所述的一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物在制备用于治疗肿瘤的诊疗一体化药物中的应用。
进一步的,基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物修饰活性生物小分子或单克隆抗体药物分子。
进一步的,活性生物小分子为索拉菲尼或1-(4-氨基-3-(三氟甲基)苯基)-3-(4-(4-氧代-3,4,4a,8a-四氢喹唑啉-7-基)苯基)尿素,单克隆抗体药物分子为阿替珠单抗或贝伐珠单抗。
一种如上所述的一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物在在构建药物探针以及示踪方面的应用。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明通过亚甲基蓝、三光气合成基于体内ROS响应的多功能前药递送化合物,该分子能够化学修饰靶向抗肿瘤药物分子进而构建“诊疗一体化”药物,其进入体内,在活性氧的催化下,荧光开启进行标记示踪,同时脲基团在活性氧的作用下释放靶向抗肿瘤药物以及光动力基团(亚甲基蓝),在实现高效标记肿瘤的同时,联合靶向治疗以及光动力学治疗,从而实现诊疗一体化的目的。本发明的基于体内ROS响应的多功能前药递送化合物制备方法简单,易于实现,并且应用范围广。
本发明中的基于体内ROS响应的多功能前药递送化合物能够对靶向抗肿瘤药物分子进行化学共价修饰构建“诊疗一体化”药物,进而通过肿瘤(肝癌、肺癌、乳腺癌、宫颈癌、黑色素瘤、神经胶质瘤)微环境的刺激,触发荧光点亮进行肿瘤部位的荧光标记,同时释放靶向抗肿瘤药物分子,从而达到对肿瘤的标记示踪以及治疗。利用该化合物所构建的探针分子能够改善纳米递送药物体系在诊疗一体化概念应用方面的生物毒性,同时扩充诊疗一体化概念的应用多元性。本发明的基于体内ROS响应的多功能前药递送化合物能够用于构建“诊疗一体化”药物以及验证了该药物在实现诊断与治疗一体化的可行性。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的合成路线图;
图2为本发明提供的一种基于体内活性氧响应的QDAU5多功能前药递送化合物的合成路线图;
图3为本发明提供的一种基于体内活性氧响应的QDAU5多功能前药递送化合物经不同浓度H2O2处理后的荧光光谱图;
图4为本发明提供的一种基于体内活性氧响应的QDAU5多功能前药递送化合物经不同浓度HClO处理后的荧光光谱图;
图5为本发明提供的一种基于体内活性氧响应的QDAU5多功能前药递送化合物对不同种类细胞的细胞成像标记图;
图6为本发明提供的一种基于体内活性氧响应的QDAU5多功能前药递送化合物对不同种类肿瘤细胞的细胞增殖抑制效果定量图;
图7为本发明提供的一种基于体内活性氧响应的QDAU5多功能前药递送化合物对黑色素瘤细胞的光动力联合治疗下的细胞增殖抑制效果定量图;
图8为本发明提供的一种基于体内活性氧响应的QDAU5多功能前药递送化合物对黑色素瘤细胞的光动力联合治疗下的细胞水平ROS产生情况的细胞成像图。其中,(a)为0μM,(b)为0.1μM,(c)为1μM,(d)2μM,(e)为4μM。
其中,化合物1为亚甲基蓝,化合物2为二(三氯甲基)碳酸酯。试剂与条件:Na2S2O4,NaHCO3,TEA,0℃to rt,30min。
具体实施方式
下面结合附图和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。
本发明在小分子的基础上构建诊疗一体化分子,利用其实现标记及治疗的作用,以扩充诊疗一体化在癌症治疗方面的实现手段。
本发明通过使用为亚甲基蓝和二(三氯甲基)碳酸酯(三光气)合成一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物,该化合物可以用于化学修饰靶向抗肿瘤药物分子构建“诊疗一体化”药物。
本发明提供的基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的结构如下:
本发明所述的基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物名称为:3,7-双(二甲基氨基)-10H-吩噻嗪-10-碳酰氯。
本发明中的过夜是反应12h。
下面结合图1中所示的合成路线和具体的合成实施例来详细说明本发明提供的具有构建“诊疗一体化”药物的体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的制备方法。
参见图1,一种体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的制备方法,包括以下步骤
a)亚甲基蓝(MB)在含有Na2S2O4和NaHCO3的CH2Cl2、H2O的混合溶液下,得到还原后的亚甲基蓝(R-MB);
所述步骤a)的具体操作为:
将亚甲基蓝溶解在CH2Cl2和H2O的混合溶液中,然后加入Na2S2O4和NaHCO3的混合粉末,将其搅拌20min至水相中,使其由蓝色变成卡其色,分离有机相、水相,用CH2Cl2进行萃取,合并有机相,无水Na2SO4干燥有机相,即可得到还原后的亚甲基蓝。
b)还原后的亚甲基蓝与三光气(BTC)在三乙胺的CH2Cl2溶液中反应,得到基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物;
所述步骤b)的具体操作为:
将还原后的亚甲基蓝加入三乙胺溶液,将反应体系冷却至0℃,之后加入三光气的CH2Cl2溶液,将反应体系室温搅拌0.5h,即可得到基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物。
上述含有体内活性氧响应的多功能前药递送化合物在构建“诊疗一体化”药物方面的应用。
实施例1
该含有体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的制备过程如图1所示,
a)亚甲基蓝(MB)在含有Na2S2O4和NaHCO3的CH2Cl2、H2O的混合溶液下,得到还原后的亚甲基蓝(R-MB):
将亚甲基蓝(0.50g,1.56mmol)溶解在CH2Cl2(10mL)和H2O(10mL)的混合溶液中,然后加入Na2S2O4(0.54g,3.13mmol)和NaHCO3(0.26g,3.13mmol)的混合粉末,将其搅拌20min至水相中,使其由蓝色变成卡其色,分离有机相、水相,用CH2Cl2(30mL×3)进行萃取,合并有机相,无水Na2SO4干燥有机相,即可得到还原后的亚甲基蓝。
b)还原后的亚甲基蓝与三光气(BTC)在三乙胺的CH2Cl2溶液中反应,得到一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物,具体过程如下:
将还原后的亚甲基蓝(0.3g,0.94mmol)加入三乙胺溶液(0.08g,1.31mmol),将反应体系冷却至0℃,之后加入三光气(0.84g,2.82mmol)的CH2Cl2(10mL)溶液,将反应体系室温搅拌0.5h,即可得到一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物。重0.29g,收率88.69%。
LC-MS(ESI,m/z):348.26[M+H]+,346.29[M-H]--。
含有体内活性氧响应的多功能前药递送化合物能够在诊疗一体化方面应用。
本发明利用体内活性氧响应的多功能前药递送化合物化学修饰靶向抗肿瘤药物分子QDAU5(QDAU5全称为1-(4-氨基-3-(三氟甲基)苯基)-3-(4-(4-氧代-3,4,4a,8a-四氢喹唑啉-7-基)苯基)尿素),构建了QDAU5“诊疗一体化”药物分子,并且利用其对一些肿瘤细胞进行示踪定位成像分析及活性筛选。
QDAU5“诊疗一体化”药物分子的构建(参见图2):将氨基末端的QDAU5(0.05g,0.11mmol)、PyBop(1H-苯并三唑-1-基氧三吡咯烷基六氟磷酸盐,0.12g,0.23mmol)溶解于无水CH2Cl2(20mL)中,0℃下缓慢滴加三乙胺(0.046g,0.46mmol)室温搅拌3min后,加入丙二酸(0.04g,0.34mmol)室温反应过夜,TLC监测反应直至反应完成,利用旋转蒸发仪旋除溶剂,加入适量H2O,接下来加入二氯甲烷(20mL)进行萃取,收集有机相,然后利用饱和NaCl(20mL×3)进行洗涤,收集有机相。最后,加入适量Na2SO4室温搅拌4h,利用旋转蒸发仪进行浓缩,进而利用60-100目硅胶进行拌样,经色谱柱纯化(石油醚:乙酸乙酯(v:v)=1:1)得到羧基末端的QDAU5分子;
接下来,将羧基末端的QDAU5分子(0.04g,0.07mmol)、EDC·HCl(1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐,0.01g,0.05mmol)、HOBt(1-羟基苯并三唑,0.008g,0.05mmol)溶解于无水CH2Cl2(20mL)中,0℃下缓慢滴加三乙胺(0.015g,0.15mmol)室温搅拌30min后,加入(2-(羟甲基)苯基)氨基甲酸叔丁酯,室温反应过夜,TLC监测反应直至反应完成,利用旋转蒸发仪旋除溶剂,加入适量H2O,接下来加入二氯甲烷(20mL)进行萃取,收集有机相,然后利用饱和NaCl(20mL×3)进行洗涤,收集有机相。最后,加入适量Na2SO4室温搅拌4h,利用旋转蒸发仪进行浓缩,进而利用60-100目硅胶进行拌样,经色谱柱纯化(石油醚:乙酸乙酯(v:v)=10:1)得到含有Boc末端的QDAU5分子;
将含有Boc末端的QDAU5分子(0.01g,0.02mmol)溶于10mL无水CH2Cl2中,0℃下缓慢滴加3mL三氟乙酸,将其搅拌1h之后置于室温搅拌过夜。TLC监测反应直至反应完成,利用旋转蒸发仪旋除溶剂,加入适量H2O,接下来加入二氯甲烷(20mL)进行萃取,收集有机相,然后利用饱和NaCl(20mL×3)进行洗涤,收集有机相。最后,加入适量Na2SO4室温搅拌4h,利用旋转蒸发仪进行浓缩,进而利用60-100目硅胶进行拌样,经色谱柱纯化(石油醚:乙酸乙酯(v:v)=10:1)得到脱除末端Boc的QDAU5分子;
最后,将脱除末端Boc的QDAU5(0.01g,0.02mmol)、三乙胺(0.005g,0.04mmol)加入到基于体内ROS响应的前药递送系统中(0.01g,0.04mmol)中,室温搅拌过夜后,向上述反应体系中加入CH2Cl2(20mL),然后加入适量H2O,利用二氯甲烷(20mL×3)进行萃取,收集有机相,然后利用饱和NaCl(20mL×3)进行洗涤,收集有机相。最后,加入适量Na2SO4室温搅拌4h,利用旋转蒸发仪进行浓缩,进而利用60-100目硅胶进行拌样,经色谱柱纯化(石油醚:乙酸乙酯(v:v)=1:1)得到基于体内活性氧响应的QDAU5“诊疗一体化”药物分子。
含有基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物构建的“诊疗一体化”药物分子在可视化活性氧含量方面的应用。
在此,选择利用不同浓度的活性氧分子H2O2以及HClO进行荧光定量可视化活性氧含量的确定。
具体实操步骤如下:
陪着不同浓度的活性氧分子系统:以H2O2以及HClO作为活性氧试剂进行考察,分别利用纯水对其浓度进行稀释,构建出含有不同浓度的活性氧的体系。其浓度分别为:0.1μΜ、0.5μΜ、1.25μΜ、2.5μΜ、5.0μΜ、10μΜ、20μΜ。
荧光点亮效果考察:分别移取3mL的待测溶液,向其体系中加入1mL QDAU5功能分子,将其在室温条件下进行混匀,然后将其移动至37℃恒温孵育箱中进行孵育30min,之后利用荧光分光光度计进行荧光光谱扫描并确定其在最大荧光波长下荧光强度以此确定荧光强度与活性氧含量之间的量效关系。
结果如下图3、图4所示,随着H2O2、HClO浓度的增加,荧光强度越来越强,呈现出了一定的浓度依赖性。其对于HClO的敏感性更强于H2O2。总体而言,我们构建的基于活性氧响应的诊疗一体化分子可以在活性氧存在条件下实现较好的红外区的荧光点亮,且随着活性氧含量的增加荧光强度逐渐变强。
含有基于活性氧响应的多功能前药递送化合物构建的“诊疗一体化”靶向抗肿瘤药物分子在原位肿瘤成像方面的应用。
利用上述设计合成的QDAU5“诊疗一体化”药物分子对EA.hy926细胞(肿瘤细胞)以及正常肝细胞(L02)进行成像分子。
荧光点亮效果考察:将完全贴壁的细胞更换培养基,加入功能化分子与细胞进行孵育,每孔探针浓度为4μM,37℃孵育2h,利用PBS洗涤三次细胞,除去过量探针分子。洗涤完成后,在室温下,在细胞中加入1mL 3.7%多聚甲醛(925μL 4%多聚甲醛+75μL PBS),固定30min,用PBS洗涤两次(轻微搅拌1-2分钟),并在室温下用含有0.1%Triton X-100的PBS溶液透化10min。然后用PBS将细胞洗涤两次,缓慢搅拌1min,在室温下,用含2%BSA的PBS(含0.05% Tween-20)封闭30min,并用PBS(含0.05% Tween-20)洗涤两次。每次5min,轻轻晃动。在各组加入5μL抗荧光淬灭封片剂,周围加指甲油封片。最后进行荧光显微镜进行检测:细胞成像结果如图5所示,探针浓度为4μM,从图5可以看出,功能分子实现选择性高效标记肿瘤细胞,说明构建的探针可以实现“诊疗一体化”中的标记即诊断一步。
含有基于活性氧响应的多功能前药递送化合物构建的“诊疗一体化”靶向抗肿瘤药物分子在抗肿瘤活性方面的应用。
由于该部分发挥光动力治疗以及靶向治疗作用。因此,需要对光动力学活性以及靶向治疗效果均进行考察分析。
利用上述设计合成的利尼伐尼“诊疗一体化”药物分子对HT-29细胞(人结肠癌细胞)、HepG2(人肝癌细胞)、U87(人神经胶质瘤细胞)、B16-F10(小鼠黑色素瘤细胞)进行增殖抑制分析评价。
利用MTT对其进行活性评价:
1)细胞种板:96孔板种板,每孔细胞密度为1×105细胞/mL,每孔加入180μL细胞悬液,37℃孵育过夜。
2)细胞给药:设置6个浓度梯度,分别为20μM,4μM,0.8μM,0.16μM,0.032μM,0.0064μM,每个孔加入20μL,37℃孵育48h;
3)细胞给MTT:每孔加入22μL,37℃孵育4h;
4)细胞处理:吸去每孔液体,加入150μL DMSO,室温于摇床上孵育10min。
6)吸光度测定:将96孔板置于酶标仪上测定其在490nm处的吸光度。
7)抑制率计算:抑制率=(阴性孔OD-给孔OD)/(阴性孔OD-空孔白OD)
对于光动力联合治疗下的细胞增殖抑制实验与上述操作不同之处在于:药物处理12h后,对细胞进行激光(650nm)照射10min,之后将其移至细胞培养箱中继续孵育36h。其余步骤与上述步骤一致,不做任何赘述。
细胞增殖抑制结果如图6所示,构建的探针分子表现出与阳性药物分子近似的抗细胞增殖活性,且对于B16-F10细胞表现出较为优越的治疗效果。光动力联合治疗结果如图7所示:在激光照射后,探针分子表现出更优的抗细胞增殖抑制活性。接下来,对光动力学特性方面,主要对体内外活性氧的产生情况进行考察分析。
利用ROS检测试剂盒对细胞内ROS的产生情况进行考察:
将完全贴壁的细胞更换培养基,加入功能化分子与细胞进行孵育,每孔探针浓度为4μM、2μM、1μM、0.1μM。37℃孵育4h。按照1:1000用无血清培养液稀释DCFH-DA,使其终浓度为10μmol·L-1,去除细胞培养基,加入适当体积稀释好的DCFH-DA溶液,37℃中孵育20min,之后利用无血清细胞培养基洗涤细胞3次,以充分除去未进入细胞中的DCFH-DA。最后进行荧光显微镜进行检测:细胞成像结果如图8中(a)、(b)、(c)、(d)和(e)所示,随着浓度的增加,细胞水平ROS产生量逐渐增多,具有强烈的抗肿瘤效果。
以上结果即可表明构建的探针分子可以实现“诊疗一体化”概念中治疗一步。
本发明的基于亚甲基蓝类光敏剂的肿瘤活性氧响应的多功能前药递送化合物,通过与靶向药物分子进行链接构建兼具“诊断治疗一体化”的双功能药物递送系统,其在进入肿瘤靶向部位后,通过激光照射产生少量活性氧,释放出光动力基团以及靶向基团,从而点亮光动力基团的荧光特性,在实现高效特异性标记肿瘤的同时,发挥光动力基团的光动力治疗活力以及靶向分子的靶向抗肿瘤活力,从而产生更加高效的抗肿瘤效力。
本发明的基于体内活性氧ROS响应的多功能前药递送化合物应用范围较广,为一类通用型,可以用于修饰具有抗肿瘤活性的活性生物小分子如索拉菲尼,QDAU5等,也可以用于修饰具有治疗作用的单克隆抗体药物分子,例如抗血管生成类单克隆抗体药物贝伐珠单抗等,PD1/PDL1单克隆抗体药物阿替珠单抗等。本发明的基于体内ROS响应的多功能前药递送化合物用于化学修饰靶向抗肿瘤药物分子,并且可以用于验证基于体内ROS响应的多功能前药递送化合物构建的探针实现高效“诊疗一体化”的可行性。通过活性氧的产生激活荧光,通过荧光信号的强弱实时反映光动力学治疗效力,二者联合以期可以实现实时监控光动力学治疗效力的同时联合靶向疗法发挥高效的抗肿瘤效力。
在本发明中应用实例验证只考察了QDAU5,其具有显著的抗血管生成作用,对黑色素瘤表现出较强的杀伤作用。
Claims (10)
3.根据权利要求2所述的基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的制备方法,其特征在于,步骤a)的具体过程为:将亚甲基蓝溶解在CH2Cl2和H2O的混合溶液中,然后加入Na2S2O4和NaHCO3的混合粉末,搅拌使由蓝色变成卡其色,分离,得到还原后的亚甲基蓝。
4.根据权利要求3所述的基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的制备方法,其特征在于,CH2Cl2和H2O的体积比为1:1;Na2S2O4和NaHCO3的物质的量的比为1:1,亚甲基蓝与CH2Cl2的用量比为1.56mmol:10mL,Na2S2O4与CH2Cl2的用量比为3.13mmol:10mL。
5.根据权利要求2所述的基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的制备方法,其特征在于,步骤b)的具体过程为:将还原后的亚甲基蓝加入三乙胺溶液,冷却至0℃后加入三光气的CH2Cl2溶液,搅拌,得到基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物。
6.根据权利要求5所述的基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物的制备方法,其特征在于,还原后的亚甲基蓝、三乙胺与三光气的用量比为0.94mmol:1.31mmol:2.82mmol,还原后的亚甲基蓝与CH2Cl2的用量比为0.94mmol:10mL。
7.一种如权利要求1所述的一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物在制备用于治疗肿瘤的诊疗一体化药物中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用,其特征在于,基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物修饰活性生物小分子或单克隆抗体药物分子。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,活性生物小分子为索拉菲尼或1-(4-氨基-3-(三氟甲基)苯基)-3-(4-(4-氧代-3,4,4a,8a-四氢喹唑啉-7-基)苯基)尿素,单克隆抗体药物分子为阿替珠单抗或贝伐珠单抗。
10.一种如权利要求1所述的一种基于体内活性氧响应的多功能前药递送化合物在在构建药物探针以及示踪方面的应用。
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