Misure di sicurezza e procedure operative in un (A) BSL-4 di laboratorio: 4. procedure di imaging medico

Immunology and Infection

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Byrum, R., Keith, L., Bartos, C., St. Claire, M., Lackemeyer, M. G., Holbrook, M. R., Janosko, K., Barr, J., Pusl, D., Bollinger, L., Wada, J., Coe, L., Hensley, L. E., Jahrling, P. B., Kuhn, J. H., Lentz, M. R. Safety Precautions and Operating Procedures in an (A)BSL-4 Laboratory: 4. Medical Imaging Procedures. J. Vis. Exp. (116), e53601, doi:10.3791/53601 (2016).

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Abstract

Introduction

La missione del National Institute of Allergy e Malattie infettive (NIAID) La ricerca di Integrated Facility a Fort Detrick a Frederick MD (IRF-Frederick) è quello di eseguire emerge la ricerca sulle malattie infettive per comprendere i processi di malattia clinici che correlano con la gravità della microbica indotta malattia. L'IRF-Federico ha una capacità unica di eseguire l'imaging medico in modelli animali di agenti patogeni ad alto conseguenza in un ABSL-4 di laboratorio 1. Le modalità di imaging disponibili agli investigatori comprendono: la tomografia computerizzata (TC), risonanza magnetica (MRI), tomografia ad emissione di positroni (PET), singolo fotone SPECT (tomografia computerizzata), ultrasuoni, raggi X e fluoroscopia. I ricercatori usano capacità di imaging disponibili per monitorare la progressione della malattia e valutare l'efficacia degli interventi, come il trattamento farmacologico e la vaccinazione, in studi longitudinali.

Le modalità di imaging a IRF-Federico erano specificamenteprogettato per mantenere i componenti di base delle apparecchiature di fuori di alto contenimento 2,3 e accessibili per la manutenzione e la riparazione. Questo design separa la suite di imaging in "caldo" (contenente patogeno) e "lati freddi." Per realizzare questa separazione, tubi appositamente progettati sono stati costruiti per estendere spazio ad alta contenimento nei fori di ciascuna modalità di imaging (Figura 1). Oltre a fornire contenimento biologico, questi tubi proteggono l'apparecchiatura di riproduzione dal gas e sostanze chimiche usate per decontaminare laboratorio high-contenimento. scienziati e tecnologi di imaging operano gli scanner dal "lato freddo", mentre Medicina comparativa (CM) maniglia personale e monitorare gli animali sul "lato caldo". Dal momento che il personale CM deve lavorare a stretto contatto con gli scienziati di imaging per coordinare questi esperimenti, questa separazione può portare a problemi di comunicazione.

Dopo aver valutato le opzioni disponibili, il personale CM erano fuoridotato di auricolari Bluetooth che trasmettono onde radio ad altissima frequenza di breve lunghezza d'onda di cellulari usati per chiamare il personale per immagini al di fuori di contenimento. Grazie al design della struttura, punti di accesso wireless dovevano essere installati in ciascuna delle camere per superare l'interferenza del segnale causato dagli strati di cemento e acciaio tra il "caldo" e "freddo" lati. Così, la comunicazione tra il personale CM indossare abiti positivo-pressione rumorosi e del personale delle immagini al di fuori di alta contenimento è ora affidabile. Telecamere sono stati installati sul lato caldo delle camere di imaging per l'imaging personale per vedere l'attività sul "lato caldo". Con le telecamere, il personale di imaging in grado di guidare i tecnici cm con posizionamento degli animali o alcun cambiamenti dell'ultimo minuto al protocollo di imaging.

Tutti i lavori in IRF-Federico ABSL-4 laboratorio tuta richiede personale per portare a pressione positiva incapsulare tute 4. Indossare questi abiti riduce la mobilità, e il pesante ritardox guanti in dotazione al completo e fino a tre ulteriori livelli di guanti compromette destrezza. Il risultato è che le procedure richiedono più tempo per completare e attività che richiedono abilità motoria fine sono molto più difficili. Mentre il livello di biosicurezza aumenta, la movimentazione degli animali e manipolazioni diventato più impegnativo e richiede tempo, in particolare con i piccoli animali. Procedure in un laboratorio ABSL-4 può richiedere fino a 2-3 volte più lungo di un laboratorio ABSL-2.

Lo scopo di questo articolo è quello di dimostrare visivamente le sfide connesse con modelli di imaging animali in un ambiente ABSL-4 utilizzando CT procedura di scansione di un porcellino d'India come un esempio.

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Protocol

Questo protocollo aderisce alle seguenti linee guida per la cura degli animali. Gli animali sono stati alloggiati in una struttura accreditata dall'Associazione per la valutazione e l'accreditamento degli animali da laboratorio Care International. Tutte le procedure sperimentali sono state approvate dal National Institute of Allergy e Malattie infettive, Divisione di Ricerca Clinica, cura degli animali e del Comitato Usa ed erano in conformità con le normative Animal Welfare Act, la politica Public Health Service, e la Guida per la cura e l'uso di animali da laboratorio raccomandazioni.

1. Preparare la TAC (il "Cold Side")

  1. Condizionare la tubo a raggi X
    1. Verificare che nessun membro del personale è nella sala di scansione e la tabella soggetto è vuota.
    2. Eseguire la procedura di tubo di condizionamento in conformità con le specifiche del produttore dello scanner.
  2. Eseguire Air Calibration
    1. Assicurarsi che nessun oggetto sono nel campo di scansione. Eseguire la procedura di calibrazione in aria in conformità con le specifiche del produttore dello scanner. Su molte piattaforme, questa calibrazione è automatica o semi-automatica.
  3. Esecuzione del controllo di qualità di scansione (su "Hot Side")
    1. Completare le procedure di ingresso di laboratorio ABSL-4 suit (descritto in dettaglio in riferimento 5) con l'aggiunta di un ulteriore passaggio. Se le procedure comportano l'esposizione a materiali radioattivi, clip di un dosimetro per gli scrub sotto la tuta protettiva. Ruotare nella dosimetro ogni 2 mesi per il calcolo della esposizione alle radiazioni.
    2. Posizionare la testa e il corpo phantom CT, che è fatto di aria, acqua e Teflon, nel supporto appropriato nella tabella di scansione.
  4. Esecuzione del controllo di qualità di scansione (in "Cold Side")
    1. Dal lato freddo, far avanzare il fantasma al centro del foro 6.
    2. Acquisire una scansione utilizzando il controllo di laboratorio di qualità standardizzato parametri (QC) per l'enteure lo scanner sia conforme alle specifiche del costruttore.
    3. Eseguire l'analisi computerizzata di controllo di qualità delle immagini per calcolare le deviazioni media e degli standard di intensità del segnale all'interno delle regioni di interesse centrato su ogni tipo di materiale (aria, acqua o Teflon) secondo il protocollo del produttore.
    4. Notifica personale CM che lo scanner TC è pronto per l'uso.
    5. Verificare le informazioni degli animali (numero di identificazione, il peso, data di nascita) con il personale CM.
  5. Registrati Soggetto informazioni nel database del paziente.
    1. Alla console scanner TC (sul lato "freddo"), accedere Radiology Information System dello scanner (RIS). Controllare che il RIS è popolata con i dettagli del programma di scansione.
    2. Selezionare il soggetto e la demografia, come il numero di identificazione, età, data di nascita, e la data esame in corso; poi, il tipo di esame dovrebbe compilare automaticamente.
    3. Immettere manualmente peso soggetto.
    4. Seleziona corretta suorientamento bject in CT portale (ad esempio, la testa prima, i piedi prima, prona, supina).

2. Preparare Aree lavoro in laboratorio vestito ABSL-4

  1. Preparare la classe II biosicurezza Cabinet (BSC) o Downdraft tabella nella Procedura camera animali. Accendere BSC (o Downdraft tabella) almeno 10 minuti prima dell'uso.
    1. soluzione disinfettante Pulire e disinfettare superfici interne della BSC o la superficie superiore della tabella cappa utilizzando un disinfettante approvato come 5% dual ammonio quaternario (cloruro di ammonio cloruro di ammonio dimetil benzil n-alchil-, n-alchil dimetil benzil etile). Spruzzare superfici interne del BSC o la superficie superiore della tabella cappa e pulire superfici asciutte dopo 10 min di tempo di contatto. Spruzzare e pulire le superfici con il 70% di etanolo per rimuovere disinfettante residuo.
    2. usate Inserire e forniture necessarie nella tabella BSC o downdraft, compresi i guanti di manipolazione della scatola di induzione dell'anestesia e animali.
    3. ol>
    4. Preparare il letto la TAC.
      1. Set-up del dispositivo animale tenuta sul letto CT.
      2. Set-up i segni vitali monitoraggio per rilevare la frequenza cardiaca e la saturazione di ossigeno. Se sessione di scansione è più lungo di 10 min, monitoraggio della temperatura.
    5. Preparare la macchina di anestesia.
      1. Controllare il volume isoflurano nel vaporizzatore e aggiungere più isoflurano, se necessario.
      2. Eseguire un test di tenuta dalla pressione il circuito di respirazione anestetico con l'ossigeno, il controllo per il gas sfuggito, e ispezionare visivamente la macchina anestesia per perdite 1.
        1. Se viene rilevata una perdita, determinare l'origine, correggere il problema, ed eseguire una prova di tenuta di follow-up per verificare le correzioni sono state applicate correttamente.
      3. Pesare il contenitore di lavaggio e getta in grado di catturare gas anestetico rifiuti. Se il filtro è ≥50 g il peso iniziale del filtro, sostituire contenitore 7.
    title "> 3. trasporto degli animali da Animal Camera procedura e preparazione di Anestesia induzione in CT Scanner camera (su" Hot Side ")

    1. Trasferire la gabbia di alloggiamento della Guinea Pig da uno dei roditori della tenuta locali attigui alla Imaging Suite nella BSC Classe II.
      1. Verificare l'ID animale.
      2. Rimuovere la scheda gabbia e tenere con l'animale.
    2. Aprire il coperchio alla gabbia e indossare guanti di pelle animale protettivo sopra i guanti tuta positivo pressione. Delicatamente raccogliere la cavia, animale inserire nella casella di induzione dell'anestesia, e coprire il contenitore con il coperchio.
    3. Rimuovere la scatola di induzione dell'anestesia contenente l'animale dal BSC Classe II e posizionarlo su un carrello di trasporto.
    4. Usando il carro, prendere l'animale alla sala CT scanner.
    5. Nella sala CT scanner, collegare immediatamente il contenitore di lavaggio e la macchina di anestesia alla casella di induzione. Accendere il gas ossigeno per la casella di induzione e impostare il vaporizzatore a DelivER 4% isoflurano per l'induzione dell'anestesia iniziale di 8.
    6. Monitorare l'animale durante l'induzione dell'anestesia per un'adeguata profondità dell'anestesia (ad esempio, non risponde agli stimoli esterni, tono muscolare, respiratorio stabile e frequenza cardiaca) 8.
    7. Spegnere l'anestesia per la casella di induzione quando la cavia è completamente anestetizzato.

    4. Disporre Soggetto on Imaging Letto in scanner CT (il "lato caldo")

    1. Rimuovere il anestetizzati Guinea Pig dal Box di induzione e posto su Imaging letto.
      1. Posizionare la cavia sul cuscino tenuta in posizione prona.
      2. Applicare una pomata oftalmica in entrambi gli occhi per proteggere l'epitelio corneale si secchi.
    2. Somministrare Manutenzione isoflurano anestesia.
      1. Posizionare il cono di naso sulla cavia e accendere il gas per fornire 1 L / min di ossigeno al cono 8.
      2. Impostare il vaporizzatore per fornire il 2-3% dellaisoflurano per la cavia attraverso il cono di naso.
      3. Una volta che il soggetto ha raggiunto il piano desiderato di anestesia (nessun movimento, ~ 60 respiri al minuto), ridurre l'impostazione di consegnare 1,0-1,5% di isoflurano per il mantenimento dell'anestesia vaporizzatore.
      4. Monitorare i segni vitali, tra cui la temperatura corporea, la frequenza cardiaca e la frequenza respiratoria. Se la frequenza respiratoria inizia ad accelerare o rallentare, aumentare o diminuire la percentuale di isoflurano rispettivamente 9.
    3. Fornire un'ulteriore fonte di calore per mantenere la temperatura corporea cavia tra 37 e 39 ° C, se necessario, a seconda della durata prevista di acquisizione dati e profondità dell'anestesia mantenuto 8,9.
    4. Fissare un coperchio di plastica sopra la parte superiore del cuscino azienda.
    5. Advance letto di imaging nel tubo di contenimento.

    5. Impostazione della Campo visivo

    1. Attivare il sistema laser (il personale di imaging) sul "lato freddo" della sc CTAnner spazio per posizionare la cavia per la scansione CT. Utilizzare la tabella "a" pulsanti e "out" per coprire l'anatomia di interesse sotto il mirino laser.
    2. Per impostare il campo di vista, utilizzare il pulsante del laser per impostare il punto di partenza sopra l'anatomia di interesse.
    3. il personale di contatto CM sul "lato caldo" per posizionare uno scudo di piombo tra di loro e lo scanner CT.

    6. Immagini Acquisire

    1. Acquisire scansione sondaggio per il posizionamento fetta di immagini dello studio TC secondo il protocollo del produttore.
    2. Prescrivere posizionamento fetta di immagini dello studio TC sulle immagini di indagine.
    3. Coordinare con personale "hot-side", se l'iniezione di contrasto deve essere utilizzato.
    4. Acquisire scansione studio secondo il protocollo del produttore.
    5. Ricostruire immagini TC nella console dello scanner secondo il protocollo del produttore.
    6. Invia le immagini ad un picture archiving and communication system. Eseguire ulteriormente qualitativa e quantitative analizza da questo sistema di archiviazione secondo il protocollo del produttore.

    Recupero 7. Post-scan

    1. Trasferire cavia da letto dello scanner a una gabbia microisolator pulito con cibo e tratta.
    2. Usando il carro, trasportare la gabbia con l'animale torna alla sua area abitativa.
    3. Monitorare l'animale fino alla completa guarigione dall'anestesia.
    4. Una volta pienamente recuperato, riportare la gabbia per l'high-efficiency particulate air (HEPA) -filtered rack ventilati.

    8. Disinfezione di scanner Bay e attrezzature

    1. Disinfettare la baia scanner (ad esempio, superfici che erano in contatto diretto con l'animale, bed scanner, pavimento della sala scanner, maniglie) con una soluzione di ammonio quaternario 5% duale per un tempo di contatto di 10 min.
    2. Sciacquare le superfici con una soluzione di etanolo al 70% dopo 10 minuti di esposizione alla soluzione dual ammonio quaternario.
    3. Pulire gli elementi che non possono essere spruzzati direttamentecon soluzione dual ammonio quaternario (apparecchiature elettroniche sensibili) con un panno dual-quaternario-ammonio satura seguito da un panno etanolo saturo.

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Representative Results

La stretta osservanza di tutte le procedure di sicurezza e le procedure operative standard per la manipolazione degli animali è essenziale per lavorare in sicurezza in un laboratorio ABSL-4. Trasferimento animali infetti all'interno della scatola di induzione dall'animale procedimento camera alla suite di imaging minimizza il rischio di contaminazione dei corridoi comuni. Seguendo le procedure richieste, non infezioni acquisite in laboratorio o la contaminazione incrociata dei soggetti animali è stato registrato durante lo svolgimento ABSL-4 ricerca presso l'IRF-Federico.

ABSL-4 agenti patogeni virali possono indurre patologie polmonari legate 10,11, e la TC è uno strumento prezioso per monitorare la progressione della malattia in modelli animali di infezione. immagini TC sono creati dall'assorbimento di radiazione x-ray nei tessuti, e gli esperimenti immagini vengono eseguite in tempi relativamente brevi, riducendo al minimo la quantità di anestesia necessaria. In CT, maggiore è la densiTy dell'oggetto ripreso, come le ossa, il più luminoso l'oggetto (Figura 2). Densità di tessuti di organi tendono ad essere di intensità intermedio (grigio), mentre i tessuti pieni d'aria, come polmoni sani, appaiono nere. CT acquisisce più radiografie su una vista a 360 ° che viene ricostruito in una vista 3-dimensionale del corpo. Per una maggiore delimitazione tra gli organi e le patologie correlate alla malattia infettive, possono essere usati mezzi di contrasto per via endovenosa.

Figura 1
Figura 1:. Design di alta contenimento delle modalità di imaging al IRF-Federico Questo design separa la suite di imaging in "caldi" e "freddi" i lati. Appositamente progettati tubi si estendono nello spazio alto contenimento del "lato caldo" nei fori di ogni scanner sul "lato freddo". scienziati e tecnologi di imaging operano gli scanner dalla4;. Lato freddo ", mentre Medicina comparativa (CM) maniglia personale e monitorare gli animali sul" lato caldo " Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 1
Figura 2:. Immagine CT del tronco superiore di un porcellino d'India assorbimento di raggi X è maggiore nelle ossa, quindi osso (A) apparirà più luminosa l'immagine, e l'aria (B, tessuto polmonare) apparirà più scuro, e dei tessuti molli (C: cuore, D: fegato). apparirà intermedio in contrasto (a) BSL-4 agenti patogeni virali inducono patologia polmonare correlati, rendendo CT uno strumento prezioso per la progressione di monitoraggio della malattia in modelli animali di infezione cliccate suoe per vedere una versione più grande di questa figura.

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Discussion

Precedenti articoli di questa serie hanno sottolineato l'una formazione completa, l'attenzione al dettaglio, le procedure di sicurezza e controlli tecnici aggiuntivi necessari per lavorare in sicurezza in un laboratorio di 12,13 massimo contenimento. Esecuzione di lavori in sicurezza è la massima priorità in questi laboratori. Questa filosofia è ancora più importante quando si lavora con gli animali vivi a causa di rischi aggiuntivi, come il potenziale di animali infetti per infliggere morsi o graffi o per generare aerosol 7. Queste procedure sottolineano la manipolazione ed il trasporto di animali dalla sala partecipazione alle camere di imaging. manipolazioni animali e monitoraggio durante l'anestesia sono dimostrati per dare allo spettatore un ritratto realistico della cura dei dettagli e la sicurezza necessarie considerazioni mentre lavorava in un laboratorio ABSL-4.

Descriviamo un protocollo per eseguire l'imaging medico non invasivo in un laboratorio ABSL-4 utilizzando una TAC di un porcellino d'Indiacome esempio. Diversi passaggi sono fondamentali per l'imaging successo in laboratorio BSL-4. Il primo passo fondamentale tratta di verificare che le liste di controllo di sicurezza sono stati completati per garantire che tutti i sistemi di sicurezza funzionino correttamente prima di entrare nel laboratorio 5. Il personale deve seguire le corrette procedure di ingresso e di uscita per garantire che stanno lavorando in tutta sicurezza nel laboratorio BSL-4. Il secondo passo fondamentale è quello di verificare che il personale non sono o presenti in sala di scansione o sono dietro uno scudo di piombo portatile durante il condizionamento del tubo a raggi X e le eventuali scansioni successive. E 'importante per determinare che il CT scanner è pronto e funzionante correttamente prima di anestetizzare e preparare gli animali per l'imaging. Il prossimo passo critico è quello di eseguire una scansione di controllo di qualità con un fantasma appropriato e informare i tecnici animali quando lo scanner CT è operativa e pronta per l'uso. Una comunicazione chiara ed efficace è importante anche per eseguire protocolli di imaging come addetti alla movimentazione degli animali sono fisicamente SEPARated da tecnologi per immagini funzionante scanner sul "lato freddo".

imaging medico in un laboratorio BSL-4 è una procedura difficile come tutte le procedure di gestione degli animali deve essere fatto mentre indossa la tuta a pressione positiva e più paia di guanti, compresi i guanti tuta pesanti. procedure di gestione degli animali di base vengono modificate per adattarsi alle considerazioni di sicurezza del laboratorio BSL-4. Manipolazione di animali svegli è ridotto al minimo e modificato in modo da ridurre le possibilità di morsi o graffi. Ad esempio, in pelle di lavoro-guanti sono indossati per proteggere i guanti adatti al momento del ritiro cavie sveglio e altri roditori di grandi dimensioni. I topi sono curati solo con una pinza e devono essere anestetizzati prima di loro scruffing per iniezioni intraperitoneali. tecniche di iniezione può essere necessario modificare al fine di garantire un più elevato grado di sicurezza. Pinze e / o dispositivi di ritenuta sono utilizzati per eseguire le iniezioni nei roditori invece di usare moderazione mano sola. La complessità e il tempo necessario per PerfImaging orm dipende da diversi fattori, tra cui la modalità prescelta e le specie utilizzate. Limitazioni di eseguire scansioni CT sono la difficoltà nella somministrazione di mezzi di contrasto per alcune specie animali da laboratorio. Le cavie, in particolare, non hanno vene facilmente accessibili per la somministrazione di un mezzo di contrasto per via endovenosa. Difficoltà con questa amministrazione è aggravato dalla difficoltà di manipolazione motorio indossando dispositivi di protezione individuale. Inoltre, i tempi di iniezioni di mezzo di contrasto deve essere coordinato con il personale sul "lato freddo" che operano lo scanner.

Il design unico della struttura di imaging crea sfide che richiedono modifiche di tecniche di imaging. Una sfida è stata la difficoltà di comunicazione a causa della separazione fisica dei tecnologi di imaging che gestiscono gli apparecchi di scansione e degli animali gestione e monitoraggio degli animali tecnici. telefoni Bluetooth con auricolari indossati all'interno dellatuta sono utilizzati per comunicare con i tecnici di imaging per coordinare ed eseguire le scansioni. Se questo metodo di comunicazione non riesce, il messaggio scritto a mano su tavole bianche possono essere visualizzate attraverso le finestre di laboratorio. Il design di ogni modalità di imaging include un tubo speciale che estende l'impianto alto contenimento nel foro di ogni scanner. Dopo ogni soggetto di imaging è posizionato su un letto di imaging, i soggetti sono una maggiore distanza da e meno visibili ai tecnici che li controllano mentre sotto anestesia. Più lunghi circuiti di anestesia, cavi di controllo, e le linee di infusione sono richieste in questo disegno.

Il IRF-Frederick ha la capacità di eseguire immagini biomediche in una varietà di animali da laboratorio da topi ai primati non umani. TC può essere usato per monitorare la progressione della malattia in una varietà di modelli animali di malattie infettive. Valutare l'efficacia di potenziali interventi terapeutici, compresi i vaccini, e identificare biomarcatori di DiseaI processi SE sono le future applicazioni di questa tecnica.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Micro-Chem Plus National Chemical Laboratories 255
CT scanner Philips Healthcare
CT phantom Philips Healthcare
Isovue-300 (CT contrast reagent) Bracco Diagnostics NDC 0270-1315-30
Ventilated rack Lab Products
Micro-isolator cage Lab Products
Biosafety cabinet Nuaire
Anesthesia machine SurgiVet WWV9000
Anesthesia induction box VetEquip
Anesthesia mask Henry Schein
Isoflurane Henry Schein
Waste gas scavenging canister Fisher F/AIR
Holding cushion
Ophthalmic ointment
Vital signs monitor Bionet BM3Vet
Mobile phone Spectralink 8440
Blue Tooth ear piece
Wireless access points
Sperian positive-pressure suit Honeywell Safety Products BSL 4-2
Outer suit gloves (latex, Ansell Canners and Handlers) Fisher 19-019-601
Outer suit gloves (nitrile/rubber, MAPA) Fisher 2MYU1
Scrubs Cintas 60975/60976
Socks Cintas 944
Duct tape Pack-N-Tape 51131069695
Towels Cintas 2720
Zip lube Amazon B000GKBEJA

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jahrling, P. B., et al. The NIAID Integrated Research Facility at Frederick, Maryland: a unique international resource to facilitate medical countermeasure development for BSL-4 pathogens. Pathog Dis. (2014).
  2. de Kok-Mercado, F., Kutlak, F. M., Jahrling, P. B. The NIAID Integrated Research Facility at Fort Detrick. Appl Biosafety. 16, 58-66 (2011).
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