DE19826307A1 - CD4-Radioimmunpharmaka zur Behandlung der HIV-Infektion - Google Patents

CD4-Radioimmunpharmaka zur Behandlung der HIV-Infektion

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Abstract

Die Nachteile der HIV-Standardtherapien bestehen einerseits darin, daß die derzeit verwendeten Medikamente lebenslänglich täglich in großer Menge nach einem strengen Zeitplan einzunehmen sind und zahlreiche Nebenwirkungen aufweisen. Andererseits bewirken die herkömmlichen Medikamente nur eine Einschränkung der Virusreplikation. Die HIV-infizierten Wirtszellen werden nicht eliminiert. Aus diesem Grund ist die HIV-Infektion bislang nicht heilbar. DOLLAR A Lösung DOLLAR A Die vorliegende Patentanmeldung beschreibt als Zusatzantrag zum Patentantrag vom 08.03.1998 (AZ 19809785.9) Radioimmunpharmaka, bestehend aus einem CD4-Molekül oder einem davon abgeleiteten Fragment und einem Radionuklid, zur in-vivo-Elimination HIV-replizierender Zellen bei HIV-1- und HIV-2-infizierten Patienten. Neuartig ist dabei die Konjugation HIV-affiner CD4-Rezeptormoleküle bzw. -fragmente mit Radionukliden zu therapeutischen Zwecken und speziell der Einsatz einer Radioimmuntherapie gegen die HIV-Infektion überhaupt. DOLLAR A Anwendungsgebiet DOLLAR A Diese Radioimmunpharmaka sollen einmalig oder in mehreren Zyklen HIV-1- und/oder HIV-2-infizierten Patienten intravenös verabreicht werden, um HIV-replizierende Wirtszellen gezielt so nachhaltig zu schädigen, daß diese komplett eliminiert werden.

Description

Stand der Technik
Weltweit waren nach Schätzung der WHO im Dezember 1997 bereits 30,6 Millionen Menschen mit dem humanen Immundefizienzvirus HIV infiziert (http://www.who.org/­ asd/issues/mar98.htm#th). Die Infektion mit HIV führt zu einem fortschreitenden Immundefekt durch Verlust der mit HIV infizierten CD4-Rezeptor tragenden (CD4+) T- Lymphozyten. Bei Patienten mit einer symptomatischen HIV-Infektion oder im klinischen Endstadium einer HIV-Infektion (AIDS), mit einer CD4-Zellzahl unter 350 Zellen/µl Blut und/oder einer Virusload mit über 30.000 viralen RNA Kopien (vRNA)/µl m Serum wird heute eine antiretrovirale Therapie vorzugsweise mit einer oral zu applizierenden medikamentösen Dreierkombination aus zwei Inhibitoren der Reversen Transkriptase (RTI) und einem Protease-Inhibitor (PI) empfohlen (Brodt et al. 1997). Die Replikation der HI-Viren wird zwar durch diese Präparate gestört und verlangsamt, HIV-replizierenden Wirtszellen können dadurch jedoch nicht eliminiert werden. Die HIV-Infektion besteht somit als lebensbedrohliche Infektion lebenslang fort. Eine Heilung der HIV-Infektion ist bis heute nicht möglich.
CD4-Moleküle sind in die Zellmembran von T-Lymphozyten integriert, haben ein Molekulargewicht von 55.000 Dalton und spielen mit ihrem nach außen gerichteten Rezeptoranteil eine wichtige Rolle bei der Infektabwehr (Gaubin et al 1996), aber auch für die Bindung von HIV an diese Zellen (Dalgeish et al. 1984). HI-Viren bedienen sich es CD4-Rezeptors als Ankopplungsort auf der Außenseite der Zellmembran. Die genaue Stelle, an der das virale gp120-Oberflächenglykoprotein bindet, konnte am aminoterminalen Ende des CD4-Molekül lokalisiert werden und wird als V1-Domäne bezeichnet (Richardson et al. 1988, Arthos et al. 1989).
Aufgrund dieser Kenntnisse sind bereits eine Reihe von Untersuchungen unternommen werden, die klären sollten, ob synthetische CD4-Moleküle oder Teile dieses Proteins (Peptide) therapeutisch einsetzbar sind. Es ließ sich zeigen, daß derartige Moleküle die CD4-Bindungsstelle des viralen Oberflächenglykoproteins gp120 belegen und H-Viren neutralisieren (Deen et al. 1988, Byrn et al. 1989, Clapham et al. 1989, Watanabe et al 1989). Auf diese Weise können uninfizierte Zellen vor einer Infektion mit HIV geschützt werden. Für die Therapie einer bestehenden HIV-Infektion reicht die Applikation solcher Proteine oder Peptide allein jedoch nicht aus, weil das HIV-Genom in den infizierten Zellen dadurch nicht zerstört wird und neue HI-Viren ungehindert weiter repliziert werden.
Strahlentherapeutische Mittel und Verfahren sind bei der Behandlung der HIV-Infektion gänzlich unbekannt. Demgegenüber stellt die Behandlung benigner und maligner Schild­ drüsenerkrankungen mit Radioisotopen, die sog. Radiojodtherapie, in Deutschland seit über 50 Jahren das bedeutendste therapeutisches Verfahren der Nuklearmedizin dar und hat sich als wirksam und nebenwirkungsarm erwiesen. Spätkomplikationen, insbeson­ dere eine Malignominduktion, konnten bis heute nicht nachgewiesen werden (Moser 1996, Reiners 1997). Neuere Therapiemöglichkeiten mit Radioisotopen ergeben sich inzwischen auch mit 131J-markiertem Metajodo-Benzyl-(Guanidin (MIBG) bei der Behandlung metastasierter Phäochromozytome und Neuroblastome, durch die Radio­ synoviorthese bei der rheumatischen Arthritis, durch intrakavitäre Instillation von 90Y- Silikat bei Pleura- oder Peritonealkarzinose, der palliativen Schmerztherapie von Skelettmetastasen mit knochenaffinen Substanzen wie 89Sr, oder der Radiophosphorbe­ handlung der Polycythaemia vera (Moser 1996).
In der klinischen Prüfung befindet sich derzeit eine Therapie mit 131J-markiertem anti- CEA IgG beim kolorektalen Karzinom (Blumenthal et al. 1992, Blumenthal 1994) und beim B-Zell-Lymphom (Kaminski et al 1993, Press et al. 1993, Press et al. 1995, Press et al. 1995).
Erfahrungen zur Wirkung von ionisierender Strahlung auf die HIV-Replikation liegen kaum vor. Während Gamma-Strahlung in geringer Dosis offenbar eine verstärkte HIV- Expression bewirken kann (Faure et al. 1995, Xu et al. 1996), fiel bislang keine Akzeleration der HIV-Replikation infolge therapeutischer Bestrahlung HIV-assoziierter Tumore auf (Lotz et al. 1990, Plettenberg et al. 1991, Scheidegger et al. 1991, Stanley et al. 1991, Krain und Dieckmann 1994, Saran et al. 1995, Switt 1996, Saran et al. 1997). Tierexperimentell zeigte sich vielmehr anhand der SIV-Infektion eines Makaken-Affen, daß es bei gezielter Lympliknotenbestrahlung zu einer Verminderung der Viruslast im peripheren Blut und einem Stillstand der Kranheitsprogression kommen kann (Fultz et al. 1995). Eine Ganzkörperbestrahlung HIV-infizierter Patienten ist jedoch nur unspezi­ fisch wirksam und erfordert eine hohe Strahlendosis. Der Effekt ist daher prinzipiell unsicher und der Preis durch unerwünschte Strahlenschäden ist hoch.
Das Problem
Der in den Patentansprüchen 1 bis 4 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, HIV-bindende Proteine oder Peptide zu zytotoxisch wirksamen Mitteln weiterzuent­ wickeln, um eine Heilung der HIV-Infektion durch gezielte Abtötung sämtlicher HIV- infizierter Zellen zu erreichen.
Die Lösung
Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen 1 bis 4 dieses Zusatzantrags aufgeführte Konjugation von CD4-Molekülen bzw. Fragmenten von CD4-Molekülen mit Radioisotopen gelöst, was eine Modifikation der im Hauptantrag (Aktenzeichen 198 09 785.9 vom 08.03. 1998) beschriebenen Radioimmunkonjugate darstellt.
Die Wirkungen radioaktiver Strahlung auf Zellen und DNA sind hinreichend beschrieben worden (Übersichten in: Kauffmann et al. 1996, Sauer 1998). Die Grundlage der strahlenbiologischen Wirkungen stellt die strukturelle Schädigung der DNA dar. Derart veränderte DNA kodiert fehlerhatte Proteine, die ihre Funktion einbüßen. So verlieren nicht nur Enzyme, die für die HIV-Replikation unentbehrlich sind, ihre Funktion, sondern es kommt darüber hinaus auch zu Stoffwechselveränderungen in der HIV-infizierten Zelle. Dies führt zur Eliminerung der HIV-infizierten Zellen durch reproduktiven Zelltod oder Apoptose.
Herstellung des Radioimmunkonjugats
CD4-Moleküle können in großem Maßstab aus Gewebekulturen gewonnen werden (Deen et al. 1988, Glick und Pasternak 1995). Die Reinigung der CD4-Moleküle ist mit Hilfe etablierter molekularbiologischer Reinigungsverfahren möglich. Sie können beispielsweise direkt aus der Zellmembran durch differentielle Extraktion mit Hilfe nicht­ ionischer Detergentien isoliert werden (Eckert und Kartenbeck 19971), durch Reinigung aus Gewebekulturüberständen wie bei Deen et al. 1988 beschrieben, durch eine biomagnetische Separation (Deutsche Dynal GmbH, Hamburg) oder andere Methoden. Die Herstellung von Konjugaten aus Proteinen und radioaktiven Isotopen kann beispielsweise mit der Chloramin T-Methode erfolgen (Hunter und Greenwood 1962, Eckert und Kartenbeck 19971).
Eine andere Ausgestaltung des Radioimmunkonjugats betritt die Verwendung von synthetischen CD4-Fragmenten mit gp120-Affinität. Solche Fragmente lassen sich in einem prokaryotischen Wirt wie Escherichia coli oder einem eukaryotischen Wirt wie Saccharomyces cerevisae in großem Mengen produzieren (Wilcox und Studnicka 1988, Martin und Scheinbach 1989).
Schließlich können die CD4-Fragmente durch zufällige oder gezielte Mutagenese (Jones et al. 1990) zusätzlich modifiziert und für die therapeutische Anwendung bezüglich ihrer Pharmakokinetik, gp120-Affinität und Liquorgängigkeit optimiert werden. Vorausset­ zung für die gezielte Mutagenese sind Kenntnisse über die Rolle der Aminosäuren im funktionstüchtigen Peptid. Diese lassen sich durch genetische Analysen, Röntgenstruk­ turanalyse der dreidimensionalen Peptidstruktur gewinnen und mit Hilfe von rechnerge­ stützten Untersuchungen am Computer simulieren und analysieren.
Radionuklid-bedingte Besonderheiten
Die kurze Halbwertszeit der therapeutisch einsetzbaren Radionuklide wie 131J, 32P, 90Gy ind 89Sr macht eine zentrumsnahe Präparation bzw. schnellen Transport des Radio­ immunkonjugats erforderlich. Voraussetzung für die Therapie von HIV-Patienten mit kurzlebigen Radionukliden ist daher die Bereitstellung spezialisierter interdisziplinärer Zentren, in denen neben einer fachgerechten Therapie HIV-Infizierter auch die zeitge­ rechte Applikation des Radioimmunkonjugates unter strahlenschutzrechtlichen Aspekten gewährleistet ist.
Therapeutischer Einsatz des Radioimmunkonjugats
Voraussetzung einer erfolgreichen Therapie mit einem Radioimmunkonjugat ist aller Voraussicht nach die Verminderung der Viruslast durch Vorbehandlung des Patienten mit einer der aktuell empfohlenen antiretroviralen Tripeltherapien. Dadurch gelangt eine höhere Dosis des Radioimmunpharmakons an den HIV-infizierten Zellen zur Wirkung, das anderenfalls von freien Viruspartikeln abgefangen würde und seine zytotoxische Wirkung an den infizierten Zellen nicht entfalten könnte.
Vor Applikation eines auf 131J basierenden Präparats muß außerdem eine Schilddrüsen­ diagnostik und Schilddrüsenblockade nach bekanntem Schema erfolgen.
Das Radioimmunkonjugat soll intravenös appliziert werden. Dazu ist im allgemeinen eine zweitägige stationäre Unterbringung erforderlich, um den Patienten bis zum Abklingen der Strahlung von der Umgebung abzuschirmen.
Das Präparat kann peripher- oder zentralvenös als Bolus, Kurzinfusion oder Dauerthera­ pie über mehrerer Tage mit einer Dosis von voraussichtlich 100-300 mCi appliziert werden. Die Gabe erfolgt einmalig oder in Form von Zyklen im mehrwöchigen Abstand.
Die mit diesen Radioimmunkonjugaten erzielte Vorteile
Der bedeutendste Vorteil einer Therapie mit in diesem Patentantrag beschriebenen Radioimmunkonjugaten gegenüber der aktuellen antiretroviralen Therapie besteht darin, daß nicht nur die HIV-Replikation behindert wird, sondern vielmehr HV-infizierte Zellen komplett eliminiert werden, wodurch erstmals die Chance auf eine vollständige Heilung der HIV-Infektion eröffnet wird.
Ein zweiter Vorteil ist, daß die HIV-infizierten Zellen selektiv geschädigt werden. Die Radioimmunkonjugate binden spezifisch mit Hilfe des Protein- bzw. Peptidanteils an das CD4-spezifische Epitop retroviraler gp120-Oberflächenglykoprotein, die auf der äußeren Zytoplasmamembran HIV-replizierender Zellen für die Virusknospung exponiert werden und geben ihre Strahlung direkt an die Zelle ab.
Ein weiterer Vorteil der hier beschriebenen Konjugate ist, daß sie für die Behandlung eines breiten Spektrums von HIV-1- und sogar HIV-2-Stämmen geeignet sind. Dies ist angesichts der Mutationsfreudigkeit der HI-Viren und der damit verbundenen Resistenz­ entwicklungen gegenüber herkömmlichen antiretroviralen Substanzen enorm wichtig. Die für die CD4-Rezeptorbindung relevanten gp120-Epitope sind nämlich bei allen HIV-1- und HIV-2-Isolaten sehr ähnlich (Sattentau et al. 1988) und für die Infektiosität essentiell.
Ein weiterer Vorteil synthetischer und gegebenenfalls weiter modifizierter Peptide mit möglichst geringer Größe aber noch erhaltener gp120-Spezifität besteht darin, daß sie die Blut-Hirn-Schranke leicht passieren können. Solche Konjugate sind daher auch zur Elimination infizierter Zellen des ZNS geeignet.
Schließlich liegt ein großer Vorteil in der zur üblichen antiretroviralen Therapie vergleichsweise guten subjektiven Verträglichkeit und objektiven Nebenwirkungsarmut radioimmunologischer Therapien. Zwar ist bekannt, daß die Strahlungsenergie eines α- oder β-Strahlers wie 131J eine Reichweite von einem bis zu 40 Zelldurchmessern hat. Maligne Transformationen gesunder Zellen als Folge einer Strahlenschädigung sind aber extrem selten und statistisch kaum zu erfassen. Wird eine gesunde Zelle geschädigt, so verliert sie ebenfalls in den meisten Fällen ihre Teilungsfähigkeit und es tritt der repro­ duktive oder der programmierte Zelltod (Apoptose) ein. Die Bestrahlung umliegender gesunder Zellen spielt bei der Radioimmuntherapie HIV-infizierter T-Lymphozyten auch deswegen eine untergeordnete Rolle, weil sich diese Zellen überwiegend in der Zirkula­ tion befinden und gesunde Zellen daher nur kurzzeitig einer Strahlenbelastung ausgesetzt sind.
Auch wenn nach Applikation des Radioimmunpharmakons mit passageren hämatologi­ schen Nebenwirkungen und einem erhöhtem Risiko für opportunistische Infektionen gerechnet werden muß, handelt es sich dabei vor allem um den Verlust von in ihrer normalen Funktion ohnehin gestörte, HIV-infizierte T4-Helferzellen, was ohnehin erklärtes Therapieziel ist. Gegebenenfalls ist aber aus diesem Grund die Radioimmun­ therapie mit einer Stammzelltransplantation zu kombinieren. Da T4-Vorläuferzellen jedoch aufgrund fehlender CD4-Rezeptoren nicht mit HIV infiziert sind und naive T- Helferzellen ebenfalls nicht erkranken, ist mit einer Regeneration der T4-Helferzellpopu­ lation zu rechnen. Diese Annahme wird auch durch eine bereits erwähnte tierexperi­ mentelle Untersuchung gestützt (Fultz et al. 1995).
Neuartig, d. h. nicht zum Stand der Technik gehörend, ist die Tatsache, daß ein CD4- Molekül bzw. ein Teil des CD4-Moleküls mit einem Radionuklid gekoppelt wird, um damit die HIV-Infektion mit dem Ziel der Elimination virusinfizierter Zellen zu thera­ pieren. Ein anderes Radioimmunpharmakon zur Therapie der HIV-Infektion, zusammen­ gesetzt aus einem HIV-spezifischen monoklonalen Antikörper und einem Radioisotop, wurde vom Erfinder bereits am 08.03.1998 zum Patent angemeldet (Aktenzeichen 198 09 785.9). Mit Rücksicht auf die Einheitlichkeit der Erfindungen wird aber für das oben beschriebene CD4-Radioprotein- bzw. CD4-Radiopeptidpharmakon dieser Zusatzantrag gestellt.
Der Gegenstand dieses Patentantrags beruht zudem insofern auf einer erfinderischen Tätigkeit, als nach bester Kenntnis des Erfinders seit Bekanntwerden der Bedeutung des CD4-Moleküls für die HIV-Bindung an T-Helferzellen vor 15 Jahren (Dalgeish et al. 1984) bislang kein therapeutischer Einsatz radioaktiv konjugierter CD4-Moleküle erwogen wurde. Das zeigt auch, daß sich die Idee zu dieser Erfindung keineswegs in naheliegender Weise aus dem Stand der Technik ergibt. Letztendlich handelt es sich bei der nuklearmedizinischen Behandlung einer Infektionskrankheit um ein bislang unbekanntes und nicht zum Stand der Technik zählendes Verfahren. Der Nutzen einer nuklearmedizinischen Therapie von HIV-Infektionen ergibt sich allein daraus, daß es sich bei dieser Virusinfektion um eine im Vergleich zu anderen viralen Infektionen gefähr­ liche, chronisch verlaufende und vermutlich in fast allen Fällen zum Tode führende Infektion mit Lentiviren handelt, die mit den üblichen Pharmaka nicht zu heilen ist. Da gegen die HIV-Infektion außerdem auf längere Sicht kein zuverlässiger Impfstoff zur Verfügung stehen wird (Gallo, Reuters News, Mai 1997) und inzwischen gegen herkömmliche antiretrovirale Mittel einfach und mehrfach resistente HIV-Stämme aufgetreten sind (Erickson und Burt 1996, Imrie et al. 1997), gewinnen neuartige Thera­ piestrategien wie diese große Bedeutung.
Der Gegenstand des Patents ist als Pharmazeutikum gewerblich anwendbar. Die Konju­ gate lassen sich mit den in diesem Patentantrag beschriebenen Verfahren herstellen und nach in-vitro Untersuchung an HIV-replizierenden Zellkulturen und erfolgreicher tierex­ perimenteller Überprüfung bei HIV-infizierten Schimpansen in absehbarer Zeit für die Therapie von HIV-Infizierten zum Einsatz bringen. Dadurch könnte den weltweit über 30 Millionen HIV-Infizierten eine Chance auf Heilung eröffnet werden.
Die Verfahren zur Gewinnung von CD4-Molekülen, Entwicklung von CD4-Fragmenten mit gp120-Affinität durch DNA-Rekombinationstechniken und zur in vitro Markierung löslicher Proteine mit Radioisotopen sind Stand der Technik. Die Konjugation von Radioisotopen an CD4-Moleküle oder entsprechende CD4-Fragmente soll durch folgen­ des Beispiel veranschaulicht werden.
Beispiel Herstellung von CD4-Radioisotop-Konjugaten
CD4-Moleküle können zum Beispiel mit Hilfe der Chloramin T-Methode (Hunter und Greenwood 1962) nach der Anleitung von Eckert und Kartenbeck 1997 (Seiten 237- 240) hergestellt werden, indem ein Radioisotop wie 131J wird kurzzeitig durch das von Chloramin T (N-Chlor-p-Toluen-4-sulfonamid, Na-Salz) in wässrigem Medium freige­ setzte Hypochlorit oxidiert wird. Das stark elektrophile Radioisotop bindet dann in diesem Zustand vorzugsweise an die Benzolringe des im CD4-Molekül enthaltenen Tyrosins. Zur Schonung der Proteine wird diese Reaktion nach kurzer Inkubationszeit mit einem Überschuß an Bisulfit beendet, wobei sowohl das restliche Chloramin T als auch oxidierte, aber noch ungebundene Radioisotope reduziert und damit inaktiviert werden. Gelelektrophoretisch kann das CD4-Radioisotop-Konjugat schließlich isoliert und zur intravenösen Verwendung mit entsprechenden Hilfsstoffen aufgearbeitet werden.
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Claims (4)

1. Radioimmunkonjugat zur in-vivo-Elimination virus-replizierender Zellen bei HIV-infi­ zierten Patienten, dadurch gekennzeichnet, daß es als immunologisch wirksame Komponente ein CD4-Rezeptormolekül mit Affinität zu einem Epitop auf dem Oberflächenglyko­ protein gp120 von HIV-1 und/oder HIV-2 zusammen mit pharmazeutischen Trägern und/oder Hilfsstoffen enthält,
oder ein Fragment des CD4-Moleküls mit Affinität zu einem Epitop auf dem Oberflä­ chenglykoprotein gp120 des HIV-1 und/oder HIV-2 zusammen mit pharmazeuti­ schen Trägern und/oder Hilfsstoffen enthält,
oder ein durch zufällige oder gezielte Mutagenese modifiziertes Fragment des CD4- Moleküls mit Affinität zu einem Epitop auf dem Oberflächenglykoprotein gp120 des HIV-1 und/oder HIV-2 zusammen mit pharmazeutischen Trägern und/oder Hilfs­ stoffen enthält,
und daß es als radioaktive Komponente
131j enthält,
oder 32P enthält,
oder 90Y enthält,
oder 89Sr enthält.
2. Herstellung des Radioinimunkonjugats nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß CD4-Moleküle bzw. deren Fragmente zwecks Konjugation mit Radioisotopen in therapeutischer Absicht hergestellt und zur Expression in Zellkultursystemen gebracht werden
und daß gegebenenfalls gezielten Verbesserung der gp120-Affinität, Pharmako­ dynamik, Liquorgängigkeit und Verträglichkeit unter Verwendung rechnergestützten Moleküldesigns und molekularbiologischen Techniken am CD4-Molekül oder dessen synthetische Fragmente vorgenommen werden.
3. Verwendung des Radioimmunkonjugats nach Ansprüchen 1 und 2 zur Therapie der HV-1- und/oder HV-2-Infektion, dadurch gekennzeichnet, daß das Radioimmunkonjugat intravenös unter ein- bis mehrtägiger stationärer Strahlenabschirmung mit einer Gesamtkörperdosis vorzugsweise zwischen 50 bis 300 mCi einmalig oder in mehreren Zyklen appliziert wird.
4. Verwendung des Radioimmunkonjugats nach Ansprüchen 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet,
daß die Behandlung gegebenenfalls im Anschluß an oder während einer antiretroviralen Standardtripeltherapie erfolgt,
und/oder unter dem Schutz einer Stammzelltransplantation erfolgt,
und/oder unter dem Schutz einer Schilddrüsenblockade erfolgt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1989006690A1 (en) * 1988-01-22 1989-07-27 The General Hospital Corporation Cloned genes encoding ig-cd4 fusion proteins and the use thereof
WO1994004191A1 (en) * 1992-08-13 1994-03-03 Antisoma Limited Medical treatment

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