2. 新疆药物研究所, 新疆乌鲁木齐 830004;
3. 新疆医科大学中医学院, 新疆乌鲁木齐 830054
2. Xinjiang Institute of Materia Medica, Urumqi 830004, China;
3. Institute of Traditional Chinese Medicine, Xinjiang Medical University, Urumqi 830054, China
天山雪莲Saussureae Involucratar Herba为菊科(Compositae)植物雪莲Saussurea involucrate (Kar. et Kir) Sch. -Bip. 的干燥地上部分,始见于藏药文献《月王药珍》,清代《本草纲目拾遗》中也有记载[1],维吾尔名为“塔格来丽斯”,系维吾尔医习用药材[2],在我国仅分布于新疆天山、昆仑山[3]。天山雪莲具有温肾助阳、祛风胜湿、通经活血等功效,同时,本课题组前期研究已证实天山雪莲提取物(Saussureae Involucratae Herba extract,SIHE)中主要活性成分为绿原酸和芦丁[4, 5]。但由于SIHE脂溶性不高、口服吸收差、生物利用度低,从而影响药物的临床疗效[6]。
复合磷脂脂质体(composite phospholipid liposome,CPL)是一种由2种不同磷脂相间排列和胆固醇组成的类似生物膜结构的拥有不同相区域的磷脂双分子层的球型药物载体[7],其特点是在制备过程中采用2种不同相变温度的磷脂为膜材(一种高于常温,一种低于常温)[8],由于复合磷脂脂质体中形成了不同的相区域,所制得的脂质体能够改善脂溶性药物的溶解度,从而提高其口服生物利用度[9]。与传统脂质体相比,具有更好的稳定性和生物利用度,并且克服了传统脂质体的载药量偏低和包合率低等问题[10]。
近年来,星点设计(central composite design,CCD)-效应面优化法(response surface methodology,RSM)在优化实验中被广泛应用[11, 12],与常用的正交设计、均匀设计相比,其实验的准确度高、适用于非线性模型拟合,预测值更接近真实值[13, 14, 15]。因此,本实验在单因素试验基础上,结合CCD-RSM设计非线性数学模型优选天山雪莲提取物复合磷脂脂质体(SIHE-CPL)的制备工艺,为其制剂学研究和开发应用提供实验依据;通过动态透析法观察体外释放特征,采用傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射光谱(XRD)研究SIHE-CPL的光谱特征及分子表征,初步探讨SIHE-CPL的体外释药规律。
1 仪器与材料SPD-10Avp型高效液相色谱仪,日本岛津公司;控温加热磁力搅拌器,德国IKA公司;BS110S型Sartorius电子天平,德国Sartorius公司;KQ-100DE型数控超声波清洗器,昆山市超声仪器有限公司;AB135-S梅特勒-托利多电子天平,瑞士梅特勒仪器公司;JY92-IIN超声细胞粉碎机,宁波新芝生物科技股份有限公司;Nano S90激光粒度仪,英国马尔文公司。SIHE,批号130512,含绿原酸3.159%、芦丁7.908%,新疆维吾尔自治区药物研究所提供;大豆磷脂,德国lipoid公司,批号139017,质量分数>95%;氢化大豆磷脂,日本精细化工株式公社,批号RKL-MD231,质量分数>98%;胆固醇,分析纯,中国慧兴生化试剂有限公司,批号13126,质量分数>95%;对照品绿原酸(批号110753-200413,质量分数>99%)、芦丁(批号100080-200707,质量分数>98%),中国食品药品检定研究院;甲醇和乙腈,色谱纯,美国Fisher公司;水为去离子水,其余试剂均为分析纯。
2 方法与结果 2.1 绿原酸、芦丁定量测定 2.1.1 对照品溶液的制备取绿原酸与芦丁对照品适量,精密称定,置50 mL棕色量瓶中,加甲醇至刻度,制成含绿原酸52.5 μg/mL、芦丁50 μg/mL的混合储备液,摇匀,经0.22 μm滤膜滤过,备用。
2.1.2 SIHE供试品溶液的制备精密称取SIHE 10 mg,置10 mL量瓶中,加甲醇稀释至刻度,摇匀,经0.22 μm滤膜滤过,备用。
2.1.3 SIHE-CPL供试品溶液的制备精密吸取SIHE-CPL溶液1 mL,加入1 mL破膜剂(无水乙醇-异丙醇1∶4),超声5 min,摇匀,经0.22 μm滤膜滤过,即得SIHE-CPL供试品溶液。
2.1.4 阴性对照样品溶液的制备精密吸取空白CPL溶液1 mL,加入1 mL破膜剂(无水乙醇-异丙醇1∶4),超声5 min,摇匀,经0.22 μm滤膜滤过,即得阴性对照样品溶液。
2.1.5 色谱条件Kromasil C18柱谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),流动相为乙腈-0.4%磷酸水溶液,梯度洗脱:0~13 min,10%~12%乙腈;13~40 min,12%~15%乙腈;检测波长353 nm,柱温35 ℃,体积流量1 mL/min,进样量10 mL。绿原酸与芦丁混合对照品溶液、SIHE供试品溶液、SIHE-CPL供试品溶液、阴性对照样品溶液的色谱图见图 1。
![]() | 图 1 混合对照品 (A)、SIHE样品 (B)、SIHE-CPL样品 (C) 和阴性对照样品 (D) 溶液的HPLC图 Fig.1 HPLC of mixed reference substances (A),SIHE sample (B),SIHE-CPL sample (C),and negative controls (D) |
精密吸取混合对照品储备液0.25、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、10.0 mL加甲醇稀释至10 mL,0.22 μm微孔滤膜滤过,HPLC法进样测定。以质量浓度(C)为横坐标,峰面积(A)为纵坐标进行线性回归,得绿原酸回归方程A=26 288 C+722.56,r=0.999 4;芦丁回归方程A=23 243 C+6 104.6,r=0.999 7。结果表明,绿原酸在1.31~52.5 μg/mL、芦丁在1.25~50 μg/mL与峰面积呈良好的线性关系。
2.1.7 精密度试验分别取低、中、高质量浓度的绿原酸和芦丁对照品溶液(1.31、26.9、52.5 μg/mL和1.25、25.6、50.0 μg/mL),用HPLC法在353 nm下连续测定6次峰面积,计算日内精密度,分别在5 d内每天用HPLC测定峰面积,计算日间精密度。绿原酸和芦丁低、中、高3个质量浓度的日内精密度分别为1.22%、1.41%、0.76%;日间精密度分别为1.47%、0.85%、1.52%。上述结果表明仪器精密度良好。
2.1.8 稳定性试验取同一供试品溶液,按“2.1.5”项下色谱条件在0、1、2、4、6、12 h进样测定峰面积,共测定6次,分别测定绿原酸及芦丁峰面积值,结果绿原酸峰面积值RSD为1.42%,芦丁峰面积值RSD为1.78%,表明供试品溶液在12 h内稳定。
2.1.9 重复性试验制备一供试品溶液6份,按“2.1.5”项下色谱条件测定,分别测定绿原酸及芦丁峰面积值,结果绿原酸质量分数的RSD为0.81%,芦丁质量分数的RSD为0.66%,表明重复性良好。
2.1.10 回收率试验精密吸取SIHE-CPL 1 mL,分别加入1 mL高、中、低质量浓度的绿原酸(31.4、15.6、7.1 μg/mL)和芦丁(30.7、15.3、6.6 μg/mL)对照品溶液,混匀,再加入2 mL破膜剂(无水乙醇-异丙醇为1∶4),超声2 min,经0.22 μm滤膜滤过,用HPLC测定峰面积并计算加标回收率。结果高、中、低质量浓度的绿原酸的回收率分别为100.31%、99.15%、98.29%,RSD分别为0.62%、0.97%、1.28%(n=3);高、中、低质量浓度的芦丁的回收率分别为99.35%、100.49%、100.35%,RSD分别为0.92%、0.72%、0.63%(n=3)。
2.2 SIHE-CPL的制备工艺按一定质量比将氢化大豆磷脂、大豆磷脂和胆固醇,溶于2 mL无水乙醇,适当超声使其溶解,注入到磁力搅拌(60 ℃)的5 mL、0.2 mol/L硫酸铵溶液中,50 ℃减压回收乙醇5 min,取出,调整体积至25 mL,冰浴探头超声(400 W,150次)匀化后,低速离心(1 000 r/min,5 min)除去钛粉,用10倍量体积磷酸盐缓冲液(PBS,pH 7.4)透析,每次2 h,共4次,除去外水相硫酸铵,制得空白CPL。取SIHE磷酸盐缓冲液与空白CPL混匀,60 ℃恒温水浴磁力搅拌45 min,冰浴中放置10 min,即得SIHE-CPL。
2.3 SIHE-CPL包封率的测定精密吸取SIHE-CPL 2 mL,上样经处理的SephadexG-50柱(内径1 cm,长度27 cm),用pH 7.4 PBS洗脱,体积流量为1 mL/min,收集含药CPL;取同一批SIHE无水乙醇溶液用PBS溶液(pH 7.4)按1∶3比例稀释;分别以HPLC进样10 μL,测定峰面积,并代入线性方程计算CPL中药物的量和游离药物的量。
包封率=CPL中药物的量/(CPL中药物的量+游离药物的量)
2.4 单因素试验考察 2.4.1 磷酸盐缓冲液(PBS)的pH值按照“2.2”项下SIHE-CPL的制备方法,设定所用PBS的pH值分别为6.8、7.4、8.0,固定其他因素(药脂比为1∶20和磷脂与胆固醇比例为12∶1),考察不同pH值对平均粒径和多分散指数(PDI)的影响,得出平均粒径分别为(226.6±7.2)、(174.4±3.5)、(190.7±6.5)nm,PDI分别为0.245±0.043、0.202±0.016、0.266±0.025,根据结果,选择PBS的pH值为7.4。
2.4.2 药脂比例按照“2.2”项下SIHE-CPL的制备方法,固定其他因素(PBS的pH值7.4和磷脂与胆固醇比例12∶1),设定SIHE与磷脂用量比例分别为1∶10、1∶20、1∶40,考察不同比例对粒径和PDI的影响,分别得出平均粒径分别为(280.6±6.7)、(168.6±4.9)、(248.4±3.2)nm,PDI分别为0.277±0.015、0.194±0.014、0.298±0.021,根据结果,选择药脂比例为1∶20。
2.4.3 磷脂与胆固醇比例按照“2.2”项下SIHE-CPL的制备方法,固定其他因素(PBS的pH值为7.4和药脂比为1∶20),设定磷脂与胆固醇的用量比例分别为6∶1、12∶1、24∶1,考察不同比例对粒径和PDI的影响,得出平均粒径分别为(242.6±8.8)、(179.2±3.7)、(356.1±12.3)nm,PDI为0.263±0.023、0.216±0.008、0.378±0.031,根据结果,选择磷脂与胆固醇比例为12∶1。
2.5 处方优化 2.5.1 星点设计根据单因素试验与方差分析结果PBS的pH值和药脂比例对平均粒径、PDI和包封率影响不显著(P>0.05),而磷脂与胆固醇的用量变化对平均粒径、PDI和包封率影响较为显著(P<0.05),选择对SIHE-CPL理化性质影响较显著的2个因素:磷脂用量(即大豆磷脂和氢化大豆磷脂的总和为X1)和胆固醇用量(X2)作为处方考察因素,分别以平均粒径(Y1,最小化)、PDI(Y2,最小化)、绿原酸包封率(Y3,最大化)、芦丁包封率(Y4,最大化)和Zeta电位(Y5,最小化)为考察指标进行星点设计-效应面优化,实验设计与结果见表 1。
| 表 1 星点设计-效应面优化试验结果 Table 1 Results of central composite design and response surface methodology |
以5项评价指标为因变量,采用Design-Expert 8.0.6软件对实验结果进行多元线性回归和二项式拟合,以相关系数(r)和置信度(P)评定模型的优度。由于多元线性回归各拟合方程的相关系数较低,自变量与因变量之间线性相关性较差,而二元多项式回归拟合方程r和P较好。二元多项式方程分别为 Y1=401.025-0.691 92 X1-3.688 27 X2-4.199 13 X1X2+7.225 2 X12+0.028 13 X22(r2=0.951 7,P=0.000 2);Y2=0.555 57-1.227 87 X1-2.488 02 X2+9.523 81 X1X2+1.113 62 X12+1.537 19 X22(r2=0.947 9,P=0.000 2);Y3=48.588 2+0.107 43 X1+0.373 13 X2-1.839 83 X1X2-1.022 85 X12-2.548 1 X22(r2=0.957 5,P=0.000 1);Y4=44.439 8+0.115 26 X1+0.319 84 X2-2.103 9 X1X2-9.453 23 X12-1.628 26 X22(r2=0.963 0,P<0.000 1);Y5=18.723 1-0.123 73 X1-0.414 92 X2+4.545 45 X1X2+1.101 19 X12+2.900 83 X22(r2=0.987 0,P<0.000 1)。
上述各方程经F检验显示二次多项式拟合的模型均具有显著性,失拟性检验(P>0.05)不显著,表明二次多项式拟合的回归模型拟合情况良好,代表性强,理论预测值与实际值偏差较小,模型拟合优度好。
2.5.3 效应面优化与预测采用Design-expert 8.0.6软件,固定2个自变量之一为中心值,代入方程,以拟合目标函数为数学模型,绘制三维效应图,使其能形象地反映各因素对不同考察指标的影响,见图 2。结果表明在一定范围内,因素X1、X2与SIHE-CPL的平均粒径、PDI、包合率和Zeta电位呈正态相关。综合以上结果,确定最终SIHE-CPL制备工艺的较优工艺范围为X1 535~550 mg,X2 55~70 mg。
![]() | 图 2 制备工艺中各因素对不同考察指标影响的响应曲面及等高线 Fig.2 Response surface model (RSM) and contour of effect of each factors on various inspection index in preparation |
按优选的工艺条件进行3次验证试验,取均值与二项式方程预测值相比较,结果见表 2,所有实际值与预测值的偏差[偏差=(预测值-实验值)/预测值]<3%,说明二项式模型拟合效果良好,可信度高。
| 表 2 预测值与实验值比较 (n= 3) Table 2 Comparison on predicted values and actual values (n = 3) |
按照《中国药典》2010年版规定的第三法(小杯法)测定释放度。采用动态透析法,精密移取SIHE溶液和SIHE-CPL混悬液各5 mL,分别置于已活化的透析袋中,两端扎牢,将透析袋置于装有50 mL溶出介质的具塞锥形瓶中,37 ℃恒温水浴振荡,分别于0、0.083、0.167、0.333、0.5、0.75、1、2、3、4、6、8、10、12、24 h各取1 mL置于EP管中,并及时补充等温同体积空白介质,经0.22 μm微孔滤膜滤过,参照“2.1”项方法测定所取溶液中绿原酸和芦丁的总量(总量=绿原酸的量+芦丁的量),根据公式计算各时间点相对累积释放率,并绘制累积释放曲线,见图 3。由图 3可知,SIHE-CPL 3 h累积释放近90%,4 h即达到95%以上,释放速度及释放量均明显高于SIHE。
![]() | 图 3 SIHE和SIHE-CPL的体外累积释放曲线 (n = 3) Fig.3 In vitro release curves of SIHE and SIHE-CPL (n = 3) |
相对累积释放率=某个时间点取样测定的总量/24 h的最终释放量
2.7 释放度数据拟合分别对SIHE溶液和SIHE-CPL累积释放率与时间按照零级、一级、Higuchi和Weibull方程进行拟合,根据《中国药典》2010年版规定,拟合时以r最大而均方误差(Mse)最小为最好拟合结果,结果见表 3。结果表明,SIHE和SIHE-CPL释放均符合一级方程。
| 表 3 释放曲线拟合结果 Table 3 Results of release curve fitting |
本研究通过溴化钾压片的方式,对SIHE、物理混合物、空白CPL及SIHE-CPL的红外表征进行扫描分析,观察各组分在扫描波长范围内的吸收值的变化。
扫描波长选择:在波长400~4 000 nm下SIHE、物理混合物,空白CPL和SIHE-CPL的红外分光光度法扫描光谱扫描图见图 4。从图 4可知,物理混合物保留了SIHE中1 800~1 500 cm−1处的峰(C=O)、芳香族化合物苯环振动骨架v(C=C)、v(NO2)的特征峰;SIHE-CPL保留了空白CPL 1 700~500 cm−1的5个峰,同时,SIHE-CPL对比与空白CPL,减弱了其在2 273.95 cm−1处的峰。图 4-C显示了空白CPL红外光谱图的特征频率,其中3 079.71 cm−1是空白CPL中胆固醇的-OH与压片时水蒸气缔合的特征吸收峰,2 921.34 cm−1是C-H伸缩振动吸收峰,2 851.73 cm−1是CH2对称伸缩吸收峰,1 733.05 cm−1是大豆卵磷脂中C=O伸缩吸收峰,1 456.82 cm−1是CH2剪切振动(为六方晶系),1 117.72 cm−1是大豆卵磷脂中CO-C-O反对称伸缩
![]() | 图 4 SIHE (A)、物理混合物 (B)、空白CPL (C) 及SIHE-CPL (D) 的IR图 Fig.4 IR spectra of SIHE (A),mixture of SIHE (B),blank CPL (C) and SIHE-CPL (D) |
吸收,1 063.61 cm−1是大豆卵磷脂中PO2−1对称伸缩吸收峰,949 cm−1是RCH=CH2特征吸收峰。而胆固醇的主要特征吸收峰为1 394.82、861.34、536.25和513.13 cm−1。
2.8.2 XRD分析XRD分析检测条件:石墨单色器单色化CuKα辐射;管电压40 kV;管电流40 mA,扫描角度5°~80°,步长:0.02°,步速:0.2°/步。分别将SIHE、物理混合物、空白CPL和SIHE-CPL进行XRD分析,结果见图 5。从图 5可知,图 5-A是SIHE的XRD图谱,在5°~30°有较强衍射峰包,其中,在11.12°位置的衍射最强,周围有多处零散的尖峰,根据此现象可以推测SIHE以无定性非晶体结构为主。图 5-B和C中衍射角在0°~30°有多处结晶峰,但同时,也存在无定型区域对应的峰包,由此推测空白CPL和物理混合物均为半晶型粉末。在图 5-D中,可以看出SIHE-CPL的XRD谱图基线平稳、衍射峰窄且强度高,说明结晶度高、规整性好。
![]() | 图 5 SIHE (A)、物理混合物 (B)、空白CPL (C) 和SIHE-CPL (D) 的XRD图 Fig.5 XRD spectra of SIHE (A),mixture of SIHE (B),blank CPL (C),and SIHE-CPL (D) |
根据X射线衍射理论,运用Debye-Scherrer公式计算SIHE-CPL的晶粒尺寸。
Dhkl=kλ/β·cosθ
Dhkl为沿垂直于晶面方向的晶粒直径,k为Scherrer常数(k=0.89),λ为入射X射线波长(Cuka波长为154.06 pm),θ为布拉格衍射角(°),β为衍射峰的半高峰宽(FWHM)
采用XRD分析软件MDI Jade5.0和XRD粒径计算器(v1.0),对SIHE-CPL的XRD图谱中的衍射峰计算后得到SIHE-CPL的Dhkl平均值为(142.71±6.88)nm。通过计算SIHE-CPL的Dhkl值与激光粒度仪基本一致。
3 讨论前期研究表明[16],SIHE(主要成分为绿原酸和芦丁)主要以被动扩散为主,通过溶入膜的类脂中透过脂质层。而CPL具有两亲性,利于药物的溶解,同时CPL中有SPC和HSPC,对肠道中的脂质层具有亲和性,有助于药物在胃肠道中的渗透与吸收。
单因素试验结果表明,硫酸铵梯度法制备SIHE-CPL的机制在于脂质体膜内外存在pH梯度(浓度差)。药物在外水相pH值中性条件(pH 7.4)下以分子形式存在,并以浓度差为动力,通过磷脂双分子层进入内水相,由于内水相和药物均为酸性,根据相似相容原理,使得药物不能再回到外水相,从而减少药物泄漏,使得制剂的粒径和分散度减小。SIHE脂溶性差,可溶解于水和PBS中,本实验通过考察不同的药脂比,确定最佳比例系数。其中,磷脂用量过低时,澄清度好,但药物因缺少足够的磷脂包裹,易从体系中析出结晶,使得成型制剂稳定性差,从而增大粒径和PDI,但当磷脂用量过大时,CPL的粒径和PDI较大,偶见磷脂块,浊度较大,易发生脂质体相互间的絮凝和融合,稳定性差。此外,胆固醇在脂质体的制备中起着膜流动性调节剂的作用,可使相变温度以下处于固态的磷脂转变为液晶态,防止类脂链结晶化,可抑制磷脂分子碳氢链的某些运动能力,降低其流动性,还能增加脂质双分子层膜的坚固性,防止药物渗漏。加入适量的胆固醇,可使膜的刚性增强,曲率增大,在相同质量的膜质中,所形成的脂质双分子层膜的总表面积减小,从而使得粒径和PDI减小。但是胆固醇的量不宜过低,据报道胆固醇的量过低会使CPL在制备和储存过程中发生严重渗漏,形成结晶。当胆固醇的用量过大时,CPL容易出现絮凝或沉淀现象。
本研究采用星点设计效应面法优化了SIHE- CPL的处方。结果表明,采用二项式方程拟合上述5种考察指标,均具有良好的r,且预测效果较好。由于SIHE脂溶性差,在制备过程中采用磷酸盐缓冲液作为溶解剂,可增加其溶解性,且采用减压的方法将乙醇除尽,使SIHE均匀分散在CPL中。此外,本实验采用动态透析法,主要根据透析膜相对分子质量大小的不同对不同分子截留的原理,从而使小分子药物透过,达到分离的方法,此方法相比于溶出度测定法,操作简单,测定准确,重复性好。并为SIHE-CPL的体内的分布、药效及毒性研究提供试验依据。
在IR图谱中,SIHE-CPL显示出SIHE官能团基团的特征吸收峰(如2 928、967.45 cm−1)与物理混合物的IR图谱比较差异较大。从物理混合物图谱中可以显示出SIHE的一些官能团区(4 000~1 400 cm−1)基团的特征吸收峰和指纹区(1 300~400 cm−1)的吸收峰。但SIHE-CPL的红外图谱中只有865.6和527.51 cm−1(均为胆固醇特征峰)有较强吸收外,由于SIHE被磷脂双分子层包裹的原因,其余区域的特征吸收峰均消失。根据XRD图谱表示,SIHE被CPL包裹后受到SIHE、SPC、HSPC及胆固醇物质分子之间的相互作用或影响,可能形成亚微晶或微晶结构。同时,对比SIHE和SIHE-CPL的衍射图谱,在SIHE-CPL衍射图谱中可以看到SIHE中的晶型衍射峰几乎完全消失,这表明在SIHE-CPL成型过程中,由不同磷脂的脂质分子自组装形成以双分子层为单位的多层膜,而SIHE被磷脂所包裹,CPL的宽峰将SIHE的晶型衍射峰掩盖,使SIHE以一种无定形形式存在于CPL中。
本课题组前期进行了天山雪莲提取物磷脂复合物的研究,与目前CPL的研究相比,二者的生成机制截然不同,其内部结构和特点存在较大差异。磷脂复合物主要通过药物与磷脂的极性端之间相互作用而与磷脂结合在一起。而CPL是将药物包裹在由不同磷脂材料形成的囊泡内,药物主要分散在囊泡内的溶液中和磷脂的多层膜之间。从结构上比较,使得CPL比磷脂复合物具有更高的载药量和稳定性。此外,药物与磷脂形成复合物后使药物理化性质和药效发生改变,形态多呈不规则排列,由于此特点,往往使得实际结果比理想预期结果偏差较大。故本课题组根据药物自身特点,以提高药物口服生物利用度和稳定性为目标,制备SIHE-CPL。
CPL是一种类似生物膜结构的磷脂双分子层的球型药物载体,并且采用不同相变温度,这就使得在CPL的双分子层中形成了2种不同的相区域,即胶晶相和液晶相,这2种相将双分子层分隔成多个不连续的区域,抑制了难溶性药物的互相聚集,从而提高了药物在脂质体中的稳定性,并同时存在相分离,这便导致了脂质体膜表面产生区块结构,从而增加了膜通透性,使得SIHE可能更容易通过CPL膜进入内水相,提高了药物的载药量[8]。在当今中药药剂学领域,采用复合磷脂脂质体技术的特点,解决中药中成分多而复杂且用量大等问题,尤其对单一中药有效部位和提取物脂质体的制备具有更加深远的意义。因此,本课题将SIHE制成CPL拟开发新型纳米给药制剂,并且,希望将此技术得到更好的改进,更加广泛地应用于医药领域。
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