Princípios da Osseointegração

Osseointegração

Rogério Gonçalves VelascoCoordenador dos cursos de Pós-graduação em Implantodontia do Instituto Velasco

‣Doutor em Implantodontia pela Faculdade São Leopoldo Mandic, Campinas‣Mestre em Medicina - área de Concentração em Ciências da Saúde/Cirurgia de Cabeça e Pescoço, pelo Hospital Heliópolis - São Paulo, 2004.‣ Especialista em Prótese Bucomaxilofacial através da Associação Brasileira de Ensino Odontológicos, São Paulo, 2003‣ Especialista em Prótese Dentária pela Universidade São Marcos, 2009‣ Especialista em Cirurgia e Traumatologia Bucomaxilofacial pela Universidade São Marcos, São Paulo, 2009

rogeriogvelasco@gmail.com www.rogeriovelasco.com.br

Cursos com credenciamento no MEC, sob portaria nº 1.342 de 10 de novembro de 2008, seguindo diretivas do CFO para cursos de especialização em odontologia.

Transformando conhecimento em saúde

OsseointegraçãoOsso

Implante

Osseointegração

istologia, Fisiologia e m

etabolismo

Cinétic

a da neoformação óssea

Mediadores Quim

icos e Fatores de Crescim

arquite

tura e densidade/Qualidade

Implante

Osseointegração

istologia, Fisiologia e m

etabolismo

Cinétic

a da neoformação óssea

Mediadores Quim

icos e Fatores de Crescim

arquite

tura e densidade/Qualidade

Características M

ecanicas, fisicas e quim

Superfície de Contato

biomecânica

Implante

Osseointegração

receptor

instalação

Osseointegração

receptor

instalação

Osseointegração

receptor

instalação

Osseointegração

Zarb & Albrektsson, 1991

“Processo onde a fixação rígida e clinicamente assintomática de um material aloplástico é obtida no osso e mantida durante a função”

Osseointegração

Referente ao osso

Osseointegração

Referente ao osso Incorporação de um elemento num conjunto

Osseointegração

Referente ao osso Incorporação de um elemento num conjunto

Osseointegração

Biocompatibilidade

Osso danificadotrauma cirúrgico

Hematoma entre osso e implante

Área de fixação do implante

Implante Osso saudável

Área de formação do calo ósseo Osso saudável

Osso saudável

Tecido conectivo

Osso saudável

Esposito et al., 1998

FATORES DE RISCO PARA A OSSEOINTEGRAÇÃO

‣Endógena sistêmica: idade, genética, estado de saúde e hábitos do paciente

‣Endógena local: quantidade e qualidade óssea, localização anatômica e presença de enxertos no leito receptor

‣Exógena: experiência e técnica do operador, biocompatibilidade do material, características superficiais e desenho do implante

“Para muitos, osseointegração não representa uma resposta vantajosa

do organismo frente ao material, mas a falta de uma resposta negativa.”

Standford e Keller, 1991

DENTE X IMPLANTE

Nutrição celular

Osso Saudável

Osso necróticoOsso Saudável

Coágulo

Osso necrótico = Imobilização Mecânica do ImplanteMaior densidade = Melhor estabilidade inicial

Coágulo

Maior densidade

óssea

Melhor índice de sucesso

estabilidade primária

Carga Imediata x carga precoce x carga tardia

Estabilidade Inicial Osseointegração Carga Imediata

4 semanas

12 semanas

6 meses

9 meses1 ano

2 anos

4 semanas

12 semanas

6 meses

9 meses1 ano

2 anos

4 semanas

12 semanas

6 meses

9 meses1 ano

2 anos

4 semanas

12 semanas

6 meses

9 meses1 ano

2 anos

3 dias 5 dias

2 semanas

2 semanas 3 semanas

2 semanas 3 semanas 16 semanas

4 anos

4 anos 4,5 anos

Osso CorticalOsso Medular

Osso Cortical

Contato direto não ocorre em 100% da superfície, mas em média em de 60% de contato direto osso-implante (Albrektsson et al., 1993)

Osso Medular

Osso Cortical

O contato aumenta em função do tempo e é maior na mandíbula em comparação à maxila.(Albrektsson et al., 1993)

Osso Medular

Osso Cortical

Osso Medular

Osso Cortical

Menor em leitos pré-enxertados. (Nystrom et al., 1993)

Osso Medular

Corticalização peri-implantar

Corrosão

Solução iônica

Corrosão

Solução iônica

desgaste - modificações estruturais - variações físicas e químicas

Fe(OH)2

Resposta Imune

Resposta Adaptativas

Resposta Imune

Resposta AdaptativasPatógeno (gripe, por exemplo),

intermediada por linfócitos

Resposta Imune

Resposta Inata

Resposta Imune

Resposta InataCorpo estranho, intermediada

por fagócitos

Neutrófilos: eliminam debris e partículas estranhas

Resposta Imune

Neutrófilos: eliminam debris e partículas estranhas Macrófagos: eliminam debris, liberam citocinas e fatores de crescimentos; mantêm os sinais pró-cicatrização iniciados por plaquetas e neutrófilos

Resposta Imune

Requisitos do material

• Biocompatibilidade (bioinerte):• Resistência mecânica para receber forças fisiológicas:

metais apresentam melhores propriedades• Osteocondutores (permitir a formação óssea em sua

superfície)

Titânio

•Metal de transição branco metálico, resistente à corrosão

Titânio

•Metal de transição branco metálico, resistente à corrosão•Utilizado na indústria aeronáutica, aeroespacial e de precisão

Titânio

•Metal de transição branco metálico, resistente à corrosão•Utilizado na indústria aeronáutica, aeroespacial e de precisão•8º elemento mais comum na crosta terrestre

Titânio

•Metal de transição branco metálico, resistente à corrosão•Utilizado na indústria aeronáutica, aeroespacial e de precisão•8º elemento mais comum na crosta terrestre•Quando exposto ao ambiente, forma uma

camada passiva de óxido

Titânio

•Metal de transição branco metálico, resistente à corrosão•Utilizado na indústria aeronáutica, aeroespacial e de precisão•8º elemento mais comum na crosta terrestre•Quando exposto ao ambiente, forma uma

camada passiva de óxido•Ponto de fusão a 1672ºC

TITÂNIO E LIGAS DE TITÂNIO Composições comerciais

Diminuição da densidade

Resistência à corrosão

Aumento da resistência

Nitrogênio Carbono Hidrogênio Ferro Oxigênio Paládio Alumínio Molibdênio Vanádio Níquel

cpTi grau 1 0,03 0,1 0,015 0,2 0,18

cpTi grau 2 0,03 0,1 0,015 0,3 0,25

cpTi grau 3 0,05 0,10 0,015 0,03 0,35

cpTi grau 4 0,05 0,10 0,015 0,5 0,40

Grau 5 Ti6Al4V

0,05 0,1 0,0125 0,4 0,20 5,5-6,75 3,5-4,5

Grau 7 0,03 0,1 0,015 0,3 0,250,12-0,2

Grau 9 0,02 0,05 0,013 0,25 0,12 2,5-3,5

Grau 12 0,03 0,08 0,015 0,3 0,25 0,2-0,4 0,6-0,9

Grau 23 Ti6Al4V ELI

0,03 0,08 0,0125 0,25 0,13 5,5-6,5 3,5-4,5

TITÂNIO Comparação entre ligas

TITÂNIO E LIGAS DE TITÂNIO Degradação em sistemas biológicos

‣Baixa corrosão

‣Baixa liberação de elementos metálicos para os tecidos

‣Baixa corrosão

‣Influência na resposta biológica dos tecidos

‣Baixa corrosão

‣Camada de óxido: protege, mas não impede degradação

‣Baixa corrosão

‣Respostas diferentes para as ligas e para o cpTi

‣Baixa corrosão

‣Respostas diferentes para as ligas e para o cpTi‣Detecção de elementos metálicos localmente e sistemicamente

‣Baixa corrosão

‣Respostas diferentes para as ligas e para o cpTi‣Detecção de elementos metálicos localmente e sistemicamente ‣Excreção de vanádio, maior que do titânio e alumínio

Controle Removido após 2 anos

Ter um baixo grau de corrosão é uma

propriedade suficiente para

biocompatibilidade?

Ti, O, Ca C, Ca, P, Na, N, Ti

Controle Removido após 2 anos

Ter um baixo grau de corrosão é uma

propriedade suficiente para

biocompatibilidade?

TITÂNIO E LIGAS DE TITÂNIO Toxicidade Celular

ia à c

Reação tecidual

87654321

ia à c

Reação tecidual

87654321 v

TOXICIDADE

ia à c

Reação tecidual

87654321 v

TOXICIDADE

SEQUESTRAÇÃO

CoCrNiMo

ia à c

Reação tecidual

87654321 v

TOXICIDADE

INERTE

Ligas Ti

SEQUESTRAÇÃO

CoCrNiMo

Ti Ti Ti Ti Ti Ti

Ti Ti Ti Ti Ti Ti TiTi

Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti

Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti Ti

Ti Ti Ti Ti Ti Ti

Tempo = 0 seg

O O O O O OTi Ti Ti Ti Ti Ti Ti

Tempo ~ 10 seg-8

O O OO O OO

Tempo ~ 10 seg-3

O O OO O OO

O O O O O O O

O O OO O OO

Tempo ~ 1 seg

O O O O O O O

O O OTi Ti Ti

Ti Ti Ti

Ti Ti Ti Ti Ti Ti

Óxidos de Titâniocamada protetora de 15 a 50 angstrom

Predominância de TiO, pouca quantidade de TiO2, Ti2O5

O O OTi Ti Ti

Ti Ti Ti

Ti Ti Ti Ti Ti Ti

Óxidos de Titâniocamada protetora de 15 a 50 angstrom

Predominância de TiO, pouca quantidade de TiO2, Ti2O5

Corpo do Implanteprotegido da ação do oxigênio

O O OTi Ti Ti

Ti Ti Ti

Ti Ti Ti Ti Ti Ti

Aspectos Biológicos

Aspectos Mecânicos

Qual implante?

DENTE X IMPLANTE

mecânica dos dentes

formato do implante

cônicocilíndrico

formato do implante

cônicocilíndrico

formato do implante

cônicocilíndrico

Forças Mastigatóriasestabilidade primária

formato do implante

formato do implante Forças Mastigatórias

Pontos de fragilidade

3,5 mm

3,5 mm 4,0 mm

5,0 mm

5,0 mm 6,0 mm

Tabela de medidas disponíveis

2,5mm 3,2mm 3,3mm 3,5mm 3,7mm 4,0mm 5,0mm 6,0mm4,56 6

78 8 8 8

9 9 9 9 9 9 9 910 10 10 1011 11 11

12 12 12 12 12 12 12 1213 13 13

15 15 15 15 15 15 15 1518 18 1821 21

3,5mm 4,0mm 5,0mm 6,0mm8 8 8 89 9 9 9

10 10 10 1011 11 1112 12 12 1213 13 1315 15 15 1518 1821 21

Implante cônico

Implante cilíndrico

3,5mm 4,0mm 5,0mm

12 12 12

15 15 15

Implante de pressão

3,2mm 3,3mm 3,7mm 4,0mm 5,0mm 6,0mm

9 9 9 9 9 9

12 12 12 12 12 12

15 15 15 15 15

3,5mm 4,0mm 5,0mm 6,0mm

9 9 9 9

12 12 12 12

15 15 15 15

Implante corpo único

Implante cônico especial

Diâmetro 2,5mm

Comprimento 9,12 e 15 mm

Transmucoso 2 e 4mm

Implante cônico especial

Diâmetro 6,0mm

Comprimento 6, 7 e 8 mm

Diâmetro 4,0mm

Comprimento 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 18 e 21 mm

Angulação 45º

Implante cônico angulado

relação diâmetro x comprimento4,5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 18 21

2,5 mm 3,95 35,55 47,4 59,25

3,5mm 5,53 49,77 55,3 60,83 66,36 71,89 82,95 99,54 116,13

4mm 6,28 28,26 37,68 56,52 62,8 69,08 75,36 81,64 94,2 113,04 131,88

5mm 7,91 71,19 79,1 87,01 94,92 102,83 118,65 142,38

6mm 9,48 56,88 66,36 75,84 85,32 94,8 104,28 113,76 123,24 142,2circunferência: pi x diâmetro área: circunferência x comprimento

relação diâmetro x comprimento

6x8mm = 5x10mm = 4x12mm = 3,5x13mm

4,5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 18 21

2,5 mm 3,95 35,55 47,4 59,25

3,5mm 5,53 49,77 55,3 60,83 66,36 71,89 82,95 99,54 116,13

4mm 6,28 28,26 37,68 56,52 62,8 69,08 75,36 81,64 94,2 113,04 131,88

5mm 7,91 71,19 79,1 87,01 94,92 102,83 118,65 142,38

6x8mm = 5x10mm = 4x12mm = 3,5x13mm

6x10mm = 5x12mm = 4x15mm

4,5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 18 21

2,5 mm 3,95 35,55 47,4 59,25

3,5mm 5,53 49,77 55,3 60,83 66,36 71,89 82,95 99,54 116,13

4mm 6,28 28,26 37,68 56,52 62,8 69,08 75,36 81,64 94,2 113,04 131,88

5mm 7,91 71,19 79,1 87,01 94,92 102,83 118,65 142,38

6x8mm = 5x10mm = 4x12mm = 3,5x13mm

6x10mm = 5x12mm = 4x15mm

6x6mm = 4x9mm = 3,5x11mm = 2,5x15mm

4,5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 18 21

2,5 mm 3,95 35,55 47,4 59,25

3,5mm 5,53 49,77 55,3 60,83 66,36 71,89 82,95 99,54 116,13

4mm 6,28 28,26 37,68 56,52 62,8 69,08 75,36 81,64 94,2 113,04 131,88

5mm 7,91 71,19 79,1 87,01 94,92 102,83 118,65 142,38

Conceito da osseointegração

1965/75 1975/95 1995/hoje

Formato dos implantes

Cilíndricos rosqueáveis

1965/75 1975/95 1995/hoje

Cilíndricos auto-rosqueáveis e de pressão

1965/75 1975/95 1995/hoje

Implantes cônicos, anatômicos

1965/75 1975/95 1995/hoje

Superfície dos implantes

1965/75 1975/95 1995/hoje

lisas texturizadas

1965/75 1975/95 1995/hoje

lisas texturizadas texturizadas e bioativas

Macro-estrutura superficial (> 100µm)

Estabilidade e travamento mecânico

1,5x1,5mm

Micro-estrutura superficial (entre 1 e 100µm)

1,5x1,5mm

0,25x0,25mm

1,5x1,5mm

0,25x0,25mm

Adesão, morfologia e orientação celular. Orientação da formação óssea.

0,25x0,25mm

Nano-estrutura superficial (<1µm)

0,25x0,25mm

0,05x0,05mm

0,25x0,25mm

0,05x0,05mm

Contato, citoesqueleto, adesão, morfologia e orientação celular.

Superfície de contato

????????????

Processo de Fabricação

Usinagem do metal•Torneamento•Fresagem•Furação

Geração de calor = Resfriamento com óleo mineral

Contaminantes: óleo e resíduos diversos

Remoção dos contaminantes

Lavagem e banhos em•Soluções alcalinas•Técnicas eletrolíticas•Soluções ácidas

Limpeza e embalagem

Processo de Fabricação

Limpeza e embalagem

lProcesso de Fabricação

Tipos de Superfícies

lisasSomente usinadas

Tipos de Superfícies

lisasSomente usinadas

texturizadasAdição - Subtração - Remodelamento

Nome aos Bois

Nome aos BoisanIsotrópicas

Superfície usinada (MKIII®, Nobel Biocare)

Nome aos BoisanIsotrópicas

Superfície usinada (MKIII®, Nobel Biocare)

Isotrópicas‣ Superfície jateada TiO2 (Tioblast®, AstraTech AB)‣ Superfície jateada + ataque químico: (SLA®, Straumann AG, , Sistema INP)‣ Superfície com ataque químico: (Osseotite®,3i ): Dois ataques ácidos‣ Superfícies recobertas com hidroxiapatita: (SteriOss®, Replace System, Nobel Biocare)‣Superfície oxidada: (TiUnite®, Nobel Biocare)‣Superfície anodizada: (Vulcano®, Conexão) ‣ Tratamento com spray de plasma de titânio (Bonefit ®, Straumann AG)

superfícies lisas

MEV x22

Superfície lisa

Implantes titânio

“Texturizaçao” é artefato da usinagem do titânio.

Sistemas:•Branemark (antigo)•3i•Implamed•Conexão•Sin

MEV x22

Superfície lisa

Implantes titânio

Tamanho médio das rugosidades: 5 micrômetros

MEV x4700

MEV x1000

Superfície lisa

Implantes titânio

Porquê implantes lisos/anisotrópicos?

‣Pequena interface de osseointegração

‣Estabilidade inicial oferecida pelo formato do implante

‣Menor molhabilidade

‣Mais de 30 anos de acompanhamento clínico

Porquê modificar se estava tudo bem?

Tratamentos de Superfície por

subtração

Superfície Texturizadapor subtração

Obtida através de tratamento com material/solução abrasiva:

• Jateamento de Oxidos (aluminio e titanio)

• Ataque Ácido

• Ataque eletroquímico

Superfície Texturizadapor subtração

Obtida através de tratamento com material/solução abrasiva:

• Jateamento de Oxidos (aluminio e titanio)

• Ataque Ácido

• Ataque eletroquímico

Superfície Texturizada

Jateamento + ácido

MEV x22

Jateamento + ácido

MEV x22

Óxido de TitânioÓxido de Alumínio

+Ácido Clorídrico (HCl)

Ácido Sulfúrico (H2SO4)

Sistemas:•INP•Bicon•Ankylos•3i•Osteotite•Maioria dos sistemas

Jateamento + ácido

Imediato após jateamento

Limpeza final com Ácido

MEV x1000MEV x4700

Jateamento + ácidoMEV x138

MEV x50000

Jateamento + ácidoMEV x138

adição

Superfície Texturizadapor adição

Spray de Hidreto de Titânio (50 a 100 ym) usando gás sob forma de plasma (Argônio a 15.000/20.00ºC) jateado sobre superfície do implante a uma velocidade de 3000m/s: união química

Superfície do implante é ativada eletroliticamente e submetida à solução hipersaturada de HA: união mecânica

Plasma spray de titânio

Spray de Hidreto de Titânio sobre superfície do implante

Sistemas:•Straumann•Astratech•IMZ (antigo)

MEV x23

Plasma spray de titânio

MEV x1000

MEV x23

remodelamento

Superfície Texturizadapor remodelamento

•Laser•Anodização•Corrosão Eletrolítica

Superfície Texturizadapor remodelamento

•Laser•Anodização•Corrosão Eletrolítica

Oxidação Eletrolítica por Plasma - PEO

Processo parecido com anodização, mas com mais potência e formação controlada de óxidos, que são criados mais cristalinos e resistentes.

MEV x50MEV x1000

MEV x50

MEV x5011

MEV x1000

TiUnite

MEV x50

MEV x5011

MEV x1000

‣Rugosidades pequenas‣Pouco tempo de uso clínico‣In vitro: apresentam maior aderência de

células inflamatórias

‣In vivo: Resultados contraditórios ‣Apresentam propriedades de osteocondução

Anodização / peo

Porquê texturizar a superfície de Implantes?

Galante J, Lemons J, Spector M. The biologic effects of implant materials. J Orthop Res 9:760-765, 1991

‣Aumento da Superfície de contato = aumento da interface de osseointegração

‣Maior estabilidade mecânica

‣Maior retenção do coágulo = aumento da molhabilidade

‣ Estímulo do processo de reparo (ainda em pesquisas, mas com resultados promissores)

‣Alteração das propriedades químicas da superfície (às vezes indesejadas)

‣Tratamento de superfície torna o material reativo

‣Tratamento de superfície torna o material reativo‣O contato entre a superfície do implante e componentes biológicos são altamente dependentes das

propriedades do material

‣Tratamento de superfície torna o material reativo‣O contato entre a superfície do implante e componentes biológicos são altamente dependentes das

propriedades do material‣Pode apresentar resíduos de corrosão identificados à distância

Superfície Texturizada ou lisa?

Torque

Interface

Torque

Interface

Adesão Celular

Torque

Interface

Adesão Celular

Mucosite/Perimplantite

Resposta óssea

TITÂNIO USINADO

TECIDO ÓSSEO

Resposta óssea

TITÂNIO USINADO

TECIDO ÓSSEO

TITÂNIO TRATADO

TECIDO ÓSSEO

Resposta óssea

Sistemas Hibridos

texturizada

Sistemas Hibridos

ângulo de contato

> Ângulo de Contato > Molhabilidade > Biocompatibilidade

superfícies bioativas

•Grande área de contato ósseo

•Grande área de contato ósseo•Hidrofilia

•Grande área de contato ósseo•Hidrofilia•Tratamento de superfície e desinfecção

eficientes

eficientes•Maior interaçâo biomaterial e tecido

eficientes•Maior interaçâo biomaterial e tecido•Aceleração no processo cicatricial

eficientes•Maior interaçâo biomaterial e tecido•Aceleração no processo cicatricial•Tratamento iônico

eficientes•Maior interaçâo biomaterial e tecido•Aceleração no processo cicatricial•Tratamento iônico•Carga negativa se une ao Ca+ = adesão

Enhanced Bone Apposition Around Biofunctionalized Sand-blasted and Acid-etched Titanium Implant Surfaces. A histomorphometric study in miniature pigsYves Germanier, Samuele Tosatti, Nina Broggini, Marcus Textor, Daniel Buser

Implantes revestidos de co-polímeros variados

comparados com implantes de superfície

Processo cicatricial é acelerado? Traz algum

benefício?

Enhanced Bone Apposition Around Biofunctionalized Sand-blasted and Acid-etched Titanium Implant Surfaces. A histomorphometric study in miniature pigsYves Germanier, Samuele Tosatti, Nina Broggini, Marcus Textor, Daniel Buser

Instalação 1 semana 2 semanas 4 semanas 8 semanas 16 semanas 20 semanas

Superfície Normal Superfície Bioativa

Jateamento + Ataque Ácido + Ativação Iônica = SLActive

TiOBlast modificado com fluoreto = OsseoSpeed

Modificação química que levar a incorporação de ions fluoretados e formação de nanopicos sobre a superfície já modificada por jateamento de plasma de titânio.

O Flúor promove atração por cálcio e fosfatos, indução e diferenciação de células osteoprogenitoras

Bibliografia Livros

The Osseointegration Book: from calvarium to calcaneusPer-Ingvar Branemark. Germany, Quintessence, 2005

Manual de Implantodontia Clínica.M. Davarpanah, H. Martinez, M. Kebir, JF Tecicuanu, Brasil, Artmed, 2003.

Contemporary Implant Dentistry. Carl E. Misch, Brasil, Livraria Santos, 2001

Atlas Coloridos de Odontologia: ImplantodotiaHubertus Spiekermann, Brasil, ArtMed, 2000

Tissue-integrated Prostheses : Osseointegration in Clinical DentistryPer-Ingvar Brånemark, George A. Zarb e Tomas Albrektsson. USA, Quintessence, 1985

Artigos

‣ELIAS, C.N., LIMA, J.H.C., Limpeza e preparação da superfície dos implantes osseointegráveis Master Screw. Rev. Bras. De Implant. V 5, p 10-12 , 1999 ‣SANTOS, P.C.; SANTOS, J.F.F., - Estudo da composição química da superfície de implantes osseointegráveis de titânio por meio da Espectroscopia por energia dispersiva. Dissertação de Mestrado. RPG – v.5, n.3, p167-170, 1998‣KANAGARAJA, S. et al., Cellular reactions and bone apposition to titanium surfaces waith different surface roughness. Biomaterials v.22., p.1809-18 2001‣ADELL, R., LEKHOLM, U., ROCKLER, B., et al. A 15-year study of osseointegrated implants in the ratment of the edentulous jaw. Int j Oral surg. V.10, p.387-416, 1981

‣Agradecimentos à Munir Salomão pela pesquisa das superfícies de contato na osseointegração.‣Websites de todos os sistemas de implantes citados foram consultados.

Cursos com credenciamento no MEC, sob portaria nº 1.342 de 10 de novembro de 2008, seguindo diretivas do CFO para cursos de especialização em odontologia.

Transformando conhecimento em saúde

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Princípios da Osseointegração

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