DE3436928A1 - Alloplastic vascular prosthesis, process for its preparation - Google Patents

Alloplastic vascular prosthesis, process for its preparation

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Abstract

An alloplastic vascular prosthesis with the following features is described: it has different carbohydrate group chains and/or proteins on its surface which is wetted by the blood and is composed of two different material layers. Furthermore, the molecule-oriented attachment of the abovementioned carbohydrate group chains and/or proteins including glycosaminoglycans to the inner material layer is described, which results in ordered neointima formation, also with the involvement of endogenous fibronectin.

Description

Alloplastische Gefäßprothese, Verfahren zu deren HerstellungAlloplastic vascular prosthesis, process for their manufacture

Ziel bei der Entwicklung alloplastischer Gefäßprothesen ist es u.a., schnellstmöglich nach Implantation eine geordnete Endothelialisierung (Neointima) auf der Oberfläche des Gefäßlumens zu erreichen, so daß haldmöglichst von einer Antikoagulierung abgesehen werden kann.The aim of the development of alloplastic vascular prostheses is, among other things, Ordered endothelialization (neointima) as soon as possible after implantation on the surface of the vessel lumen, so that as soon as possible from one Anticoagulation can be waived.

Das Wachstum von Endothelzellen auf den bisher verwendeten Prothesenmaterialien ist bei relativ geringer Haftfähigkeit langsam.The growth of endothelial cells on the previously used prosthetic materials is slow with relatively poor adhesion.

Ursache hierfür ist u.a., daß die Oberflächen der bisher hauptsächlich verwendeten Prothesenmaterialien wie Polyäthylenglylcolterephtalat (DacronR) oder Polytetrafluoräthylen (TeflonR) keine Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteine aufweisen. Diese dienen als "linkermöglichkeiten"fürfürdie erwähnten Zellen. - Die Zellen ihrerseits reagieren über lectinähnliche Proteine mit diesen Substanzen. Siehe H. Rauvala, Trends in Biochemistry Science, 7, 323 - 325 (1983).The reason for this is, among other things, that the surfaces of the hitherto mainly prosthesis materials used such as polyethylene glycol terephthalate (DacronR) or Polytetrafluoroethylene (TeflonR) no carbohydrate group chains and / or proteins exhibit. These serve as "linker facilities" for the mentioned cells. - The For their part, cells react with these substances via lectin-like proteins. See H. Rauvala, Trends in Biochemistry Science, 7, 323-325 (1983).

Ziel der Erfindung ist es, die vom Blut benetzten Oberflächen alloplastischer Gefäßprothesen im molekularen Bereich nahezu physiologisch auszukleiden und so auszubilden, daß es im implantierten Zustand zu einer optimierten Neointima-Bildung kommen wird.The aim of the invention is to make the surfaces wetted by the blood more alloplastic Lining and training vascular prostheses in the molecular range almost physiologically that there will be an optimized neointima formation in the implanted state.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß 1. die vom Blut benetzte Oberfläche der Prothese Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteine aufweist, und 2. daß die Prothese aus einer inneren und einer äußeren Schicht aus jeweils unterschiedlichen röhrenförmigen Materialien aufgebaut ist, wobei die innere Schicht Siebfilter-Textur besitzt und die äußere Schicht aus glattem hydrophilen Material besteht.According to the invention the object is achieved in that 1. the blood wetted surface of the prosthesis has carbohydrate group chains and / or proteins, and 2. that the prosthesis consists of an inner and an outer layer, respectively different tubular materials is constructed, with the inner layer Has sieve filter texture and the outer layer is made of smooth hydrophilic material consists.

Daß die vom Blut benetzte Oberfläche der Prothese Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteine aufweist, geschieht vorzugsweise mit hilfe amphiphiler Substanzen: Substanzen also, welche sowohl einen hydrophoben als auch einen hydrophilen Molekülanteil aufweisen, wobei letzterer wiederum mit den erwähnten Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteinen identisch ist. Der hydrophobe Molekülanteil der amphiphilen Substanzen besteht in der Regel aus einer Kohlenwasserstoffkette mit vier bis ca. 20 C-Atomen. Dabei ist der hydrophobe Charakter dieses Molekülanteils aber wichtiger als dessen chemische Uniformität.That the surface of the prosthesis wetted by blood is carbohydrate group chains and / or has proteins, is preferably done with the help of amphiphilic substances: Substances that have both a hydrophobic and a hydrophilic part of the molecule have, the latter in turn with the carbohydrate group chains mentioned and or Proteins is identical. The hydrophobic part of the molecule of the amphiphilic substances usually consists of a hydrocarbon chain with four to approx. 20 carbon atoms. The hydrophobic character of this part of the molecule is more important than its chemical uniformity.

Als Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteine enthaltende amphiphile Substanzen kommen synthetische und/oder natürliche Lipoide in Frage. Letztere können problemlos als Lipoid-Extrakt aus tierischen und pflanzlichen Materialien gewonnen werden und umfassen je nach Aufarbeitung und Ausgangsmaterial unterschiedliche Mengen an Glycerinphosphatiden, Sphingolipoiden, Glykosphingolipoiden und Lipoproteinen. Wegen des hohen Anteils an (verzweigten) Kohlenhydratgruppenketten hat sich die Gewinnung dieser Substanzen aus Hirn bzw. aus Plazenten bewährt. - Im einzelnen besteht der hydrophile Anteil der eingesetzten amphiphilen Substanzen aus Kohlenhydraten wie Fucose, Mannose, Galaktose, Glucose, N-Acetyl-galactosamin, N-Acylneuraminsäure; Verbindungen von denen bekannt ist, daß sie ein geordnetes Zellwachstum begünstigen. - Auf einen in diesem Zusammenhang erforderlichen prozentualen Anteil von Glykosaminoglykanen an den amphiphilen Substanzen, zum Beispiel in Form von mit Stearinsäure umgesetzten Heparin, wird speziell hingewiesen: durch körpereigenes Fibronectin erfolgt bekanntermaßen eine Verbesserung des Endothelwachstums. Nach Implantation derart beschichteter Materialien wird Fibronectin an dieses saure Glykosaminglykan gebunden und fördert somit die Neointima-Bildung.Amphiphiles containing carbohydrate groups and / or proteins Substances are synthetic and / or natural lipoids. The latter can easily obtained as a lipoid extract from animal and vegetable materials are and include different amounts depending on the processing and starting material on glycerol phosphatides, sphingolipoids, glycosphingolipoids and lipoproteins. Because of the high proportion of (branched) carbohydrate group chains, the Obtaining these substances from the brain or from placentas has proven successful. - In detail the hydrophilic part of the amphiphilic substances used consists of carbohydrates such as fucose, mannose, galactose, glucose, N-acetyl-galactosamine, N-acylneuraminic acid; Compounds known to promote orderly cell growth. - On a percentage of glycosaminoglycans required in this context on the amphiphilic substances, for example in the form of reacted with stearic acid Heparin, is specifically noted: is known to be produced by the body's own fibronectin an improvement in endothelial growth. Coated in this way after implantation Materials, fibronectin is bound to this acidic glycosamine glycan and promotes it thus the neointima formation.

Das molekülorientierte A u f b r i n g e n amphiphiler Substanzen auf Materialoberflächen, derart, daß deren hydrophiler Molekülanteil nunmehr unmittelbare Materialoberfläche ist, wird dadurch erreicht, daß man die amphiphilen Substanzen, als Extrakt oder als im Verhältnis zueinander genau definierter ReinSubstanzen, in einem im wesentlichen unpolaren Lösungsmittel(gemisch) löst oder suspendiert und diese Lösung bzw. Suspension mit dem zu beschichtenden Material in innigen Kontakt bringt und das Lösungsmittel(gemisch) anschließend (durch Verdampfen) wieder vollständig entfernt. - Bei dieser Vorgehensweise lagern sich die gruppenketten und/oder Proteinen identisch ist. Der hydrophobe Molekülanteil der amphiphilen Substanzen besteht in der Regel aus einer Kohlenwasserstoffkette mit vier bis ca. 20 C-Atomen. Dabei ist der hydrophobe Charakter dieses Molekülanteils aber wichtiger als dessen chemische Uniformität.The molecule-oriented collection of amphiphilic substances on material surfaces in such a way that their hydrophilic molecular portion is now immediate Material surface is achieved by the amphiphilic substances, as an extract or as pure substances precisely defined in relation to one another, dissolved or suspended in an essentially non-polar solvent (mixture) and this solution or suspension is in intimate contact with the material to be coated brings and the solvent (mixture) then (by evaporation) again completely removed. - With this approach, the group chains and / or proteins are identical. The hydrophobic part of the molecule of the amphiphilic substances usually consists of a hydrocarbon chain with four to approx. 20 carbon atoms. The hydrophobic character of this part of the molecule is more important than its chemical uniformity.

Als Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteine enthaltende amphiphile Substanzen kommen synthetische und/oder natürliche Lipoide in Frage. Letztere können problemlos als Lipoid-Extrakt aus tierischen und pflanzlichen Materialien gewonnen werden und umfassen je nach Aufarbeitung und Ausgangsmaterial unterschiedliche Mengen an Glycerinphosphatiden, Sphingolipoiden, Glykosphingolipoiden und Lipoproteinen. Wegen des hohen Anteils an (verzweigten) Kohlenhydratgruppenketten hat sich die Gewinnung dieser Substanzen aus Hirn bzw. aus Plazenten bewährt. - Im einzelnen besteht der hydrophile Anteil der eingesetzten amphiphilen Substanzen aus Kohlenhydraten wie Fucose, Mannose, Galaktose, Glucose, N-Acetyl-galactosamin, N-Acylneuraminsäure; Verbindungen von denen bekannt ist, daß sie ein geordnetes Zellwachstum begünstigen. - Auf einen in diesem Zusammenhang erforderlichen prozentualen Anteil von Glykosaminoglykanen an den amphiphilen Substanzen, zum Beispiel in Form von mit Stearinsäure umgesetzten Heparin, wird speziell hingewiesen: durch körpereigenes Fibronectin erfolgt bekanntermaßen eine Verbesserung des Endothelwachstums. Nach Implantation derart beschichteter Materialien wird Fibronectin an dieses saure Glykosaminglykan gebunden und fördert somit die Neointima-Bildung.Amphiphiles containing carbohydrate groups and / or proteins Substances are synthetic and / or natural lipoids. The latter can easily obtained as a lipoid extract from animal and vegetable materials are and include different amounts depending on the processing and starting material on glycerol phosphatides, sphingolipoids, glycosphingolipoids and lipoproteins. Because of the high proportion of (branched) carbohydrate group chains, the Obtaining these substances from the brain or from placentas has proven successful. - In detail the hydrophilic part of the amphiphilic substances used consists of carbohydrates such as fucose, mannose, galactose, glucose, N-acetyl-galactosamine, N-acylneuraminic acid; Compounds known to promote orderly cell growth. - On a percentage of glycosaminoglycans required in this context on the amphiphilic substances, for example in the form of reacted with stearic acid Heparin, is specifically noted: is known to be produced by the body's own fibronectin an improvement in endothelial growth. Coated in this way after implantation Materials, fibronectin is bound to this acidic glycosamine glycan and promotes thus the neointima formation.

Das molekülorientterte A u f b r i n g e n amphiphiler Substanzen auf Materialoberflächen, derart, daß deren hydrophiler Molekülanteil nunmehr unmittelbare Materialoberfläche ist, wird dadurch erreicht, daß man die amphiphilen Substanzen, als Extrakt oder als im Verhältnis zueinander genau definierter Reinsubstanzen, in einem im wesentlichen unpolaren Lösungsmittel(gemisch) löst oder suspendiert und diese Lösung bzw. Suspension mit dem zu beschichtenden Material in innigen Kontakt bringt und das Lbsungämittel(gemisch) anschließend (durch Verdampfen) wieder vollständig entfernt. - Bei dieser Vorgehensweise lagern sich die amphiphilen Substanzen, idealerweise unter Ausbildung einer monomolekularen Schicht, über hydrophobe und van der als'suche Kräfte über ihren hydrophoben Molekülanteil fest an die Materialoberfläche an, wohingegen der hydrophile Molekülanteil, welcher ja seinerseits aus Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteinen besteht, die "neue" Materialoberfläche darstellt und die geforderten "Ankermöglichkeiten" für Endothelzellen bietet.The molecular-oriented elimination of amphiphilic substances on material surfaces in such a way that their hydrophilic molecular portion is now immediate Material surface is achieved by the amphiphilic substances, as an extract or as pure substances precisely defined in relation to one another, dissolved or suspended in an essentially non-polar solvent (mixture) and this solution or suspension is in intimate contact with the material to be coated brings and the dissolving agent (mixture) then (by evaporation) again completely removed. - With this approach, the amphiphilic Substances, ideally with the formation of a monomolecular layer, via hydrophobic ones and van der als'suche forces firmly to the material surface via their hydrophobic molecule portion on, whereas the hydrophilic part of the molecule, which in turn consists of carbohydrate group chains and / or proteins that represent the "new" material surface and the required "Anchoring opportunities" for endothelial cells offers.

Als Lösungsmittel kommen unpolare Lösungsmittel wie Chloroform, Hexan, Methylenchlorid und Petroläther sowie hydrophile organische Lösungsmittel wie Methanol, Butanol und Aceton in Frage, ebenso wie Mischungen aus diesen Flüssigkeiten. Erforderlichenfalls können auch Pufferlösungen Bestandteil des zur Lösung oder Suspension amphiphiler Substanzen benötigten Lösungsmittelgemischs sein.Non-polar solvents such as chloroform, hexane, Methylene chloride and petroleum ether and hydrophilic organic solvents such as methanol, Butanol and acetone are possible, as are mixtures of these liquids. If necessary Buffer solutions can also be part of the amphiphilic solution or suspension Substances required to be solvent mixture.

Aus dem oben ausgeführten ergibt sich, daß das mit dem Blutstrom in Berührung kommende Material, welches erfindungsgemäß Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteine aufweisen soll, hydrophober Natur sein muß. Geeignete hydrophobe Materialien sind beispielsweise Polyamide, Polyäthylen, Polyalkylenterephtalate und Fluorpolymerisate. Wesentlich für die Eignung zur erfindungsgemäßen Ausstattung dieser Materialien mit Kohlenhydratgruppenketten und/ oder Proteinen ist eine (relativ kurzzeitige) Beständigkeit gegen die verwendeten Lösungsmittel(gemische) mit den darin gelösten bzw. suspendierten amphiphilen Substanzen.From the above it follows that the blood flow in Contact coming material, which according to the invention carbohydrate group chains and / or Proteins should have, must be hydrophobic in nature. Suitable hydrophobic materials are for example polyamides, polyethylene, polyalkylene terephthalates and fluoropolymers. Essential for the suitability for finishing these materials according to the invention with carbohydrate group chains and / or proteins is a (relatively short-term) Resistance to the solvents used (mixtures) with those dissolved in them or suspended amphiphilic substances.

Derartige hydrophobe Materialien stehen für die erfindungsgemäße Anwendung als innere röhrenförmige Schicht der Prothese auch in Siebfilter-Textur zur Verfügung, beispielsweise als Nylongewebe mit einer Maschenweite von 10 Um und einer Fadenstärke von 100 jum. Diese Abmessungen werden in etwa benötigt, um nach Implantation ein geordnetes Endothelwachstum auf der gesamten Oberfläche des Filters zu erzielen: beginnend auf der unmittelbaren Lumenoberfläche wird es sich durch die Porenöffnungen zur lumenabgewandten Seite des Filters hin fortsetzen und im weiteren Verlauf werden dann auch die Porenöffnungen vollständig verschloßen.Such hydrophobic materials stand for the application according to the invention also available as an inner tubular layer of the prosthesis in a mesh filter texture, for example as a nylon fabric with a mesh size of 10 µm and a thread size from 100 jum. These dimensions are roughly needed after implantation to achieve orderly endothelial growth over the entire surface of the filter: Starting on the immediate lumen surface, it will spread through the pore openings continue to the side of the filter facing away from the lumen and will continue in the further course then the pore openings are also completely closed.

Insgesamt ist ein zwei- bis dreischichtiges Zellwachstum zu erwarten.Overall, a two- to three-layer cell growth is to be expected.

Die äußere Schicht der Prothese besteht aus einem glatten hydrophilen Material und umhüllt die mit amphiphilen Substanzen beschichtete innere Schicht. Als geeignetes Material kommen beispielsweise Silicon- oder Cellulose-Schläuche in Frage, wobei natiirlich gute mechanische Eigenschaften erforderlich sind.The outer layer of the prosthesis consists of a smooth hydrophilic Material and envelops the inner layer coated with amphiphilic substances. Silicone or cellulose hoses, for example, are suitable materials in question, whereby good mechanical properties are of course required.

Schließlich wird das innere röhrenförmige Material in das äußere Material eingeführt, der Abstand zwischen den beiden Materialien sollte dabei nicht größer als 1 mm sein. Die erfindungsgemäße Prothese steht nun zur Implantation zur Verfügung.Eventually the inner tubular material becomes the outer material introduced, the distance between the two materials should not be greater than 1 mm. The prosthesis according to the invention is now available for implantation.

Beispiel Als innere Schicht findet ein mit 5 mm Durchmesser röhrenförmig ausgebildeter Siebfilter aus Nylongewebe Anwendung (Maschenweite des Filters 10 ~ihm, Fadenstärke 100 ,um).Example The inner layer is a tubular with a diameter of 5 mm formed screen filter made of nylon fabric application (mesh size of the filter 10 ~ him, thread size 100 um).

Als äußere Schicht wird ein Siliconschlauch verwendet (innerer Durchmesser 6 mm, Wandstärke 2 mm).A silicone hose is used as the outer layer (inner diameter 6 mm, wall thickness 2 mm).

Beschichtung der inneren Schicht mit Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteinen: als Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteine enthaltende amphiphile Substanzen wird zunächst ein Gesamtlipid-Extrakt aus Vollblut - in Anlehnung an Folch et al (J.Coating of the inner layer with carbohydrate group chains and / or Proteins: amphiphiles containing carbohydrate groups and / or proteins Substances is initially a total lipid extract from whole blood - based on Folch et al (J.

Folch, M. Lees and G. I{. S. Stanley: J. Biol. Chem. 226, 497 (1957)) - gewonnen: ein Teil Ef)TA-Blut wird mit 9 Teilen eines Chloroform/Nethanol-Gemisches extrahiert: die resultierende Chloroform/Hethanol-Phase wird mit 0,1 Volumenteilen einer mit Ptingerlösung gesättigten Acetonlösung versetzt und geschüttelt, die resultierende untere Phase wird weiterverwendet. - Erstellung von auf hydrophoben Materialien haftenden Glykosaminglykanen: 1 Volumenteil 20 000 T.E. Na-Heparin in wässriger Lösung werden mit 1 Volumenteil einer 20 %igen Stearinsäure-Lösung in Butanol/ ethanol (1:1 v/v) gegeben und bei 37 Grad Celsius im Ultraschallbad über 48 Stunden inkubiert und anschließend mit oben beschriebem Extrakt vereinigt (9 Teile Lipoid-Extrakt und 1 Teil umgesetztes Heparin).Folch, M. Lees and G. I {. S. Stanley: J. Biol. Chem. 226, 497 (1957)) - obtained: one part of Ef) TA blood is mixed with 9 parts of a chloroform / nethanol mixture extracted: the resulting chloroform / ethanol phase is 0.1 parts by volume an acetone solution saturated with Ptinger solution and shaken, the resulting lower phase continues to be used. - Creation of hydrophobic materials adherent glycosaminoglycans: 1 part by volume 20,000 T.E. Na heparin in aqueous Solution with 1 part by volume of a 20% stearic acid solution in butanol / ethanol (1: 1 v / v) and incubated at 37 degrees Celsius in an ultrasonic bath for 48 hours and then combined with the extract described above (9 parts of lipoid extract and 1 part converted heparin).

Diese Lösung wird nun mit dem die innere Schicht bildenden Siebfilter durch Rotation in einem geeigneten Behältnis derart in innigen Kontakt gebracht, daß die Lösung ständig Teile des Filters gleichmäßig benetzt und das Lösungsmittel gleichzeitig bei Raumtemperatur durch kontinuierlichen Sog wieder entfernt wird.This solution is then used with the sieve filter that forms the inner layer brought into intimate contact by rotation in a suitable container in such a way that that the solution constantly wets parts of the filter and the solvent is removed at the same time at room temperature by continuous suction.

Die derart behandelte Schicht wird nunmehr gründlich mit Ringerlösung gewaschen und vorsichtig getrocknet und in den die äußere Schicht bildenden Siliconschlauch eingeführt. Nach Sterilisation kann diese Prothese dann zur Implantation verwendet werden.The layer treated in this way is now thoroughly washed with Ringer's solution washed and carefully dried and placed in the silicone tube forming the outer layer introduced. After sterilization, this prosthesis can then be used for implantation will.

Die auf der Siebfilteroberfläche haftenden Kohlenhydratgruppenketten sind mit der PAS-Reaktion leicht nachzuweisen.The carbohydrate group chains adhering to the screen filter surface are easy to detect with the PAS reaction.

Claims (4)

Patentansprüche 1. Alloplastische Gefäßprothese, dadurch gekennzeichnet, daß die in situ vom Blut benetzte Oberfläche der Prothese unterschiedliche Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteine aufweist, und daß die Prothese aus einer inneren und einer äußeren Schicht aus jeweils unterschiedlichen röhrenförmigen Materialien aufgebaut ist, wobei das Material der inneren Schicht Siebfilter-Textur besitzt, das Material der äußeren Schicht glatt und hydrophil ist.Claims 1. Alloplastic vascular prosthesis, characterized in that that the surface of the prosthesis wetted by the blood in situ has different chains of carbohydrate groups and / or having proteins, and that the prosthesis consists of an inner and an outer Layer is made up of different tubular materials, wherein the material of the inner layer has a screen filter texture, the material of the outer layer is smooth and hydrophilic. 2. Verfahren zur Herstellung einer alloplastischen Gefäßprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Substanzen mit einem hydrophoben und einem hydrophilen Molekülanteil, wobei letzterer den o.g. Kohlenhydratgruppenketten und/oder Proteinen entspricht, in einem im wesentlichen unpolaren Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch löst bzw. suspendiert und die erhaltene Lösung bzw. Suspension mit dem die innere Prothesenschicht bildenden zunächst hydrophoben Material in innigen Kontakt bringt und anschließend das Lösungsmittel bzw. das Lösungsmittelgemisch wieder vollständig entfernt und das derart erhaltene Material schließlich in das die äußere Schicht bildende Material plaziert.2. Process for the production of an alloplastic vascular prosthesis according to Claim 1, characterized in that substances with a hydrophobic and a hydrophilic part of the molecule, the latter being the above-mentioned carbohydrate group chains and / or proteins, in an essentially non-polar solvent or solvent mixture dissolves or suspends and the resulting solution or suspension with the initially hydrophobic material that forms the inner prosthesis layer Brings contact and then the solvent or the solvent mixture completely removed again and the material thus obtained finally in the placed the material forming the outer layer. 3. Alloplastische Gefäßprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Substanzen mit einem hydrophoben und einem hydrophilen Nolekülanteil Lipoide, entweder in mengenmäßig zueinander genau definierten Verhältnissen oder als Lipoid-Extrakte aus pflanzlichen und/oder tierischen Materialien, einsetzt.3. Alloplastic vascular prosthesis according to claim 2, characterized in that that one as substances with a hydrophobic and a hydrophilic molecule portion Lipoids, either in quantitatively precisely defined proportions or as lipoid extracts from plant and / or animal materials. 4. Alloplastische Gefäßprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Substanzen mit einem hydrophoben und einem hydrophilen Molekülanteil Clykosaminglykane, welche mit aliphatischen Verbindungen umgesetzt wurden, einsetzt.4. Alloplastic vascular prosthesis according to claim 2, characterized in that that one as substances with a hydrophobic and a hydrophilic part of the molecule Clycosaminoglycans, which have been reacted with aliphatic compounds, are used.
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