Summary
我々は目を覚まし、意識げっ歯の痛み行動の評価のためのユーザーフレンドリーな、高スループットオペラントシステムを提示する。口腔顔面疼痛評価デバイス（OPAD）はテストのより人道的な方法を提供するため、報酬/紛争パラダイムを通して痛みを評価することができます。このプロトコルは、げっ歯類から、より臨床的に関連すると翻訳データが得られます。
Abstract
我々は目を覚まし、意識げっ歯の痛みを検出するためのオペラントシステムを提示する。口腔顔面疼痛評価デバイス（OPAD）は痛覚の反射ベースの対策に頼らないことで、より多くの臨床的に関連するような方法で痛みの行動を評価する。食品は無毛（または超短髪）げっ歯類が7℃、60℃の間の任意の温度にプログラムすることができる2つのペルチェベースthermodesを持っプレキシグラス室に配置され、絶食齧歯類は、報酬ボトルにアクセスするためにこれらと接触するように訓練される。セッション中に、行動の痛みの結果の数が自動的に記録されて保存されます。これらの措置は、報酬ボトルアクティベーション数（なめ）と顔の接触刺激（顔接点）が含まれますが、なめる/フェイス比（セッション/連絡先の総数当たりなめの総数）のようなカスタム·メジャーを作成することもできます。刺激温度は、セッション内で単一の温度又は複数の温度に設定することができる。 OPADではなく脊髄反射ベース侵害アッセイに頼るの皮質入力を含む、将来の痛み研究の優れた翻訳につながるオペラントアッセイを使用する高スループット、簡単です。
Introduction
慢性的な、制御されていない痛みは鎮痛治療は頻繁にベンチからベッドサイドへの変換に失敗した公衆衛生上の大きな問題と小説のまま。成功の欠如は必ずしもまたは完全に、特に信頼性の高い、高スループット、市販の欠如人間の痛みの条件1,2をモデル化し、ない痛みの反射に基づく措置で非効率的な行動アッセイの使用が一因です。 、ラットおよびマウスの両方の生体内疼痛アセスメントアッセイした 。私たちは、オペラントベース痛覚アッセイのバージョンを使用して簡単に、ここで高いスループットを提示。この新たなシステムは、高温、低温、および機械3,4,5を含む様々な疼痛モダリティの検出に敏感であることが実証されている我々の以前のオペラント顔面疼痛アッセイに基づいている。これらの対策から、幅広い分野に鎮痛剤を含む6,3,4,5,7、研究されている、炎症、痛覚過敏、異痛などの疼痛及び条件
口腔顔面疼痛評価デバイス（OPAD）は齧歯類、補強報酬を受け取るか、またはしたがって、それは、セッション14,15中に感じる痛みの量を制御する嫌悪刺激をエスケープの間で選択することができます報酬/競合アッセイを使用しています。齧歯類は、第一の液体報酬を含有する食品ボトルへのアクセスを得るために、温度制御thermodesに自分の顔を押すように訓練されている。訓練の後、刺激温度を加熱または冷却し、再の違いすることができますsponding動物が知覚痛覚や鎮痛のレベルを示すことができます。 OPADはまた、ベースラインのテストと、単一のテストセッション内でホットとコールドの温度で痛みの評価を可能にする温度の急激な変化が可能です。ここでは、寒さ暑さによる痛みの変化を検出するOPADの能力を強調するシンプルなプロトコル、TRPV1アゴニストカプサイシン16を提示する。それは非組織損傷で、齧歯類モデル8の顔のアロディニアと痛覚過敏を誘導することが以前に実証されているとして、それがこのアッセイにはいくつかの利点を持っているので、カプサイシンは、熱増感剤として、以下で使用されています。私たちは、OPADソフトウェアは急速に、分析し、グラフを取得し、齧歯類行動データの統計的分析を実行する方法について説明します。デモンストレーションを行います
Protocol
ここOPADの使用（Stoelting株式会社ウッドデール、イリノイ州）は、カプサイシンを用いた実験例のための一般的な用語で説明されています。オペレータは、多くのオプションと疼痛モデルしかしで数多くの実験をプログラムする自由を持っています。例えば、鎮痛剤の投与は、侵害対策6,3,4,5,7を減らし、慢性狭窄損傷の農産物や炎症のような他の疼痛モデルは3,9侵害受容行動を増加させた。これらのモデルは、以下のプロトコルに容易に適合可能である。
すべての実験では、maleSprague-Dawleyラット（250〜300グラム、チャールズリバー、ローリー、NC）を用いた。これらは通常、12時間の明/暗サイクル（上の午前6時 - 午後6時点灯）と℃の温度と31％湿度が管理された部屋22にペアで収容され、絶食時を除いて、食品や水への無料アクセスを持っていた。行動のセッションは、光の位相の間に行われた。これらの施設はAAALAC認定だったし、すべての手続きが承認されたBフロリダIACUCのy大学。
1.Trainingとベースセッション
- フードファーストげっ歯各OPADセッション前の夜（例：15 + / - この実験のために1時間）。
- げっ歯類は、最初の非嫌悪温度（例：33-37°C）での一貫性のある行動が観察されるまで訓練を受ける必要があります。一般に、約6セッション（二週間のために週に三回）はそれぞれ、セッションごと600-1,000程度または2,000倍をなめるようにマウスやラットを訓練するのに十分である。
2。プリテスト準備とカプサイシン治療
- 毛のないげっ歯類は最高ですこれが不可能な場合は、すべてのオペラント手順については、げっ歯類は1-2日正確をテストする前に削除（頬だけではなく鼻毛パッド毛/これは齧歯類のナビゲーションに影響を持っているとして、ウィスカー）は顔の毛を持っている必要があります行動の記録。
- 頬毛温度絶縁体として機能し、暑さと寒さが少なく侵害になります。髪を削除するには、ラットを麻酔2-4分待ってから、脱毛クリームを適用し、バリカンで頬毛を剃る、眼軟膏を追加し、その後水で洗い流してください。完全な方法論のためにニューバート会長ら 3を参照してください。
- 試験の日に、動物を麻酔（例：1から2.5パーセントイソフルラン吸入）と乾燥からそれらを防ぐためにし、目になってから任意の局所薬物療法を維持するために、両方の目にopthalamic獣医軟膏を配置。
- 滅菌綿棒を用いて露光頬に両側カプサイシンクリーム（0.1％）を適用します。 5分待ちます。ぬるま湯（約40℃）に浸したガーゼパッドでクリームを拭き取ってください。アルコール綿棒で頬を拭き取り、30分のタイマーを設定します。
- ケージに戻す前に、麻酔から回復する齧歯類に十分な時間を確保してください。それがケージの寝具の誤嚥を防ぐために、胸骨の姿勢で頭を上げることができるまで待ちます。
3。プロトコルおよび実験用OPADシステムのプログラミング
- キー革新Ofの行動試験にOPADシステムは口腔顔面ソフトウェアは、ユーザがプログラムすることができますし、新しい実験を作成ANY-迷路（Stoelting株式会社ウッドデール、イリノイ州）駆動システムです。
- 簡単な実験をプログラムする方法の一般的な例を以下に示しますが、カプサイシン以外の温度ランピングプロトコルおよび疼痛モデルのためのより多くのオプションが用意されていています。
- 実験は、任意の時点で設計して保存することができる。 OPADsおよびオープンソフトウェアをオンにします。周囲の騒音のために制御するためにホワイトノイズをオンにします。 "ファイル"の下に新しい実験を選択します。小見出しの下の "議定書"という名前のプロトコルをして盲目にするかどうかを選択します。
- 下の "OPADケージ"は "新OPADケージ"を選択し、 "接続されたすべてのOPADケージを追加します。" "出力"を選択し、 "温度コントローラ"の下に、次に "熱素子"。開始温度（例えば、中性33-37°C）を調整します。
- 必要に応じて、下のランピング温度を調整し、 "OPAD温度サイクル。"ニュートラルから温度を変更するためにここで風邪作る調整をホットに。
- "1"の場合は、= 45、 "ランプデュレーション" = 30秒 "（℃）に温度を設定"、および= 3分 "の値のまま"。 "2"、33、30秒、3分間。 "3"、7、60秒、3分間。 "4"、33、60秒、3分間。 "時間は、次の期間後："のボックスをチェックして、3分を選択します。
- "フィールド"の下では、被験者は約余分なメモを追加。例えば、 "新規フィールド"を選択することにより、動物ID用の領域を作成し、名前を変更する "動物ID。"次に、 "動物"、 "テキスト"を選択し、 "動物のIDとして、このフィールドを使用します。"
- "ステージ"の下、OPADは自動的に "第一段階"を設定しますテスト期間の期間を設定し、必要に応じて段階名前を付けます。このランピングセッションのために、18分に設定します。
- ステージ上の注意：ほとんどの実験のために、行動のセッションは10〜20分よりも長くは続かないはずです。その後、齧歯類が飽満感を得る。数日間の実験のために、追加のステージがデータ解析を簡単にするために日ごとに添加することができる。 /顔の比率をなめるための "計算" "新しい計算"を選択し、それを名前を "L / F"の下。 "アクティベーション/コンタクト数：アクティベーション数リック"と言うように調整 "の下の領域の計算を入力してください"というラベルの付いたセクションで。
- 単純なデータ分析のための期間を作成するには、 "分析"を選択し、 "新期間"。書き込み0とするため：名前1 "33°C"をしてのチェックボックスを選択し、 "開始"の場合は "この期間は全てのステージでも同じです" "で終わる：" 3分を置く。
- 各期間は、上記の手順を繰り返す。名称： "ランプ33-45℃の" 3分：で始まる。 3.5分：で終了。 "45°C"、3.5分、6.5分。 "ランプ45から33°C"、6.5分、7分。 "33°C"、7分、10分。 "ランプ33-7°C"、10分、11分。 "7°C"、11分、14分。 "ランプ7-33°C"、14分、15分。 "33°C"、15分、18分。
- プロトコルを保存して名前を付けます。注意：保存されたプロトコルは、新しい実験に再使用することができます。
4。アッセイを実行する
- 部屋TEを準備OPADボトルmperature報酬の混合物と場所。水の2:1の比率：スクロースまたはサッカリンのソリューションを使用することもできるが、加糖練乳がうまく機能。
- 場所液状の排紙トレイ、プレキシグラスケージ、および金属の床には、OPADマシン上ですりおろす。ケージへの配線を接続します。
- の上に置いて報酬ボトルが立って、注ぎ口齧歯類によって達することができるように調整します。最初に、ボトルは、次いで、より良い顔のコンタクトを生成するために引き抜かケージに戻ってさらに配置することができる。
- OPADソフトウェアに実験をロードします。テストされる動物の数を追加します。小見出し "実験"の下に "タイトル"を追加してから、治療群を（カプサイシンおよびコントロール）を追加します。各群の動物数を追加します。
- 小見出し "テスト"の下に、 "動物の治療とデータ"を選択します。治療の文字（A、B、C等）や動物のIDを追加する。ボックスは、今では自分の画面上の指定された動物のIDを持っている必要があります。
- OPADボックス上のボタンを押します。これは意志適切な温度にthermodesを調整します。ライトがオレンジ色になると、げっ歯類の内側に配置し、再度ボタンを押してください。カプサイシンクリームを拭き取った後に、この実験では、ラットを30分に開始されます。
- 緑色のライトが点灯します。ラットは、その頬はなく、鼻毛、なめることができるように地域でthermodesと接触をしなければならないので、ボトルはボックスからの距離を調整します。適切な調整は、連絡先の概説オレンジボックスの上に舐めるのための強固な赤いボックスになります。
- 報酬ボトルの適切な配置は、アッセイのために不可欠です。ボトルは、あまりにも多くのなめは1つだけ（代わりに固体箱のなめについて概説赤いボックスで示されている）として表示されるようにラットがどちら接触することなくなめれるか、または報酬ボトルにその鼻を触らに近い場合。
- 一度テストセッションはOPADの上にある音色と実験者に警告します。そのケージにげっ歯類を返します。別の齧歯類は、その後ボックスがインディカますテストする場合TEその動物のID。実験が完了するまで、必要に応じて繰り返します4.5から4.7を繰り返します。
5。 、分析グラフ、およびOPADソフトウェアを使用したデータの統計解析
- 小見出し "結果"の下のテキスト、グラフ、または統計分析レポートをご覧にかどうかを選択します。
- "グラフレポートの設定"ボックスに、調べている変数を選択します。例えば、 "計算結果"の下に "L / F"チェックボックスをオンにします。
- "期間"と "x軸番組で"指定して、として "の異なるシリーズを表示する" "治療。" "レポートを表示"を選択します。保存、印刷、コピー、またはレポートを電子メールでは、この時点で行うことができます。必要に応じて特定のデータポイントは、グループ化ステップ下のボックスに除外することができる。
- 小見出しの下の "データ"は必要に応じてスプレッドシート形式での実験からの生データの調整可能リストです。注：全てのデータが保存され、後で操作し、分析することができる。
6。クリーンアップ
- マシンの電源をシャットダウンして、ケージの配線を取り外します。格子、箱、ボトル、および液体トレイを洗って消毒。これらのコンポーネントは、手や食器洗浄機で洗浄することができる。
Representative Results
典型的な結果は、 図1A-DでOPAD上の単一の齧歯類の行動のために例示されている。なめ数は中立33で、セッションのすべてのセグメントのために高いです℃の温度が、嫌悪のもののための低い（45℃〜7℃） 図1Aに示すように。 図1Bが示すように、連絡先の長い発作が33で行われ°Cは、非侵害刺激温度が一般的です。持続時間は減少し、温度が痛みを伴う期間中の連絡先の数が増える。 図1Cは OPADはすべてのテストセッションに使用するようにプログラムされたランピングプロトコルの図である。 図1Dは、グラム単位で時間をかけて摂取報酬の合計額を表示します。同様になめ数に、動物は痛みを伴うものより中性温度を好む。ベースライン·セッションのなめる/フェイス比（L / F）OPADにより算出され、に示されている図1E。この比率は45の痛みを伴うセッションよりも°Cセッション（顔面接触当たり20-46なめ）°C（顔の接触当たり3なめ）と7°C（1が顔面接触あたりなめる3非痛い33の間にはるかに高いです）。反復測定ワンウェイANOVAは、L / F比に対する温度の効果（F（4,52）= 6.2182、P <0.001）に有意であった。 33°C対7°Cた（p <0.05）、45°C対33°C（2）た（p <0.01）、33℃（2）対7°C（比較するときボンフェローニ試験は、有意であったp <0.01）であった。すべての温度のためにN = 16。 図1Fにカプサイシン扱わげっ歯類（N = 8）はニュートラル33°Cの温度のいずれかでナイーブラット（N = 8）から、有意差はなかった。カプサイシン扱わげっ歯類では45で有意に低いL / F比を持っていた°C（t検定、T（13）= 2.9350、P = 0.012）。をカプサイシングループは7℃で、より高いL / F比を持っていたが、これは有意ではなかった。
図1。連絡先、Cは、セッション中に）OPAD上の単一の齧歯類の行動をなめ、Bの）数をグラフ化されています。OPADとサーモードの温度痛覚）を測定し、グラムD）報酬摂取。E）なめる/直面比率は3非痛い33°Cセッション中に高く、℃、7℃（反復測定ワンウェイANOVA、F（4,52）= 6.2182、P <0.001、45の痛みを伴うセッションで有意に低いボンフェローニ試験33°C対7°Cた（p <0.05、＃）、45°C対33°C（2）（P <0.01、**）および33℃（2）対7°Cた（p <0.01、＃＃）。F）カプサイシン扱わげっ歯類では45°C（t検定、T（13）= 2.9350、P = 0.012、*）ではなくで、有意に低いL / F比を持っていた中性温度なし。 1F用ナイーブためのカプサイシンとN = 8のための1EとN = 8 N = 16は大きい数字を表示するには、ここをクリックしてください 。
Discussion
OPADシステムは、げっ歯類における疼痛知覚の変化を検出することができる使いやすい、ハイスループットアッセイである。このシステムのハイスループットな性質は、多くの動物が一人で一日で試験することができることを意味する。それは、単一のコンピュータ上で同時に実行される16箱まで使用できますので、これはOPADソフトウェアシステムに起因している。これは、セッション時間は、ステージごとに短い時間に設定されている場合、初期設定時間の後に、約48オペラント実行が（実行あたり18分の）時間、より一層行うことができることを意味する。これは動物の数百日の痛みのテストが可能になります。テストのこの量は、最も伝統的な痛みのアッセイと実用的ではないでしょう。
私たちの前の仕事と一致して、齧歯類の動作が痛いの条件下で変更されます。非有害期間中のげっ歯類は、典型的にはthermodesとの接触を維持する飲酒の長い発作を持っている。嫌悪45時の°Cまたは7°Cの条件、げっ歯類は、それらが長時間の接触を維持できないとして、はるかに短い発作を有する。したがってなめる/フェイス比（セッション内顔面接点の数で割ったなめの数が）痛みを変更します。 45°Cの温度で未処理のげっ歯類に対して治療が低いL / F比によって示されるようにカプサイシンは、痛みを加熱する感度を増加させた。鎮痛剤、非痛い条件3と同様のレベルにこの顔/なめる比を返すことができます。簡単に皮（カプサイシンクリームのアプリケーションのように）で生産されている痛みの条件がこのアッセイで痛みを検出する最も簡単な方法ですが、三叉神経痛のような多くの臨床的に関連の深い神経組織の痛みの動物モデルはまた、オペラント顔面アッセイ9日に動作を変更することができます。まとめると、これらのデータはOPADは熱とオペラントに加え寒い痛み、痛みのしきい値、およびカプサイシンのような有害化学物質の変化に敏感であるという証拠を支援しています疼痛および鎮痛6,3,8,17,10,5,12,18,11,9多数の他の状態を検出するための顔面疼痛アッセイの能力。
痛みの測定OPADのシステムは、反射ベースの対策よりも臨床的には、関連する意味のある、そして痛みを検出する人道的な方法である。フォン·フレイフィラメント19とテイルフリックアッセイ20と足の撤退のような痛覚のこれらの伝統的な措置は一世紀以上にわたって使用されますが、彼 らは唯一の実験招いた刺激に対する応答を測定しています。動物はほとんど制御を持っており、 "痛覚"は主に脊髄に局在している。人間のために、主観的な痛みの経験は、人々は、単に痛みの彼らの主観的なレベルを報告するよう求められますようにも重要です。オペラントベースの手順で自己報告彼らの痛みへの動物のための能力は、基本的な痛みの研究の1のために画期的なことです。 OPADと、動物はAPの間に応答するかどうかの選択肢を与えられているainful刺激かどうか。それはあまりにも苦痛である場合には、動物は単に報酬を達するため、痛みへの露出を制限するために彼らの試みを減らす。これは、動物が頻繁に彼らの動きが制限されているし、彼らがさらされる痛みを伴う刺激の量を制御することはできませんした多くの反射ベースの対策に比べてはるかに人道的かつストレスの少ないアッセイである。痛みから逃れることが必要で、すべての動物に固有のドライブであり、それは他の侵害アッセイ等にOPADは補償するのではなく、この動作が組み込まれています。オペラントタスクに離れて痛みの反射ベースの対策からの移動は、現場で、より一般的になりつつある。他のグループが他の痛み対策の見直しのために食事時間21,22,23と熱熱の痛みエスケープパラダイム24（調べるような非反射ベースの対策を使用していた我々は最初の基準を提案 1）。 OPADは、統一された尺度で、顔/リック比、WHにこれらの要素を組み合わせることができますICHは、食物摂取と痛い刺激から脱出する必要性を検討する。もう一つの利点は、このアッセイは、感度7,9を失うことなく、長期間（1-2ヶ月）にわたって痛みを測定することが可能であるということである。反射ベースのテスト上の利点があるため、このストレスの少ない、より人道的なアッセイはよく齧歯類における侵害受容行動の長期的変化を測定するようになっている。
オペラント痛みは、オピオイド投与量の効果と痛みのしきい値の面で反射ベースの対策と比較した場合、多くの場合、異なる結果を与える測定します。オピオイドの高用量は、通常、反射ベースの対策のために使用されていますが25いくつかの研究では、低用量はオペラントアッセイ26,27,28に応答が必要とされていることを示している。高い薬物用量はまた、オペラント対策を妨げる可能性が、これらはOPAD 6で検出されています。他の研究はまた、痛みを伴う刺激からの脱出のためのしきい値がオペラントversuために異なっていることを実証している彼らの脊髄反射の速度対痛みの動物の認識の間に大きな違いを示唆しているの反射ベース措置29,2,30。 OPADの利点は、齧歯類では、タスクを実行するかどうかを選択することができるということです、これは、齧歯類、エスケープや回避行動を表現することができます。この複雑な動作は、齧歯類が14,29,15,30を感じる痛覚の量を制御すること皮質決定を必要とします。エスケープと回避行動は反射に基づく措置を妨げることができますが、これらの痛みの行動はOPADの不可欠なコンポーネントです。痛みのしきい値とオペラントアッセイに必要なオピオイドの低用量の違いは、従来の反射ベースの対策よりも痛みや鎮痛に高い感度を示唆している。
OPADは、より直接的に、伝統的なアッセイよりも痛みを測定することができますが、いくつかの実験条件や薬は、このアッセイに悪影響を及ぼす可能性があり、ために制御する必要があります。改変食欲動機でsがこのアッセイでの動作を変更することができます。これは、報酬自体31の差によって、または報酬6の動機によって反映される可能性があります。ケアは、多くの薬剤が動機と干渉することができるような報酬のために動物の動機が一定であることを保証するために注意しなければなりません。例えば、モルヒネやその他のオピオイドの高用量は、オペラント顔面アッセイ6で応答が変更されます甘い、脂肪物質32のため過食症を引き起こす可能性があります。これはこのオペラントベースの報酬、紛争パラダイムは不安のフィールドや中毒など、使用のためのより広い意味を持っていることを示唆してませんが（ つまり、与えられた痛みを伴う刺激の存在下でやりがいのある側面を変更）それは、痛みの間に食欲の変化をコントロールすることが重要であるセッションのテスト。モチベーションにおけるこれらの変化は、これらの臨床的に関連する低用量では表示されませんが、鎮痛効果はそのまま3のまま。 CONTする一つの方法これを可能に混乱させるためのROLは、与えられた薬の投与量は、ニュートラル（33-37℃）の温度で動作を増加させないようにすることです。中性温度で非薬物グループ対薬剤をテストする痛みのコンポーネントを追加する前に、最初のステップである必要があります。また、いくつかのベースラインセッションは、これらの問題を検出することができ、単一の行動セッション以内に制御することができるOPADを使用してテストセッション内で可能であることを考える。断食スケジュールがこのアッセイで動機を変えることができるように、これが一貫性を保つことが重要です。我々は一般的に一晩絶食を行うが、他のスケジュールが可能です。例えば、我々は、6時間の毎日の短い高速の前に（未発表の結果）で実験しました。これは、一日おきに、毎日のテストの代わりにすることができます。また、unfastedラットはまたアッセイ9日にうまく対応してきました。使用されているどのような断食のテクニック、それは動機の要因をコントロールするためのテスト全体での一貫性を保つため、主に重要です。
例えば 、テールフリック、フォン·フレイフィラメント）を対比しています。ソフトウェア駆動システムは、研究を設計し、データを収集、分析する方法と、このアッセイの使用の増加は、将来的にはより多くの臨床的に並進可能になるように基本的な痛みの研究を可能にする方法を行動のための重要な進歩を提供する。このシステムは、アドバに大きな影響を与えると予想されるこれらのオペラント行動研究は、全体的な疼痛行動上の高次構造の影響を理解するために必要なリンクを提供することができるので、痛みに関連する今後の研究をncing。
Disclosures
リチャード·ミルズとクリスロイドStoelting株式会社の従業員である
この記事への生産とフリーアクセスはStoelting株式会社が主催しています
Acknowledgments
薬物乱用の国民の協会、NIH助成5R44DA026220-03
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sweetended Condensed Milk | Borden | 5272910108 | |
| Capzasin-HP 0.1% | Chattem, Inc. | 0032648-02 | |
| Isopropyl alcohol | CVS | 5042826245 | |
| Isoflurane | Piramal Healthcare | 66794-013-25 | |
| Opthalamic vet ointment | Dechra | 17033-211-38 | |
| Hair remover lotion | Church and Dwight Co., Inc | NRLBB-22339-04 | |
| OPAD System |  Stoelting |
67500 | |
| Additional OPAD cages | Stoelting |
67501 | |
| Granulated cylinder | Cole-Parmer | EW-34512-11 | |
| Paper towels | ANY | ANY | |
| Cotton tipped applicators | Fisher | 23-400-101 | |
| Fluotec 4 Vaporizer | Ohmeda | 39711 | |
| Hair clippers | Oster | 78005-010 |
References
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