近期幹細胞領域研究進展
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2019年1月8日 訊 /生物谷BIOON/ --本期為大家帶來的是幹細胞領域的最新研究進展，希望讀者朋友們能夠喜歡。
1. Cell Stem Cell：重大進展!將人成熟的血細胞直接重編程為一類新的神經幹細胞
DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.015.
在一項新的研究中，來自德國癌症研究中心(DKFZ)和海德堡幹細胞技術與實驗醫學研究所(HI-STEM)的研究人員首次成功地將人血細胞直接重新編程為一種以前未知的神經幹細胞。這些誘導性幹細胞類似於在中樞神經系統的早期胚胎髮育期間形成的幹細胞。它們能夠在實驗室中進行修飾和無限期地增殖，並且代表著一種用於再生療法開發的候選對象。相關研究結果於2018年12月20日在線發表在Cell Stem Cell期刊上，論文標題為「Identification of Embryonic Neural Plate Border Stem Cells and Their Generation by Direct Reprogramming from Adult Human Blood Cells」。論文通訊作者為Andreas Trumpp和Marc ChristianThier。
多能性的胚胎幹細胞能夠無限制地增殖併產生所有可能的細胞類型。2006年，日本科學家Shinya Yamanaka認識到，這樣的多能性幹細胞也能夠在實驗室中由成熟的體細胞經重編程後產生。四種遺傳因子足以讓成熟的體細胞逆轉正常的發育過程併產生所謂的與胚胎幹細胞具有相同性質的誘導性多能幹細胞(ips細胞)。Yamanaka因這一發現於2012年獲得諾貝爾醫學獎。
Trumpp說，「這是幹細胞研究的一個重大突破。這尤其適用於德國的研究，這是因為在那裡，產生人胚胎幹細胞是不允許的。幹細胞在基礎研究和開發旨在恢復患者病變組織的再生療法中具有巨大的潛力。然而，這種重編程也存在著問題：比如，多能性幹細胞能夠形成稱為畸胎瘤的生殖系腫瘤。」
Trumpp團隊首次成功地將成熟的人細胞重編程為一種特定類型的能夠幾乎無限增殖的誘導性神經幹細胞，他們稱之為誘導性神經板邊界幹細胞(induced neural plate border stem cell, iNBSC)。Thier解釋道，「像Yamanaka那樣，我們使用了4種遺傳因子，不過使用了4種不同的遺傳因子用於我們的重編程中。我們認為，我們的遺傳因子將允許重編程到神經系統發育的早期階段。」
在過去，其他的研究團隊也將結締組織細胞重編程為成熟的神經細胞或神經前體細胞。然而，這些人工產生的神經細胞通常不能增殖，因此不能用於治療目的。針對這個問題，Trumpp 解釋道，「通常而言，這是不同細胞類型的異質混合物，它在生理條件下可能不存在於體內。」
通過與來自奧地利因斯布魯克大學的幹細胞研究員Frank Edenhofer以及來自DKFZ和海德堡大學醫院的神經科學家Hannah Monyer一起，Trumpp和他的團隊如今成功地將皮膚和胰腺中的結締組織細胞以及外周血細胞重編程為誘導性神經幹細胞。Thier說，「這些細胞的起源對對所產生的幹細胞的性質沒有影響。」特別地，在沒有侵入性干預的情況下利用患者的血液獲得神經幹細胞的可能性是在未來開發治療性方法的一個決定性優勢。
值得注意的是，這些重編程細胞是同質細胞類型，類似於一種在神經系統的胚胎髮育期間存在的幹細胞。Thier說，「在早期胚胎大腦發育過程中，相應的幹細胞存在於小鼠體內，也很可能存在於人體中。我們在這項研究中描述了哺乳動物胚胎中的一種新的神經幹細胞類型。」
這些iNBSC具有廣泛的發育潛力。iNBSC具有增殖能力和多能性，能夠朝兩個方向進行發育。一方面，它們能夠選擇產生中樞神經系統中的成熟的神經細胞和神經膠質細胞的發育途徑。另一方面，它們也能夠發育成神經嵴細胞，這些神經嵴細胞產生不同的細胞類型，比如周圍敏感性的神經元，顱骨的軟骨細胞或骨細胞。
因此，iNBSC成為為個體患者產生多種不同細胞類型的理想基礎。Thier解釋道，「這些細胞具有與供者相同的遺傳物質，因此可能被免疫系統自我識別，並且不會遭受免疫排斥。」
正如這些研究人員在他們的實驗中所證實的那樣，CRISPR/Cas9基因剪刀可用於修飾iNBSC或修復遺傳缺陷。Trumpp說，「因此，它們對於基礎研究和尋找新的活性物質和開發再生療法(比如對患有神經系統疾病的患者而言)都很有意義。但是，在我們將它們用於患者身上之前，開展大量的研究工作仍然是有必要的。」
2. PNAS：實錘!成年心臟並不存在心臟幹細胞
在一項新的研究中，荷蘭研究人員利用先進的分子和遺傳技術構建出在心肌梗塞發作之前和之後成年小鼠心臟中的所有分裂細胞的詳細細胞圖譜。他們得出結論：成年心臟不含有心臟幹細胞。在先前的研究中被鑒定為心臟幹細胞的細胞最終產生血管或免疫細胞，但從未產生心肌。相關研究結果發表在2018年12月26日的PNAS期刊上，論文標題為「Profiling proliferative cells and their progeny in damaged murine hearts」。
在心肌梗塞(通常稱為心臟病發作)發作期間，部分心肌的血液供應被切斷。結果就是部分心肌死亡。鑒於心臟通過我們的血管維持血液循環，這顯然會危及生命。
動物和人類的大多數組織都含有幹細胞，當組織遭受損傷時，這些幹細胞就會出手加以拯救：它們快速地產生大量的「子細胞」以便替換丟失的組織細胞。
二十年來，科學家們和臨床醫生一直在尋找應當存在於心肌中的心臟幹細胞，這樣在心肌梗塞發作後，它們就能夠修復受損的心臟。多個研究團隊已聲稱他們明確地鑒定出心臟幹細胞，但是這些聲稱都沒有得到證實。因此，心臟幹細胞是否存在以及它們在成年心臟中的重要性仍然存在大量爭論。
為了解決這一爭論，這些研究人員將注意力集中在對小鼠心臟中的幹細胞功能的最廣泛和最直接的定義上：細胞通過細胞分裂替換丟失組織的能力。在心臟中，這意味著在心臟病發作後，任何能夠產生新的心肌細胞的細胞就被稱為心臟幹細胞。他們利用先進的分子和遺傳技術，構建出在心肌梗死發作之前和之後的所有分裂心臟細胞的細胞圖譜。
這項研究表明一旦心臟遭受損傷，多種類型的細胞發生分裂，但是這些細胞都不能夠產生新的心肌。事實上，過去研究中的許多錯誤結論如今能夠加以解釋：之前稱為心臟幹細胞的細胞如今經證實產生血管或免疫細胞，但從未產生心肌。因此，一個清醒的結論是心臟幹細胞並不存在。換句話說，由於心臟病發作而丟失的心肌不能被替換。這一發現雖然令人失望，卻解決了一個長期存在的爭論。
這些研究人員還取得了第二個重要的發現。在心臟中，與心肌細胞一起存在的結締組織細胞(也稱為成纖維細胞)通過發生多次細胞分裂而對心肌梗塞作出強烈的反應。在這樣做時，它們會產生替換丟失的心肌組織的瘢痕組織。儘管這種瘢痕組織不含有心肌，因而不會導致心臟的泵血功能，但是這種纖維化的瘢痕組織與梗塞區域「連接在一起」。確實，當這種瘢痕組織的形成受到阻斷時，小鼠死於急性心臟破裂。因此，雖然瘢痕組織形成通常被視為心肌梗塞的負面結果，但是他們強調了瘢痕組織形成在維持心臟完整性中發揮著重要作用。
3. Eur J Neurosci：經過CRISPR/Cas9n編輯的幹細胞有望治療帕金森病
DOI: 10.1111/ejn.14286.
http://news.bioon.com/article/6731868.html
在英國，帕金森病的發病率大約為1/350。在一項新的研究中，來自英國愛丁堡大學和UCB製藥公司(UCB Pharma Ltd.)的研究人員在改善一種新出現的治療帕金森病的方法上邁出了關鍵一步。這一進展可能有助於開發一種有希望的稱為細胞替代療法(cell replacement therapy)的療法。專家們希望這種涉及將健康細胞移植到被帕金森病破壞的大腦區域中的療法能夠緩解震顫和平衡問題等癥狀。相關研究結果近期發表在European Journal of Neuroscience期刊上，論文標題為「Engineering synucleinopathy‐resistant human dopaminergic neurons by CRISPR‐mediated deletion of the SNCA gene」。
在這項新的研究中，這些研究人員構建出對帕金森病有抵抗力的人胚胎幹細胞(hESC)。具體而言，他們利用一種稱為CRISPR/Cas9n的先進技術切除hESC中的DNA片段。在這樣做的過程中，他們剔除了與有毒性的團塊(稱為路易小體)形成相關的基因SNCA，其中這種毒性團塊形成是帕金森患者中的腦細胞的一種典型特徵。
在實驗室測試中，這些幹細胞在培養皿中可被轉化為產生多巴胺的神經元。它們隨後在接受一種化學試劑處理後就可導致路易小體形成。這些研究人員發現相比於未經過基因編輯的神經元，經過基因編輯的神經元並沒有形成有毒性團塊。
這些研究人員表示，這一進展可能對患有帕金森病的年輕患者和患有侵襲性帕金森病的患者是最有益的，但是它還需在人體試驗中進行測試。
論文通訊作者、愛丁堡大學醫學研究委員會再生醫學中心的Tilo Kunath博士說，「我們知道帕金森病在神經元之間進行擴散並侵入健康細胞。這實際上可能為細胞替代療法的潛力設置一個使用期限。我們的激動人心的發現有潛力極大地改善這些新出現的療法。」
帕金森病治癒基金會(Cure Parkinson"s Trust)研究副主任Simon Stott博士說，「細胞替代療法是一種治療帕金森病患者的實驗性再生醫學方法。這項新研究在開發這種療法上提供了新的進展。很高興的是，帕金森病治癒基金會資助了這項鼓舞人心的創新研究。」
4. Cancer Cell：白血病複發的根源並不在於白血病幹細胞而在於白血病再生細胞
doi:10.1016/j.ccell.2018.08.007.
長期以來，癌症研究人員一直認為急性髓性白血病(AML)的複發是由於一群處於休眠狀態並且可能免受靶向分裂細胞的化療影響的白血病幹細胞(LSC)。
然而，在一項新的研究中，加拿大麥克馬斯特大學的Mickie Bhatia及其同事們分析了患者樣本中的癌細胞群體以及從移植到小鼠體內的AML白血病細胞中獲得的癌細胞群體，結果發現白血病幹細胞在化療期間消失殆盡。相關研究結果近期發表在Cancer Cell期刊上，論文標題為「Identification of Chemotherapy-Induced Leukemic-Regenerating Cells Reveals a Transient Vulnerability of Human AML Recurrence」。
Bhatia說，「通過這些癌細胞進行動態分析，我們對化療期間哪些細胞被殺死以及這種癌症如何複發有了更好的了解。」
Bhatia團隊在化療後的多個時間點對患者的骨髓細胞進行採樣，與此同時對利用患者的腫瘤培養出的異種移植物也進行採樣。在這兩類樣本中，他們鑒定了一小部分稱為白血病再生細胞(leukemic regenerating cell, LRC)的細胞在基因表達譜上與白血病幹細胞存在著顯著的不同。Bhatia說，「這些白血病再生細胞實際上是化療反應的產物。」白血病再生細胞僅短暫存在，而且它們的數量隨著白血病複發而下降。這些白血病再生細胞的一個顯著特徵是表達幾種G蛋白偶聯受體(GPCR)。他們發現抑制白血病再生細胞中特定GPCR基因的表達可阻止接受化療治療的小鼠出現癌症複發。
在美國麻省總醫院研究AML的David Sykes(未參與這項新的研究)說，「在化療誘導後，可能存在一個短暫的時間窗口，在這個時間窗口內，人們可能會有一種非常具體的療法來靶向這一小群白血病再生細胞。」Sykes說，在其他的癌症中發現類似的靶細胞群體的幾率是比較高的。
5. 如何維持胚胎幹細胞的無限潛能?
胚胎幹細胞(ESCs)具有完全的潛能，其能夠轉化成為機體任何一種類型的細胞，一旦其開始沿著某一特定的路徑轉化成為某種特定的組織，胚胎幹細胞就會失去無限的潛能，如今科學家們嘗試理解這一過程發生的方式和原因，旨在開發新型再生療法，即誘導機體自身的細胞替代受損或疾病的器官。
近日，一項刊登在國際雜誌Nature Communications上的研究報告中，來自索爾克研究所的科學家們通過研究開發了一種新型蛋白複合體，其能抑制幹細胞的發展，從而使其能夠維持無限的潛能;這種名為GBAF的複合體或有望作為後期科學家們開發新型再生醫學療法的潛在靶點。
研究者Diana Hargreaves教授表示，這項研究中，我們始於對胚胎幹細胞多能性的探索，這種多能性能夠促進胚胎幹細胞轉化成為機體中任何一種類型的細胞，闡明控制幹細胞多潛能性的多種基因網路非常重要，因此能夠找到一種在這一調節過程中扮演關鍵角色的未知蛋白，對於研究者而言也是非常有意義的。機體中的每一個細胞都有著相同的一套DNA元件，其包含有製造每一種可能性細胞類型的指令;大型的蛋白複合體(染色質重塑器)能夠激活或沉默基因的表達，指導胚胎幹細胞進入到一種特殊的路徑中，就好比一群計劃裝修房子的承包商們，這些蛋複合體也包含有多重亞單位，不同亞單位的組合就能夠改變DNA的物理形狀，並且決定哪些基因能夠指揮幹細胞分化成為肺部細胞或大腦細胞。
文章中，研究人員想通過研究深入理解這些亞單位的聚集方式以及特殊的亞單位如何指揮蛋白複合體的功能，因此研究人員轉向對一種名為BRD9的蛋白進行研究，該蛋白與BAF染色質重塑器家族有關，他們推測該蛋白或是其中的一種亞單位;隨後研究者將BRD9化學抑製劑應用於胚胎幹細胞中，並進行了一系列實驗來全面分析與BAF複合體活性改變相關的細胞多潛能性。
研究者發現，BRD9能扮演胚胎幹細胞發育制動器的角色，當BRD9開始發揮作用時，細胞就會維持多潛能性，而當BRD9的活性被抑制時，細胞就會開始發育的下一個階段，隨後研究者鑒別出了哪種BAF複合體能在細胞中發揮作用，結果表明，BRD9或許是一種未知BAF複合體的一部分。
最後，研究者Jovylyn Gatchalian說道，這項研究中我們在胚胎幹細胞中發現了一種新型的BAF複合體;這項研究中，研究人員在BAF複合體單一突變體的水平下發現了生物化學多樣性的存在，這或許能夠幫助進行更為廣泛的監管控制功能。理解這種控制作用的複雜性對於後期開發多種疾病的再生醫學療法至關重要。
6. Cell Stem Cell：震驚!高達10%的人體血細胞來自腸道中的造血幹細胞庫
DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.007.
科學家們之前曾認為血細胞是一群特殊的造血幹細胞在骨骼中專門產生的。然而，在一項新的研究中，來自美國哥倫比亞大學瓦格洛斯內外科醫生學會的研究人員吃驚地發現人體腸道可能利用它自身的造血幹細胞庫提供高達10%的用於人體循環的血細胞。相關研究結果於2018年10月29日在線發表在Cell Stem Cell期刊上，論文標題為「Human Intestinal Allografts Contain Functional Hematopoietic Stem and Progenitor Cells that Are Maintained by a Circulating Pool」。論文通訊作者為哥倫比亞大學的Megan Sykes。
為什麼這比較重要?
如果腸道發生功能障礙，那麼腸道移植是患上克羅恩病和其他疾病的患者的唯一的長期治療選擇。但是較高的免疫排斥率和服用免疫抑製藥物時產生的危及生命的併發症限制了人類腸道移植的成功率。
當一個人接受移植器官時，免疫系統通常將這種新移植的器官識別為外來物並加以破壞。強效的免疫抑製藥物可減輕這些反應，但是這會讓患者更容易受到感染和其他併發症的影響。
來自供者的血細胞如何幫助移植受者?
對接受腸道移植的患者的循環白細胞的分析表明，來自供者腸道的細胞會成熟起來並且在受者體內經鍛煉後對受者自身組織產生耐受性。同樣地，在接受腸道移植後的受者產生的白細胞經鍛煉後對供者腸道組織產生耐受性。
Sykes說，「我們清楚地表明這兩組血細胞之間的免疫交談保護腸道移植物免受患者免疫系統的攻擊，並且保護患者免於這種腸道移植物的攻擊。」
這些研究人員還發現腸道中的造血幹細胞最終會被受者體內的循環造血幹細胞庫取代。
這些發現如何可能改善移植?
鑒於攜帶著更多供者血細胞的患者具有較低的器官排斥率，因此這些研究結果指出用於管理器官移植的新策略。
當這些研究人員注意到接受腸道移植的患者的血液含有來自供者的血細胞時，他們發現了腸道中的造血幹細胞庫。他們追蹤到這些供者血細胞的來源：供者腸道中的造血幹細胞。
來自供者腸道的造血幹細胞產生的血細胞也可能對移植受者有益。患者體內循環的供者血細胞越多，發生排斥腸道移植物的可能性就越小。
Sykes說，「攜帶著高水平供者細胞的患者可能不像當前這樣需要那麼多的免疫抑製藥物，而且減少免疫抑製藥物劑量可能改善治療結果。」
將來自供者的造血幹細胞接種到移植器官中可能也會增加供者-受者交談和增強對器官移植物產生的耐受性。
Sykes說，「這可能顯著地改善移植患者的生活。我們的最終目標是獲得免疫耐受性，這將允許我們無需服用免疫抑製藥物就可讓患者將移植物視為自我。這真地是這個領域的最高目標。」
接下來的研究計劃
這些研究人員計劃在未來試圖增加腸道移植期間提供的造血幹細胞數量，這有望提高患者體內循環的供者血細胞的水平、免疫耐受性和下降的免疫抑製藥物需求。
其他類型的移植可能也受益於類似的干預措施，即使對似乎沒有攜帶自身的造血幹細胞庫的器官也是如此。
注意事項
這項研究分析了21名接受腸道移植的患者。儘管發現了一種新的造血幹細胞群體令人興奮，但它迄今為止還不能證明改變當前的護理標準是合理的。
7. Blood：科學家成功利用脂肪組織衍生的幹細胞製造出人類血小板
doi:10.1182/blood-2018-04-842641
近日，來自日本慶應大學醫學院的科學家們開發出了一種新方法，其能在實驗室促進脂肪組織衍生的幹細胞產生人類血小板，相關研究結果刊登於國際雜誌Blood上，該研究表明，人工製造的血小板最終或能有效減少患者對血小板捐獻的依賴性，並幫助癌症和其它疾病患者的康復。
血小板是機體血液中幫助凝血的一種關鍵組分，對於癌症患者或進行化療的患者、感染、免疫紊亂以及血小板紊亂的患者而言，輸血小板常常能夠挽救其生命。每年全球大約有450萬單位的血小板被輸注，由於捐獻的血小板的保質期不足一周時間，因此血小板的供應常常無法滿足患者的需求，此外，由於供體的感染和受體出現的免疫反應，捐獻的血小板常常也會帶來潛在的安全風險。
這項研究中，研究人員基於此前的研究結果通過研究證實，脂肪組織或能用來製造幹細胞系，從而只需要12天就能夠產生正常功能的血小板;研究者Mastubara表示，脂肪組織衍生的幹細胞或許就能夠提供一種安全持久的血小板供應，從而滿足受體患者不斷變化的需求。研究人員最初試圖從另外兩類幹細胞中衍生提取血小板，其中一類就是誘導多能幹細胞;研究者指出，脂肪組織衍生的細胞能夠產生巨核細胞和血小板尺寸大小的細胞，這些細胞在天然狀態下能表達多種對血小板產生非常重要的基因。
當研究者對誘導脂肪衍生的幹細胞產生血小板的技術進行優化後，他們進行了一系列實驗來檢測是否這種人工製造的血小板的功能與天然的人類血小板功能類似，結果表明，這種在實驗室中生長的血小板含有天然血小板表面的標誌性蛋白，同時還含有促進凝血過程的特殊顆粒，隨後研究者利用小鼠進行血凝模擬實驗，結果表明，這些血小板的行為與供體捐贈的血小板非常像，其能夠聚集形成凝塊。
最後研究者Matsubara表示，相比供體來源的血小板而言，儘管這種製造血小板的成本更高，但本文研究結果表明，通過一種簡單的方法或許就能通過脂肪衍生的細胞來製造血小板。如今研究人員已經建立了一套有效的製造大量脂肪衍生血小板細胞的人工過程，下一步他們計劃利用動物模型開展臨床前試驗，隨後再進行人類機體的臨床試驗。
8. 新型幹細胞療法有望徹底根治白血病
DOI: 10.1126/scitranslmed.aat8410
幹細胞移植能有效治療白血病，然而在很多情況下，來自供體的免疫細胞卻會攻擊受體患者機體的健康組織，從而產生致死性的後果，近日，一項刊登在國際雜誌Science Translational Medicine上的研究報告中，來自蘇黎世大學等機構的科學家們通過研究鑒別出了一種在該過程中扮演關鍵作用的特殊分子，阻斷該分子的功能就能明顯改善接受幹細胞移植療法患者的預後狀況。
幹細胞療法能為白血病或骨髓癌症患者完全康復帶來希望，這一療法需要去除患者因接受化療或放療所影響的細胞，隨後利用健康供體機體中的血液幹細胞來替代這些細胞，這些供體細胞能夠產生新的血細胞，並攻擊患者機體中的癌變細胞，從而抑制癌症的複發。
危險的反應
然而，這種療法並不是沒有風險，在30%-60%的病例中，來自供體的細胞常常會攻擊受體機體的健康組織，尤其是肝臟、腸道組織及皮膚組織等;在大約一半受影響的患者中，諸如移植物抗宿主反應甚至會給患者帶來致死性的後果，這也就是為何臨床醫生常常會採用抑制免疫系統功能的藥物來抑制這些反應的原因了。這一療法存在局限性或缺點，其同時還能夠降低供體細胞對患者機體癌細胞的抗癌效應，因此目前研究人員急需通過研究理解如何在不降低移植細胞抗癌效應的前提下減少移植物的抗宿主反應。
負責進行攻擊的細胞因子
這項研究中，研究人員通過聯合研究發現，在移植物抗宿主病理學表現中，名為GM-CSF的細胞因子的產生具有決定性的作用，GM-CSF由一類特殊的白細胞產生，其能幫助抵禦健康人群機體中的感染。文章中，研究者利用小鼠模型進行研究發現，在移植物抗宿主反應期間這些移植的細胞會產生大量的GM-CSF因子，如果給與小鼠機體注射了無法產生GM-CSF的供體細胞，那麼小鼠就會免於致死性反應的產生，因此靶向作用這種細胞因子就能產生一種精準化、特異性的免疫抑制效應，這或許就有望阻斷移植物抗宿主反應所造成的組織損傷。
起初研究人員比較擔心，中和GM-CSF因子會減少供體細胞的抗癌效應，然而後期深入研究後他們發現，實際情況或許並不是那樣;研究者Sonia Tugues說道，實際的研究結果讓我們非常驚訝，此前我們認為所有類型的免疫反應都是由相同的機制所介導的，如今我們發現了一種方法能從供體細胞中將想要的過程與不需要的過程相分離。
將小鼠機體的研究結果轉化到人類臨床試驗中
隨後研究者想通過研究闡明GM-CSF因子在人類機體中和小鼠機體中是否扮演著相同的關鍵角色，通過對來自患者機體中受移植物抗宿主反應的組織進行分析後，研究者發現的確如此，這些樣本中GM-CSF的水平較高，當患者移植物抗宿主反應較強時，受影響組織中GM-CSF因子的水平也會相應升高。
目前研究人員希望能夠進行臨床試驗來檢測是否阻斷GM-CSF因子的功能就能抑制受體患者在幹細胞移植後出現的移植物抗宿主反應;目前研究者已經聯繫了一家能開發阻斷GM-CSF單克隆抗體的公司，研究者Becher表示，如果能夠在阻斷移植物抗宿主反應的同時能保留抗癌效應的話，這一過程或許就能成功改善患者的預後，並給患者帶來較小的副作用，這種治療性的策略或許有望幫助改善預後較差或面臨致死性風險患者的健康狀況。
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