CN116396358A - 一种骨靶向纳米脂质颗粒的制备及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医药领域,涉及一种骨靶向纳米脂质颗粒的制备及应用。本发明公开了一种包含式S5结构化合物的骨靶向脂质颗粒,还公开了包含该骨靶向脂质颗粒和包裹其内的活性药物分子的骨靶向药物。本发明的骨靶向纳米脂质颗粒,具有良好的骨亲和力,靶向性好,可以靶向到骨骼的各种表面,能满足装载各种治疗骨病药物的需求。
Description
技术领域
本发明属于生物医药领域,涉及一种骨靶向纳米脂质颗粒的制备及应用。
背景技术
骨相关疾病包括骨质疏松症、骨折、骨坏死、骨肿瘤等,是一类影响骨骼结构和功能的疾病。因此,优化治疗效果,预防和治疗骨相关疾病是非常重要的。然而,目前的治疗方法存在许多局限性和困难。现有的治疗主要包括运动、补钙、绝经后雌激素治疗、降钙素治疗,以及使用双膦酸盐(BP)、甲状旁腺激素(PTH)或钙三醇等,其主要机制为抑制骨吸收或促进骨形成,但往往伴有副作用、效果低下或给药不便等问题。随着核酸类药物的发展,其作为一种新型的治疗手段,它们可以通过调节基因表达或功能来治疗各种疾病,如癌症、病毒感染和遗传性疾病,能够针对传统的小分子或蛋白质/抗体类生物制剂无法作用的靶点。其主要的作用机制可以分为RNA干扰、RNase H介导的降解、剪接调节、非编码RNA抑制、基因激活或编辑等过程来影响基因表达或功能。因此核酸类药物在治疗骨相关的疾病方面具有巨大的潜力,因为可以调节骨代谢和骨重塑过程中涉及的关键基因和细胞功能,如甲状旁腺激素、双膦酸盐、成骨细胞和破骨细胞等。
同时,由于骨组织的特殊性质,如硬度、血流量低、结构复杂等,使得药物难以到达目标部位,也增加了治疗的难度。对于核酸类药物,其稳定性、免疫激活、细胞内化和靶向的解决也决定了其临床转化的可能。因此,开发新型的递送系统,能够有效地将药物输送到骨组织,并实现持续和可控制的释放,是解决骨相关疾病治疗问题的重要途径。
脂质纳米颗粒(Lipid nanoparticles,LNPs)是一种利用脂质材料制备的能够携带各种药物的载体系统。LNPs具有优良的生物相容性、稳定性和靶向性,可以有效地保护和输送药物到细胞内。LNPs在药物递送领域有着广泛的应用,尤其是在核酸类药物的递送方面,LNPs已经成功地进入临床。此外,LNPs的构效关系研究表明,不同的脂质结构及组成,对其在体内不同器官的靶向起决定性作用,影响其在体内的治疗效果。
发明内容
一方面,本申请提供了式S5结构的化合物:
一方面,本申请提供了所述的式S5结构的化合物在制备骨靶向脂质颗粒中的应用。
一方面,本申请提供了一种骨靶向脂质颗粒,包含具有式S5的化合物和脂质组合物。
骨病状态会导致局部炎症和/或使羟基磷灰石(HAp)暴露于血液中。HAp与血液的接触为靶向提供了独特的可能性。靶向化合物与骨的无机HAp成分结合,表现出独特的结合亲和力,这可能影响它们最适合的疾病状态。
在一些实施方案中,所述脂质组合物包括SM102,DSPC,Cholesterol和DMG-PEG2000。
在一些实施方案中,所述SM102,DSPC,Cholesterol和DMG-PEG2000的摩尔比为:(30-70):(5-15):(30-45):(1-2)。在一些实施方案中,所述摩尔比还可以是:(40-60):(8-12):(35-40):(1.2-1.8)。
在一些实施方案中,所述SM102,DSPC,Cholesterol和DMG-PEG2000的摩尔比为:50:10:38.5:1.5。
在一些实施方案中,所述式S5的化合物的含量为10-40 mol/%;在一些实施方案中,所述式S5的化合物的含量为15-25 mol/%;在一些实施方案中,所述式S5的化合物的含量为18-27mol/%;在一些实施方案中,所述式S5的化合物的含量为17-23mol/%;在一些实施方案中,所述式S5的化合物的含量为25-35 mol/%;在一些实施方案中,所述式S5的化合物的含量为28-37 mol/%;在一些实施方案中,所述式S5的化合物的含量为27-32 mol/%;在一些实施方案中,所述式S5的化合物的含量为20-30 mol/%。
一方面,本申请提供了所述的骨靶向脂质颗粒的制备方法,将式S5的化合物和脂质组合物加入到包含四氢呋喃和乙醇的混合溶剂中,制备混合物;对混合物进行微流控制备所述的骨靶向脂质颗粒。
在一些实施方案中,所述混合溶剂中,四氢呋喃和乙醇的体积比为:(1-3):(1-2)。在一些实施方案中,所述混合溶剂中,四氢呋喃和乙醇的体积比为(1.5-2.5):(1-2);在一些实施方案中,所述混合溶剂中,四氢呋喃和乙醇的体积比为(1-3):(1.2-1.8);在一些实施方案中,所述混合溶剂中,四氢呋喃和乙醇的体积比为(1.5-2.5):(1-2)。在一些实施方案中,所述混合溶剂中,四氢呋喃和乙醇的体积比为1:1。在一些实施方案中,所述混合溶剂中,四氢呋喃和乙醇的体积比为2:1。在一些实施方案中,所述混合溶剂中,四氢呋喃和乙醇的体积比为1:2。
一方面,本申请提供了一种预溶混合物,包含具有式S5的化合物和溶剂;溶剂为包含四氢呋喃和乙醇的混合溶剂。
一方面,本申请提供了所述的骨靶向脂质颗粒在制备靶向骨的制剂中的应用。
在一些实施方案中,所述的靶向骨的制剂为:
i) 特异性靶向骨细胞或者骨组织的靶向性药物;
ii)特异性诊断骨疾病的诊断试剂;
iii)骨细胞、组织或活体定位成像制剂;或
iv)捕获或提取待测样品中的骨细胞或组织的制剂。
一方面,本申请提供了一种骨靶向药物,所述药物包括所述的骨靶向脂质颗粒,以及包裹在所述骨靶向脂质颗粒的活性药物分子。
在一些实施方案中,所述活性药物分子选自治疗骨质疏松、骨折愈合障碍、肿瘤骨转移、骨折、骨缺损修复、骨质增生、异位骨化、骨炎、关节炎、骨疼痛、关节疼痛的药物。
一方面,本申请提供了式S4结构的化合物:
在一些实施方案中,本申请提供了所述的式S5化合物的制备方法,以式S4所示的化合物为原料,通过以下的脱甲基反应制备而来:
附图说明
图1为实施例1中化合物S5的合成路线。
图2为实施例1中化合物S2核磁分析结果。
图3为实施例1中化合物S4核磁分析结果。
图4为实施例1中化合物S5核磁分析结果。
图5实施例1中化合物S5高分辨率质谱分析结果。
图6为实施例5中注射SM102配方LNP药物的小鼠活体成像结果;本实验共选取两只小鼠进行重复实验,活体成像选择其中一只分别测对应的时间点的荧光信号。
图7为实施例5中注射SM102配方LNP药物的小鼠离体器官成像结果;本实验共选取两只小鼠进行重复实验,在注射药物24小时后分离小鼠的不同器官并对其进行离体器官成像检测荧光信号。
图8为实施例5中注射添加化合物S5配方LNP药物的小鼠活体成像结果;本实验共选取两只小鼠进行实验,分别测对应时间点的活体荧光信号,其中每个时间点的左边的鼠注射为20 mol%化合物S5添加的LNP,右边的鼠注射为30 mol%化合物S5添加的LNP。
图9为实施例5中注射添加化合物S5配方LNP药物的小鼠离体器官成像结果;本实验共选取两只小鼠进行实验,在注射药物24小时后分离小鼠的不同器官并对其进行离体器官成像检测荧光信号,其中鼠1的器官来源为注射为20 mol%化合物S5添加的LNP药物鼠,鼠2的器官来源为注射为30 mol%化合物S5添加的LNP药物鼠。
图10为实施例5中注射SM102配方和添加化合物S5配方的LNP药物靶向到不同骨组织中的荧光信号值比较。
具体实施方式
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案,具体实施例不代表对本发明保护范围的限制。其他人根据本发明理念所做出的一些非本质的修改和调整仍属于本发明的保护范围。
如本文所用,术语“摩尔百分比”(即,mol%)是本领域技术人员熟知的,并且特定成分的mol%意指特定成分的量(以摩尔表示)除以所有成分的总量(包括所述特定的成分),转化成百分比。mol%的概念与摩尔分数直接有关。
通用的材料和方法
1.LNP制备方法
SM102配方的LNP的N/P比为3,以该比例为示例计算包裹0.5 mg RNA所需各组分的添加量以及LNP的制备过程。
(1)RNA碱基平均分子量为:324g/mol,每个碱基携带1个磷酸P,因此RNA中的含磷量为:1/324=3.1nmol/μg=0.0031mol/g。
(2)计算N/P比时,仅计算主要脂质中的N原子数,因此每mol混合脂质中含有0.5mol N。
(3)根据N/P=3,包载0.5mg RNA所需脂质为:
(4)计算各组分的添加质量,如表1所示:
表1
名称 | SM-102 | PEG2000 | DSPC | CHOLESTEROL |
分子量(mg/mmol) | 710.17 | 2509.2 | 790.l5 | 386.66 |
摩尔百分比 | 50% | 1.5% | 10% | 38.5% |
每mmol投入量(mg) | 355.085 | 37.638 | 79.015 | 148.8641 |
(5)混合表1中各组分并加入四氢呋喃乙醇溶解,配制成脂质浓度为12 mM的溶液。
(6)待包裹的RNA溶液配制,往0.5mg的干粉RNA中加入1.5 mL浓度为10mM且pH值为4的柠檬酸溶液制成待包裹的RNA溶液。
(7)分别将步骤(5)和(6)的溶液通过0.22 μm滤膜过滤。
(8)吸入0.5 mL过滤后步骤(5),1.5 mL过滤后步骤(6)的溶液到注射器中,排除气泡。
(9)将注射器连接到进样口,设定流速为12 mL/min,完成包裹RNA的LNP(RNA-LNP)的制备。
2.LNP包封率测定
(1)根据测定试剂盒Quant-iT™ RiboGreen® RNA说明书配制溶液及RNA标准曲线。
(2)LNP破乳,将TritonX-100用1×TE稀释到2%,取100μl加入微孔板中,加入1 μl制备好的RNA-LNP,处理5min,加入100μl 200× diluted Quant-iT RiboGreen Reagent。
(3)LNP游离核酸测定,把制备好的样品加入到微孔板中检测荧光强度,激发光波长为480nm,发射光波长为520nm。
(4)计算公式,载药量=破乳后读值-破乳前读值,包封率(%)=载药量/破乳后读值。
3.小鼠体内注射给药包裹了RNA的LNP。
(1)小鼠准备,选择6周龄雄性C57BL/6小鼠,体重为20g左右。
(2)用生理盐水把包裹了RNA的LNP药物稀释到200uL,制备成含有5 μg/μL RNA浓度的药物。
(3)采用尾静脉注射的方式把步骤(2)中的200 uL药物注射到小鼠体内,给药剂量为5 mg/kg(包裹在LNP中的RNA药物剂量,例如20g小鼠则需要0.1 mg RNA药物)。
4.成像检测
(1)器官取样,采用小动物剃毛器对小鼠腹部进行备毛,尽可能将毛剔除干净避免剃伤皮肤,采用异氟烷气体吸入麻醉,麻醉后对小鼠进行解剖并分离主要器官,用PBS进行清洗并放入平皿中进行成像检测。
(2)成像检测,用小动物活体成像仪perkinEImer,IVIS Lumina III按照仪器说明进行器官成像检测Cy3荧光。
实施例1 合成单体为天冬氨酸的酸性寡肽衍生的胆固醇类似物S5
材料与试剂
原材料:N-苄氧羰基-天冬氨酸,天冬氨酸二甲酯盐酸盐,N-羟基丁二酰亚胺(NHS),二环己基碳二亚胺(DCC),三乙胺(NEt3),钯碳(Pd/C),2-(7-偶氮苯并三氮唑)-N,N,N',N'-四甲基脲六氟磷酸酯(HATU),二异丙基乙胺(DIPEA),聚乙烯(PE),醋酸乙酯(EA),苄氧基炭基保护基(Cbz),氢氧化锂(LiOH),石胆酸,胆固醇,磷脂(DSPC),聚乙二醇脂质(DMG-PEG2000),阳离子脂质(SM-102)分别从安耐吉,Sigma试剂产商购买;以及溶剂二氯甲烷(DCM),氯仿(CHCl3),甲醇(MeOH),N,N-二甲基甲酰胺(DMF),四氢呋喃(THF),pH=4的枸橼酸缓冲液都统一从试剂供应商处购买,直接使用。
1H NMR(400 MHz)谱图是采用Bruker AscendTM400 进行测量和采样分析的,高分辨质谱谱图是通过Waters SYNAPT G2 进行测量和采样分析的。
以天冬氨酸作为酸性寡肽化合物的单体,合成具有靶向功能的脂质体化合物,具体合成路线如下:
具体步骤为:
1)将原料N-苄氧羰基-天冬氨酸(S1,2.0g),和天冬氨酸二甲酯盐酸盐(2.5equiv.,3.7g)称量在圆底烧瓶中,用DCM(30 mL)溶解,冰浴搅拌条件下加入NHS(2.2equiv.,1.9g),NEt3(2.2 equiv.,1.7g),DCC(2.2 equiv.,3.4g),随后自然升至室温,搅拌24小时后TLC点板监测反应完全。将浑浊反应体溶液进行过滤,滤饼用DCM洗涤三次,合并所有的DCM滤液。随后依次用2mol/L盐酸水溶液,饱和碳酸氢钠水溶液和饱和NaCl水溶液对滤液进行洗涤,洗涤后的DCM溶液用无水硫酸钠干燥,后经过滤真空浓缩得到3.0g白色的S2固体。
S2化合物的核磁分析结果如图2所示,具体核磁分析结果为1H NMR (500 MHz,CDCl3) δ 7.62 – 7.54 (m, 1H),7.38 – 7.34 (m, 4H),7.34 – 7.30 (m, 1H),6.73 (d,J = 8.0 Hz, 1H),6.25 (d, J = 8.0 Hz, 1H),5.13 (s, 2H),4.84 – 4.80 (m, 2H),4.60 (s, 1H),3.75 – 3.72 (m, 6H),3.69 – 3.68 (m, 6H),3.02 – 2.92 (m, 3H),2.86– 2.79 (m, 2H),2.68 – 2.63 (m, 1H)。
2)将称量好的化合物S2(2.0g)以及10%(w/w)的Pd/C粉末置于干燥的圆底烧瓶,并用氢气置换掉体系中的空气,随后加入10 mL的MeOH溶剂,并在氢气条件下持续反应。4h后TLC点板监测反应完全,用硅藻土过滤浑浊反应液,真空浓缩掉MeOH溶剂,即得到化合物S3粗品,不纯化直接进行下一步反应。
3)将石胆酸(0.95 equiv.,420mg)溶于5mL体积的DMF,并在冰浴条件下加入DIPEA(4.3 equiv.,660mg),HATU(1.2 equiv.,540mg),维持温度搅拌30min;随后加入化合物S3(500mg),室温反应过夜。反应完全后,反应混合物用30mL体积EA稀释,依次用20mL 10%柠檬酸溶液,20mL饱和碳酸氢钠溶液和20mL饱和氯化钠溶液萃取两次,有机相用无水硫酸钠干燥,过滤旋干。以混合溶剂(PE:EA=2:1):(DCM:MeOH=20:1)=2:1等梯度过柱得到400mg化合物S4,取纯净的化合物S4进行下一步的脱甲基反应。
化合物S4的核磁分析结果如图3所示,具体核磁分析结果为1H NMR (400 MHz,CDCl3) δ 7.72 (d, J = 8.2 Hz, 1H),7.20 (d, J = 7.4 Hz, 1H),7.03 (d, J = 8.0Hz, 1H),4.87 – 4.78 (m, 3H),3.77 – 3.73 (m, 6H),3.70 (s, 6H),3.66 – 3.58 (m,2H),3.01 – 2.79 (m, 6H),2.63 – 2.58 (m, 1H),2.33 – 2.27 (m, 1H),2.16 – 2.10(m, 1H),1.89 – 1.04 (m, 33H)。
4)称取化合物S4(400mg),用3mL体积THF溶解,加入LiOH(6.0equiv.,130mg)配制的水溶液,反应2小时,待反应完全,调节至PH5-6,产物大量析出,直接过滤,干燥后得化合物S5(130mg)为白色固体。
化合物S5的核磁分析结果如图4所示,具体核磁分析结果为1H NMR (400 MHz,MeOD) δ 4.77 – 4.70 (m, 4H),3.62 – 3.42 (m, 2H),2.87 – 2.77 (m, 6H),2.32 –2.27 (m, 1H),2.18 – 2.13 (m, 1H),1.96 – 1.85 (m, 3H),1.83 – 1.73 (m, 4H),1.65– 1.56 (m, 3H),1.48 – 1.24 (m, 18H),1.18 – 1.07 (m, 6H)。
化合物S5的高分辨率质谱分析结果如图5所示。
实施例2 酸性寡肽衍生的胆固醇类似物S5能在合适的溶剂中完全溶解
对实施例1制备的S5的脂溶性和水溶性进行了相应的测试。以3mg化合物S5为例,常用的脂溶性溶剂乙醇(0.5 ml)和常用的水相溶(0.5 ml)剂均不能完全溶解。
进一步发现四氢呋喃(THF)和氯仿(CHCl3)也不能高效的将其溶解。
进一步发现当使用四氢呋喃(THF)和乙醇(EtOH)为混合溶剂,无论是以体积比1 :1、2 : 1或1 : 2进行溶解时,目标化合物S5都可以完全溶解,检测结果如表2。
表2. S5化合物的溶解性
实施例3 酸性寡肽衍生的胆固醇类似物S5与LNP的兼容性
以SM102 LNP配方(SM102:DSPC:Cholesterol:DMG-PEG2000)投料比(摩尔比)为50 : 10 : 38.5 : 1.5)为模板,以不同的摩尔百分比对化合物S5进行添加,添加摩尔当量比分别为10 mol%,20 mol%,30 mol%,同时对不同的混合溶剂比例进行了对比。并通过马尔文粒径仪对其质量进行检测,检测结果如表3。
在一定条件下,S5可以成功地与LNP兼容,形成稳定的脂质纳米颗粒(粒径大小在50 nm到100 nm之间,且粒径大小分布为单个峰图,则表征为稳定的状态)。在4℃条件下存放一周,再次进行粒径大小检测,若与刚制备完成时参数一致则表明S5与LNP的兼容性高且其稳定性高。
表3. 化合物S5与LNP的兼容性
溶剂 | EtOH:THF(1:1) | EtOH:THF(2:1) | EtOH:THF(1:3) |
S5(10 mol%) | × | × | × |
S5(20 mol%) | × | √ | √ |
S5(30 mol%) | √ | √ | √ |
√: 代表能制备出稳定的脂质纳米颗粒;
×:代表不能制备出合格的脂质纳米颗粒或者制得的脂质纳米颗粒7天内不稳定。
实施例4 骨靶向LNP及SM102配方LNP颗粒的制备及表征
SM102配方制备的LNP可以把药物递送到肝脏组织。
为了对比添加了S5化合物之后的LNP靶向位置,本实施例分别制备了SM102配方LNP及以SM102配方为模板,以20 mol%和30 mol%的化合物S5进行添加,以9.0 mg/ml的脂质体总浓度,在微流控设备中,以3:1的流速比(脂溶剂:EtOH/THF=2:1;水相:pH=4的枸橼酸Buffer溶液),12ml/min的流速,制备骨靶向递送LNP配方。
通过微流控形成的空纳米颗粒大小均一,且粒径大小及其分布均符合制剂要求。其具体测量粒径和PDI数值为:57nm,0.17;72nm,0.15。
随后采用上述的比例配方对一种带有cy3荧光标记的核酸(序列为cy3-ACAUAAUUUAGACGUAAGCAAUGCCAUCAC)作为信号物质,进行了SM102配方LNP及分别添加20mol%和30 mol%化合物S5的LNP颗粒制备。
制备好包裹了荧光标记的核酸的LNP分别按包封率测定的试剂盒进行其包封率测定(具体步骤见“通用的材料和方法”),按Malvern动态光散射仪说明书方法测定LNP的粒径(单个LNP的直径长度)及PDI(粒径分布指数)值,得到的最终LNP的参数如表4所示。
表4. SM102及添加化合物S5的LNP表征参数
实施例5 不同配方LNP的小鼠体内实验
本实施例旨在验证未添加化合物S5的标准SM102配方的LNP核酸药物在小鼠体内的靶向器官,以及添加了不同比例化合物S5制备的基于SM102配方的LNP递送核酸药物到小鼠体内的器官靶向差异。
本实施例统一选用6周龄的雄性C57BL/6小鼠,尾静脉注射方式给药5mpk(mg/kg),分别在1,2,4,6,18,24小时对小鼠进行活体成像,检测药物的分布情况;并在24小时取不同器官的组织,进行组织荧光成像,检测核酸药物在不同组织中的分布情况。
结果表明,SM102标准配方的LNP注射后6小时内小鼠腹部及四肢都可检测到比较强的荧光信号,而18小时到24小时后荧光明显减弱或消失(如图6所示),此时的药物主要进入到靶器官。通过分离小鼠的不同器官(包括肝、股骨、胫骨)并成像可知,在两只鼠中只能检测到肝脏中有强的荧光信号,而股骨和胫骨中均无荧光信号(图7所示)。
而添加了20 mol%和30 mol%的化合物S5的LNP注射后6小时内小鼠腹部及四肢可以检测到比较强的荧光信号,18小时到24小时后荧光明显减弱(如图8所示)。分离不同器官并成像可知,除了肝脏外还可以在股骨及胫骨检测到明显的荧光信号,该结果表明添加了不同浓度的化合物S5可将包裹了核酸药物的LNP靶向到骨组织(如图9所示)。通过直接测量靶器官的荧光强度可对比加入化合物S5前后的骨靶向效果如图10所示。
Claims (14)
2.如权利要求1所述的化合物在制备骨靶向脂质颗粒中的应用。
3.一种骨靶向脂质颗粒,其特征在于,包含具有如权利要求1所述的式S5的化合物和脂质组合物。
4.如权利要求3所述的骨靶向脂质颗粒,其特征在于,所述脂质组合物包括SM102,DSPC,Cholesterol和DMG-PEG2000。
5.如权利要求4所述的骨靶向脂质颗粒,其特征在于,所述SM102,DSPC,Cholesterol和DMG-PEG2000的摩尔比为:(30-70):(5-15):(30-45):(1-2)。
6.如权利要求3所述的骨靶向脂质颗粒,其特征在于,所述式S5的化合物的含量为10-40 mol/%。
7.如权利要求3所述的骨靶向脂质颗粒的制备方法,其特征在于,将式S5的化合物和脂质组合物加入到包含四氢呋喃和乙醇的混合溶剂中,制备混合物;对混合物进行微流控制备所述的骨靶向脂质颗粒。
8.如权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述混合溶剂中,四氢呋喃和乙醇的体积比为:(1-3):(1-2)。
9.一种预溶混合物,其特征在于,包含具有如权利要求1所述的式S5的化合物和溶剂;溶剂为包含四氢呋喃和乙醇的混合溶剂。
10.如权利要求3-6任一所述的骨靶向脂质颗粒在制备靶向骨的制剂中的应用。
11.如权利要求10所述的应用,其特征在于,所述的靶向骨的制剂为:
i)特异性靶向骨细胞或者骨组织的靶向性药物;
ii)特异性诊断骨疾病的诊断试剂;
iii)骨细胞、组织或活体定位成像制剂;或
iv)捕获或提取待测样品中的骨细胞或组织的制剂。
12.一种骨靶向药物,其特征在于,所述药物包括权利要求3所述的骨靶向脂质颗粒,以及包裹在所述骨靶向脂质颗粒的活性药物分子。
13.如权利要求12所述的骨靶向药物,其特征在于,所述活性药物分子选自治疗骨质疏松、骨折愈合障碍、肿瘤骨转移、骨折、骨缺损修复、骨质增生、异位骨化、骨炎、关节炎、骨疼痛、关节疼痛的药物。
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