DE102019208292B4 - Synthetisches Sehnenimplantat und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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Abstract

Sehnenimplantat mit zumindest einem Träger (1), der flache Oberflächen und an gegenüberliegenden Enden (1a, 1b) zumindest jeweils eine Durchbrechung (3a, 3b) aufweist, wobei die flachen Oberflächen des Trägers (1) von Vlies (2a, 2b, 2c) überdeckt sind und zumindest zwei Träger (1) in parallelen Ebenen übereinander angeordnet sind, wobei das jeweils durch Elektrospinnen erzeugte Vlies (2a, 2b, 2c) aus Polymerfasern zwischen den Trägern (1) und auf den flachen Oberflächen der Träger (1) angeordnet ist, wobei die Durchbrechungen (3a), die gemeinsam an einem Ende (1a) angeordnet sind, fluchtend übereinander angeordnet sind, und wobei das Vlies (2a, 2b, 2c) zu zumindest 50% aus Fasern besteht, die geradlinig zwischen den gegenüberliegenden Enden (1a, 1b) des Trägers (1) verlaufen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein synthetisches Sehnenimplantat, das zur Verstärkung oder Verbindung von Muskel- und Binde- bzw. Stützgewebe, insbesondere des Muskel-Sehnen-Knochenübergangs an Schadens- oder Bruchstellen, Verwendung findet. Das Sehnenimplantat hat den Vorteil einer hohen Beständigkeit gegen Zuglast, einer guten Verbindbarkeit mit Gewebe und einer Struktur, die das Ein- und Anwachsen von Gewebe fördert. Bevorzugt ist das synthetische Sehnenimplantat zellfrei und bietet am Implantationsort eine Grundlage zum Ein- und Anwachsen von Gewebe. Entsprechend kann das synthetische Sehnenimplantat im Rahmen des sogenannten in-vivo Tissue Engineerings verwendet werden.
  • Die EP 2 373 354 B1 beschreibt ein Gerüst zur Gewebereparatur, das aus gebündelten Fasern aus Polycaprolacton besteht, deren Durchmesser kleiner als 1 µm ist und die z.B. durch Elektrospinnen hergestellt sind.
  • Die US 2017/0246351 A1 beschreibt eine biokompatible schlauchförmige Manschette zur Verwendung bei Muskelimplantaten aus in vitro Kultur, die aus gewobener Polymerfaser besteht und von einem elektrogesponnenen Vlies umhüllt sein kann.
  • Die US 4 584 722 A beschreibt eine schlauchförmige Sehnenprothese, die aus zwei Schichten eines biokompatiblen Materials und einer dazwischen eingefassten Schicht aus elastischem Polymer und Silikonkautschuk besteht. Die Sehnenprothese wird an einem Ende mittels einer Edelstahlröhre durch den Knochen geführt und an ihm verankert.
  • Die US 2017/273680 A1 beschreibt ein System zum Befestigen von Weichgewebe an Knochen. Eine Verankerung wird in den Knochen eingeführt und das Weichgewebe mittels eines Gewebeaugmentationsstiftes und einer selbstschließenden Nahtschlaufe daran befestigt. Die Verankerung kann einen mit bioresorbierbarem Polymer beschichteten Träger aufweisen.
  • Die WO 2008/097901 A1 beschreibt ein Implantat zur Befestigung einer Sehne an einem Knochen mittels an einem Knochenanker befestigter Zugglieder, die an ihrem anderen Ende entlang der Belastungsachse mit der Sehne zu verbinden sind. Ein bioresorbierbarer Flicken ist zwischen Zuggliedern und Knochenanker angebracht, der die Zugglieder, die Sehne und den Knochenanker überlappt.
  • Die EP 2 968 669 B1 beschreibt ein Verfahren und Produkt der Herstellung von Mikrofasern aus z.B. Poly-4-hydroxybutyrat durch Elektrospinnen direkt auf einen Träger.
  • Die EP 2 968 669 B1 beschreibt durch Elektrospinnen bei einer Spannung von 3 bis 100 kV hergestellte Fasern mit einer Faserdicke von 10 nm bis 10 µm aus Poly-4-hydroxybutyrat oder einem Copolymer dessen zur Verwendung als chirurgisches Reparatur- oder Ersatzmaterial.
  • Zur chirurgischen Therapie von Sehnendefekten, z.B. über Bruchstellen von Sehnen oder des Muskel-Sehnen-Knochenübergangs, kann fadenförmiges Nahtmaterial durch die Sehnenstümpfe gestochen werden, um das Nahtmaterial festzulegen und die Bruchstelle zu überbrücken. An den bekannten Fasern ist nachteilig, dass ihre Anbindung an Sehnenstümpfen durch Einstechen geschwächt oder durch Umwickeln nicht sehr fest ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein alternatives Sehnenimplantat bereitzustellen, das eine hohe Beständigkeit gegen Zuglasten, auch unter physiologischer Dehnung, aufweist und bevorzugt eine Struktur, die eine feste Verbindung mit Muskel- und Binde- bzw. Stützgewebe erlaubt. Weiterhin soll das Einwachsen des proximalen nativen Gewebes am Implantationsort in das Sehnenimplantat begünstigt werden. Analog zu den physiologischen Bedingungen, soll das Sehnenimplantat eine geringe Dehnung bei hoher Zugbelastung aufweisen.
  • Die Erfindung löst die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere durch ein Sehnenimplantat, das ein Faservlies in Kombination mit zumindest zwei Trägern aufweist oder daraus besteht, und durch ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das Sehnenimplantat weist zumindest ein durch Elektrospinnen erzeugtes Vlies aus Polymerfasern und zumindest zwei Träger auf, die flächig sind und an zumindest zwei gegenüberliegenden Enden Durchbrechungen für die chirurgische Anbindung aufweisen. Das Vlies aus Polymerfasern überdeckt den Träger auf zumindest einer seiner flachen Oberflächen, bevorzugt auf seinen beiden flachen Oberflächen. Das Sehnenimplantat weist zumindest zwei Träger auf, die in parallelen Ebenen übereinander angeordnet sind, wobei deren Durchbrechungen fluchtend übereinander angeordnet sind, jeweils mit Vlies zwischen den Trägern und auf den flachen Oberflächen der Träger. Generell ist bevorzugt, dass der zumindest eine Träger umfänglich vom Vlies umschlossen ist. Das Vlies ist im Bereich der Durchbrechungen des Trägers bevorzugt dünner ausgebildet, als in angrenzenden Bereichen. Die an gegenüberliegenden Enden des Trägers angeordneten Durchbrechungen weisen bevorzugt abgerundete Kanten auf. Die Durchbrechungen, die im Träger angeordnet sind, sind umfänglich geschlossen und weisen optional eine Einfassung auf, die eine zur Durchbrechung gerichtete bogenförmige Kantenfläche aufweist. Die optionale bogenförmige Kantenfläche, die eine Durchbrechung einfasst, bildet einen bogenförmigen Übergang zwischen den flachen Oberflächen des Trägers bzw. über die Dicke des Trägers. Optional kann der Träger in einem die Durchbrechung umfassenden Bereich eine größere Dicke aufweisen, so dass die Kantenfläche eine größere Anlagefläche für ein Nahtmaterial bilden kann, das durch die Durchbrechungen geführt ist. Die größere Dicke kann z.B. 10% bis 500%, z.B. 50% bis 200% mehr betragen, als die Dicke des Trägers in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Enden. Die die Durchbrechungen umfassenden Bereiche können sich z.B. um 0,5 bis 3 mm oder bis 2 mm um die Durchbrechungen erstrecken.
  • Es hat sich gezeigt, dass beim Herstellen des Vlieses durch Elektrospinnen, wenn der Träger auf dem Kollektor für das Elektrospinnen angeordnet ist, im Bereich der Durchbrechungen dünneres Vlies ausgebildet wird, als in angrenzenden Bereichen des Trägers. Dabei können diese angrenzenden Bereiche Abschnitte des Trägers sein, die z.B. eine größere Oberfläche haben als an die Durchbrechung angrenzende Abschnitte, oder Bereiche, die neben dem Träger liegen, z.B. ausgebildet an einem Kollektor, der eine größere Oberfläche als der Träger aufweist. Bevorzugt ist das im Bereich der Durchbrechungen dünnere Vlies dadurch ausgebildet, dass der Kollektor passend angeordnete Vorsprünge aufweist, die während des Elektrospinnens in die oder durch die Durchbrechungen des Trägers ragen.
  • Durch Einstellung der Bedingungen während des Elektrospinnens kann auch ein Vlies hergestellt werden, das durchgehend, auch im Bereich der Durchbrechungen, eine konstante Dicke aufweist.
  • Der Träger weist einander gegenüberliegende flache Oberflächen auf, von denen beide von Vlies überdeckt sind. Der Träger kann zwischen seinen flachen Oberflächen eine konstante Dicke aufweisen.
  • Bevorzugt ist der Träger einstückig. Der Träger kann z.B. aus Kunststoff, z.B. Polyamid (PA), Polylactid (PLA), Polycaprolacton (PCL), Polyethylenoxid (PEO), modifiziertes Polyethylenterephthalat (PETG), oder Metall, z.B. Chirurgenstahl, Titan bestehen. Ein Träger, der ein Flechtwerk aus fadenförmigem Material aufweist oder daraus besteht, kann z.B. Metalldraht, chirurgisches Nahtmaterial, das sich z.B. im Körper auflöst oder das im Körper beständig sein kann, natürliche Seidenfäden, z.B. von Seidenraupen, künstlich hergestellte Seidenfäden, Kunststofffäden oder Kombinationen dieser als fadenförmiges Material aufweisen.
  • Der Träger ist bevorzugt biegsam, mit einer Dicke, die bevorzugt konstant ist und optional ausgenommen die Durchbrechungen umfassende Bereiche.
  • Bevorzugt weist der Träger eine maximale Dehnung unter physiologischer Zugbelastung von 2% bis maximal 5% auf. Die physiologische Zugbelastung liegt z.B. im Bereich von zumindest 100 N oder zumindest 200 N, z.B. bis 10 kN, bis 5 kN, bis 5 kN, bis 4 kN, bis 3 kN oder bis 2 kN.
  • Generell ist der zumindest eine Träger eingerichtet, zwischen den Durchbrechungen, die an seinen gegenüberliegenden Enden angeordnet sind, Zuglasten aufzunehmen. Dabei kann der Träger eine bis auf die an seinen gegenüberliegenden Enden angeordneten Durchbrechungen geschlossene Oberfläche aufweisen. Der Träger kann optional zwischen den Durchbrechungen Ausnehmungen aufweisen und zumindest abschnittsweise zwischen den Durchbrechungen Stege aufweisen oder daraus bestehen, die sich zumindest zwischen Randbereichen bzw. Kantenflächen der Durchbrechungen an seinen gegenüberliegenden Enden erstrecken und daher zur Aufnahme von Zuglasten eingerichtet sind, optional zusätzlich Stege, die sich zwischen den Randbereichen bzw. Kantenflächen der Durchbrechungen erstrecken, die gemeinsamen an einem Ende des Trägers angeordnet sind.
  • Die Träger können die Randbereiche der Durchbrechungen, die an gegenüberliegenden Enden angeordnet sind, bevorzugt geradlinig miteinander verbinden, um z.B. zur Aufnahme von Zuglasten zwischen gegenüberliegenden Durchbrechungen angepasst zu sein. Optional können die Randbereiche von Durchbrechungen, die an einem Ende liegen, durch nicht geradlinig verlaufende Stege bzw. nicht direkt miteinander verbunden sein, z.B. nur durch eine Verbindung von Stegen, die in einem Abstand von einer geraden Linie zwischen den Durchbrechungen eines Endes liegt, bzw. durch eine Verbindung von Stegen, die nicht auf gerader Linie zwischen den Durchbrechungen eines Endes liegt. Der Träger kann aus fadenförmigem Material bestehen, das um die Durchbrechungen verläuft, z.B. aus einem um die Durchbrechungen angeordneten Flechtwerk.
  • Die an einem Ende angeordneten Durchbrechungen können in einer Anzahl und Anordnung angebracht sein, die zum Aufnehmen von Nahtmaterial ausreicht, das zur Anbindung an Gewebe, insbesondere an Sehnenstümpfe oder an Knochen, vorgesehen ist.
  • Z.B. können an jedem der gegenüberliegenden Enden eines Trägers unabhängig voneinander jeweils zumindest zwei, bevorzugt zumindest 3, zumindest 4 oder zumindest 5 Durchbrechungen angeordnet sein. Bevorzugt ist der Randbereich jeder Durchbrechung durch den Träger mit zumindest zwei Randbereichen von Durchbrechungen am gegenüberliegenden Ende verbunden, z.B. durch Stege oder einen unterbrechungsfreien Trägerabschnitt.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich beim Elektrospinnen des Vlieses auf einen Träger, der auf einem Kollektor angeordnet ist, eine Haftung zwischen dem Träger und dem Vlies ergibt. Dabei kann der Träger ohne kovalente Bindung mit dem Vlies verbunden sein. Optional ist das Vlies kovalent mit dem Träger verbunden, z.B. mittels einer Klebstoffschicht zwischen Träger und Vlies, die durch Beschichten des Trägers mit Klebstoff vor dem Elektrospinnen erzeugt ist.
  • Das Vlies kann auf jeder der flachen Oberflächen des Trägers eine Dicke, die z.B. unmittelbar nach dem Elektrospinnen zu messen ist, von 25 bis 150 µm, z.B. 50 bis 100 µm, aufweisen.
  • Die zumindest zwei Träger sind parallel zueinander angeordnet, zusätzlich sind deren Durchbrechungen an jedem der gegenüberliegenden Enden fluchtend bzw. übereinander angeordnet.
  • Das Vlies kann aus ungerichteten Fasern bestehen, bevorzugt besteht das Vlies aus gerichteten Fasern, die sich zwischen den gegenüberliegenden Enden des Trägers erstrecken, z.B. gradlinig bis in einem Winkel von maximal 30° oder bis maximal 10° von der direkten Verbindung zwischen den gegenüberliegenden Enden. Dabei ist bevorzugt, dass sich die Fasern entlang der zu erwartenden Richtung der Zugbelastung erstrecken, was bevorzugt zur Ausbildung natürlichen Gewebes entlang der Fasern führen kann.
  • Das Sehnenimplantat hat den Vorteil, dass die Durchbrechungen auch bei vollständiger Überdeckung des Trägers auf seinen beiden Oberflächen mit Vlies, wobei optional auch die Querschnitte der Durchbrechungen mit Vlies überdeckt sind, sich die Durchbrechungen durch das Vlies abzeichnen. Dadurch bleiben die Durchbrechungen auch bei ihrer vollständigen Überdeckung mit Vlies erkennbar und sind zum Einführen von Nahtmaterial durch die Durchbrechungen ohne weitere Markierung sichtbar.
  • Das Sehnenimplantat hat den Vorteil, eine hohe Stabilität bei geringer Dehnung gegen Zugbeanspruchung mit einer guten Verträglichkeit für das Anwachsen von natürlichem Gewebe durch Aufteilung der Strukturen zu kombinieren. Das erfindungsgemäße Sehnenimplantat erlaubt es, die Beständigkeit gegen Zugbelastungen mittels des Trägers bereitzustellen und die biologische Verträglichkeit durch das Vlies. Somit kann das Sehnenimplantat diese Anforderungen, die widersprüchlich sein können, unabhängig voneinander ohne Kompromisse erfüllen. Überdies weist das Sehnenimplantat erkennbare Durchbrechungen zum Einbringen von Nahtmaterial auf, die eingerichtet sind, dass beim Einbringen von Nahtmaterial das Vlies mit dem Träger mechanisch verbunden wird.
  • Das Sehnenimplantat und das Verfahren zur Herstellung werden nun anhand von Beispielen und mit Bezug auf die Figuren beschrieben, die schematisch in
    • - 1 ein Sehnenimplantat in Explosionsdarstellung und
    • - 2 ein Verfahren zu Herstellung eines Flechtwerks als Träger zeigen.
  • Die 1 zeigt ein Sehnenimplantat aus zwei Trägern 1, deren flache Oberflächen jeweils mit Vlies 2 überdeckt sind, hier Vlies 2a zwischen den Trägern und Vlies 2b, 2c auf den beiden Oberflächen, die dem jeweils anderen Träger 1 abgewandt sind. Die Träger 1 weisen Durchbrechungen 3a an einem Ende 1a auf und am gegenüberliegenden Ende 1b Durchbrechungen 3b. Die Träger 1 sind zwischen ihren gegenüberliegenden Enden 1a, 1b durch Stege 4 ausgebildet, die die Randbereiche von jeweils zwei gegenüberliegenden Durchbrechungen 3a, 3b direkt miteinander verbinden. Entsprechend sind zwischen den Stegen 4 Ausnehmungen gebildet. Die Durchbrechungen 3a, 3b, die an einem der Enden 1a, 1b angeordnet sind, sind in der hier gezeigten Ausführungsform nicht geradlinig miteinander verbunden.
  • Die 2 zeigt schematisch die Anordnung eines fadenförmigen Materials 6 zu einem Flechtwerk, das einen Träger 1 bildet. Dabei kann das fadenförmige Material 6, z.B. chirurgisches Nahtmaterial, mit einem Knoten 7 in sich geschlossen werden. In den Ausnehmungen 5 können bei der Herstellung des Flechtwerks Stifte angeordnet sein. Zur chirurgischen Anbindung des Trägers 1 kann dann ein Nahtmaterial mittels einer Nadel durch die Ausnehmungen geführt werden.
  • Beispiel 1: Herstellung von Sehnenimplantaten
  • Ein Träger 1 einer Form, die grade Stege zwischen Ringen, die die Durchbrechungen einfassen, aufweist, wurde aus Polyamid durch dreidimensionalen Druck oder Ausschneiden aus einer Polyamidplatte hergestellt, oder der Träger 1 wurde aus einer Platte aus Chirurgenstahl mittels Laser ausgeschnitten. Die Dicke des Trägers war im Bereich von 0,1 bis 0,6 mm, die endständigen Durchbrechungen hatten Durchmesser von ca. 1 bis 3 mm, bevorzugt 2 mm. Die Durchbrechungen waren durch eine konvexe bogenförmige Kantenfläche eingefasst, um scharfe Kanten zu vermeiden. Der Abstand zwischen den gegenüberliegenden Enden 1a, 1b betrug 26 mm. Der Träger hatte z.B. eine Form, wie sie in 1 gezeigt ist.
  • Der Kollektor 6 hat Vorsprünge, die passend zu den Durchbrechungen 3a, 3b angeordnet sind. In einem ersten Schritt wurde 170 mg/ml PCL in TFE gelöst mittels Elektrospinnen bei einer Spannung von 20 kV, einer Flussrate von 4 ml/h, einem Abstand der Düse vom Kollektor von 200 mm für eine Spinndauer von 5 min auf den Kollektor abgelegt, als ungeordnetes Vlies oder als geordnetes Vlies, bei dem die Fasern im Wesentlichen parallel zueinander geradlinig zwischen den gegenüberliegenden Enden 1a, 1b des Trägers verlaufen. Ein Vlies aus gerichteten Fasern konnte durch eine Umfangsgeschwindigkeit der Spinndüse zum Kollektor von ca. 8m/s während des Elektrospinnens erzeugt werden. Die Fasern hatten einen Durchmesser von z.B. ca. 2 bis 5 µm. Anschließend wurde ein Träger 1 mit seinen Durchbrechungen passend auf die Vorsprünge des Kollektors auf das Vlies aufgelegt und es wurde eine weitere Schicht Vlies mit denselben Verfahrensbedingungen wie zuvor für 20 min auf den Träger abgelegt. Das Sehnenimplantat aus dem Träger und den auf dessen beiden flachen Oberflächen angeordneten Vliesschichten konnte vom Kollektor abgenommen werden.
  • Als Alternative zu einem Träger einer Form wurde chirurgisches Nahtmaterial oder Seidenraupenfäden als fadenförmiges Material um die Vorsprünge des Kollektors 6 angeordnet, bevorzugt straff gespannt, so dass die vom Nahtmaterial um die Vorsprünge gebildeten Schlaufen die Durchbrechungen bilden. Das Nahtmaterial hatte einen Durchmesser im Bereich von 0,2 bis 0,6 mm.
  • Es zeigte sich, dass die Durchbrechungen beidseitig vom Vlies überdeckt waren und erkennbar waren.
  • Beispiel 2: Verwendung eines Sehnenimplantats zur Verbindung zweier Sehnenstümpfe
  • Nach Beispiel 1 hergestellte Sehnenimplantate konnten mittels chirurgischen Nahtmaterials, das durch die Durchbrechungen geführt wurde, an einem der gegenüberliegenden Enden mit jeweils einem Sehnenstumpf oder mit einem Sehnenstumpf und einem Knochen verbunden werden. Es hat sich gezeigt, dass die Sehnenimplantate gut Zugkräfte aufnehmen können und eine geringe Dehnung zwischen den Durchbrechungen an gegenüberliegenden Enden, bevorzugt eine Dehnung von maximal 5%, bevorzugter maximal 4%, maximal 3% oder maximal 2%, aufweisen und am Implantationsort Gewebe in das Vlies einwachsen kann.

Claims (8)

  1. Sehnenimplantat mit zumindest einem Träger (1), der flache Oberflächen und an gegenüberliegenden Enden (1a, 1b) zumindest jeweils eine Durchbrechung (3a, 3b) aufweist, wobei die flachen Oberflächen des Trägers (1) von Vlies (2a, 2b, 2c) überdeckt sind und zumindest zwei Träger (1) in parallelen Ebenen übereinander angeordnet sind, wobei das jeweils durch Elektrospinnen erzeugte Vlies (2a, 2b, 2c) aus Polymerfasern zwischen den Trägern (1) und auf den flachen Oberflächen der Träger (1) angeordnet ist, wobei die Durchbrechungen (3a), die gemeinsam an einem Ende (1a) angeordnet sind, fluchtend übereinander angeordnet sind, und wobei das Vlies (2a, 2b, 2c) zu zumindest 50% aus Fasern besteht, die geradlinig zwischen den gegenüberliegenden Enden (1a, 1b) des Trägers (1) verlaufen.
  2. Sehnenimplantat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) einstückig aus Kunststoff oder Metall ist oder um die Durchbrechungen angeordnetes fadenförmiges Material ist.
  3. Sehnenimplantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen (3a, 3b) von konvexen bogenförmigen Kantenflächen eingefasst sind.
  4. Sehnenimplantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1) Stege (4) aufweist und zwischen diesen Ausnehmungen, wobei jeweils zumindest zwei Stege (4) den Randbereich einer Durchbrechung (3a), die an einem Ende (1a) angeordnet ist, mit den Randbereichen zweier Durchbrechungen (3b) geradlinig verbinden, die am gegenüberliegenden Ende (1b) angeordnet sind.
  5. Sehnenimplantat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Randbereiche von Durchbrechungen (3a, 3b), die an einem gemeinsamen Ende (1a, 1b) liegen, nur durch nicht geradlinig verlaufende Stege (4) oder nicht direkt miteinander verbunden sind.
  6. Sehnenimplantat nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Träger (1) und dem Vlies (2a, 2b, 2c) kein Klebstoff angeordnet ist.
  7. Sehnenimplantat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Träger (1) und dem Vlies (2a, 2b, 2c) Klebstoff angeordnet ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Sehnenimplantats nach einem der voranstehenden Ansprüche mit Erzeugen eines Vlieses (2c) einer Größe, die den Träger (1) vollständig abdeckt, durch Elektrospinnen auf einem Kollektor, Anordnen eines Trägers (1) auf dem Kollektor, wobei Durchbrechungen des Trägers (1) an dessen gegenüberliegenden Enden (1a, 1b) um passend auf dem Kollektor angeordnete Vorsprünge angeordnet werden, Erzeugen eines Vlieses (2b), das den Träger (1) vollständig überdeckt, durch Elektrospinnen auf dem Träger (1).
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