WO2017085113A1 - Bioreactor and method of controlled supply of oxygen-containing gas - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a bioreactor with a supply line to a reactor interior of a reactor vessel and a control and regulating unit for the controlled supply of oxygen-containing gas in the reactor interior.
- the invention further relates to a method for the controlled supply of oxygen-containing gas in a bioreactor with a supply line to a reactor interior of a reactor vessel and with a control and regulation unit.
- the supply of oxygen-enriched air is used by default to introduce enough oxygen into the bioreactor.
- US Pat. No. 5,928,610 A discloses an oxygen generator which concentrates ambient air according to the so-called pressure swing adsorption (PSA) method and supplies it to a storage tank as oxygen-enriched air.
- PSA pressure swing adsorption
- Oxygen generator is connected, that the oxygen generator receives ambient air, which can be delivered as oxygen-enriched air and the reactor interior controlled feedable.
- the supply line is connected on the reactor side with a gassing element arranged in the interior of the reactor.
- a gassing element arranged in the interior of the reactor.
- nitrogen produced as a by-product in the oxygen generator can be fed in a controlled manner via the supply line to the interior of the reactor.
- nitrogen, which is produced as a by-product anyway, can be used cost-effectively for the regulation of the oxygen content.
- Oxygen generator via a connecting pipe with the ambient air in conjunction.
- Oxygen generator arranged on its own rollable platform.
- Oxygen generator can also be arranged with the control unit on a rollable common platform.
- the oxygen generator is disposed in a space adjacent to the bioreactor space and via the supply line with the control and
- Control unit communicates with the bioreactor.
- the reactor vessel can be arranged with the control unit on a rollable platform.
- the object with respect to the method is achieved in conjunction with the preamble of claim 9, characterized in that the bioreactor via the supply line with a
- Oxygen generator is connected and that the oxygen generator receives ambient air, the absorbed ambient air and concentrated as oxygen-enriched air from the control unit and monitored via the supply line to the reactor interior.
- the inventive method can be carried out without the use of pure oxygen-containing pressure vessels low risk, safe and relatively inexpensive.
- Figure 1 a schematic representation of a bioreactor with control
- FIG. 2 a schematic representation of another bioreactor, wherein the
- Oxygen generator is arranged on its own rollable platform
- FIG. 3 a schematic representation of another bioreactor
- Reactor container and the oxygen generator are arranged on a common rollable platform;
- Figure 4 a schematic representation of a bioreactor, in which the
- Oxygen generator is arranged with the control unit on a common rollable platform;
- FIG. 5 shows a schematic representation of a bioreactor in which the
- Oxygen generator is arranged in a space adjacent to the bioreactor space and communicates via the supply line with the control and regulating unit and with the bioreactor in combination.
- An inventive bioreactor 1 consists essentially of a
- Reactor vessel 2 Reactor vessel 2, a control and regulation unit 3 and an oxygen generator. 4
- the reactor vessel 2 is formed as a flexible disposable container which is in a supporting, open-topped
- Receiving container 5 is arranged.
- the reactor vessel 2 has in his
- Reactor interior 6 in addition to a stirrer 7 a gassing 8, which is connected to a reactor-side end 9 of a supply line 10.
- the supply line 10 is via the control unit 3 at its generator end 1 1 with the
- the oxygen generator 4 connected.
- the oxygen generator 4 has a
- the oxygen generator 4 receives ambient air via the connecting pipe 12 and concentrates it to supply it as oxygen-enriched air via the supply line 10 to the reactor interior 6 of the reactor vessel 2. In this case, the supply of oxygen-enriched air and the control and regulation unit 3 is monitored.
- an oxygen generator can be used which operates according to the "pressure swing adsorption (PSA) method" and, for example, by the company NOVAIR S.A.S. under the name OXIPLUS as an oxygen generator or
- Oxygen concentrator for medical technology is offered. Suitable oxygen generators are also offered by Oxygen Generating Systems, Inc., (OGSI).
- the oxygen generator 4 is arranged on its own rollable platform 14.
- Control unit 3 arranged on a platform 16.
- control and regulation unit 3 and the oxygen generator 4 are arranged on a common platform 17.
- the reactor vessel 2 and the control and regulation unit 3 are arranged in a bioreactor space 18 and the oxygen generator 4 is arranged in a space 19 adjacent to the bioreactor space 18.
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Abstract
Description
Bioreaktor und Verfahren zur kontrollierten Zuführung von Sauerstoff enthaltendem Gas Bioreactor and method for the controlled supply of oxygen-containing gas
Beschreibung description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor mit einer Zuleitung zu einem Reaktorinnenraum eines Reaktorbehälters und einer Steuer- und Regeleinheit zur kontrollierten Zuführung von Sauerstoff enthaltendem Gas in den Reaktorinnenraum. The invention relates to a bioreactor with a supply line to a reactor interior of a reactor vessel and a control and regulating unit for the controlled supply of oxygen-containing gas in the reactor interior.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur kontrollierten Zuführung von Sauerstoff enthaltendem Gas in einen Bioreaktor mit einer Zuleitung zu einem Reaktorinnenraum eines Reaktorbehälters und mit einer Steuer- und Regeleinheit. The invention further relates to a method for the controlled supply of oxygen-containing gas in a bioreactor with a supply line to a reactor interior of a reactor vessel and with a control and regulation unit.
Stand der Technik State of the art
Für Wachstum und die Produktion benötigen die meisten Zellen Sauerstoff. Bei biopharmazeutischen Prozessen wird der Sauerstofftransfer über Bioreaktoren gewährleistet. Im Falle von scherempfindlichen Organismen, wie beispielsweise For growth and production, most cells require oxygen. Biopharmaceutical processes ensure oxygen transfer via bioreactors. In the case of shear-sensitive organisms, such as
Säugetierzellen, wird die Zufuhr von sauerstoffangereicherter Luft standardmäßig eingesetzt um genügend Sauerstoff in den Bioreaktor einzutragen. In mammalian cells, the supply of oxygen-enriched air is used by default to introduce enough oxygen into the bioreactor.
Hierzu wird reiner Sauerstoff in Druckbehältern gelagert und bei Bedarf dem Bioreaktor zugeführt. Aufgrund der anliegenden hohen Drücke stellt diese Form der Aufbewahrung jedoch ein Risiko für das Personal dar. Der Vorrat in den Behältnissen kann zudem während des Prozesses aufgebraucht werden. Somit kann es zu einem potentiellen Prozessausfall kommen. Eine permanente Zufuhr mit reinem Sauerstoff ist nur über das Austauschen der Druckflaschen möglich, was mit einem relativ hohen logistischen Aufwand verbunden ist. Die genannten Faktoren sind außerdem mit relativ hohen laufenden Kosten verbunden. For this purpose, pure oxygen is stored in pressure vessels and fed to the bioreactor as needed. However, due to the high pressures involved, this form of storage poses a risk to personnel. The stock in the containers can also be used up during the process. This can lead to a potential process failure. A permanent supply of pure oxygen is only possible by replacing the pressure bottles, resulting in a relatively high logistic Effort is connected. The factors mentioned are also associated with relatively high running costs.
Aus der WO 2008/088371 A2 ist ein Bioreaktor mit Zuleitungen zu einem From WO 2008/088371 A2 is a bioreactor with leads to a
Reaktorinnenraum eines Reaktorbehälters und einer Steuer- und Regeleinheit zur kontrollierten Zuführung von beispielsweise Sauerstoff enthaltendem Gas über eine Begasungsvorrichtung in den Reaktorinnenraum bekannt. Reactor interior of a reactor vessel and a control and regulating unit for the controlled supply of, for example, oxygen-containing gas via a gassing device in the reactor interior known.
Auch hierbei ist nachteilig, dass der Sauerstoff aus Druckbehältern dem Bioreaktor zugeführt wird. Again, it is disadvantageous that the oxygen from pressure vessels is fed to the bioreactor.
Aus der US 5 928 610 A ist ein Sauerstoffgenerator bekannt, der Umgebungsluft nach der sogenannten Pressure-Swing-Adsorption (PSA) -Methode aufkonzentriert und als mit Sauerstoff angereicherte Luft einem Lagertank zuführt. US Pat. No. 5,928,610 A discloses an oxygen generator which concentrates ambient air according to the so-called pressure swing adsorption (PSA) method and supplies it to a storage tank as oxygen-enriched air.
Aufgabenstellung task
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die bekannten Bioreaktoren und Verfahren zur kontrollierten Zuführung von Sauerstoff enthaltendem Gas in einen Bioreaktor so zu verbessern, dass einerseits kostengünstig und permanent mit Sauerstoff angereichertes Gas dem Reaktorinnenraum zugeführt werden kann und dass andererseits auf die mit Sauerstoff gefüllten, risiko behafteten Druckbehälter verzichtet werden kann. It is the object of the present invention to improve the known bioreactors and methods for the controlled supply of oxygen-containing gas in a bioreactor so that on the one hand inexpensive and permanently oxygen-enriched gas can be supplied to the reactor interior and on the other hand on the oxygen-filled, risk Afflicted pressure vessel can be dispensed with.
Darlegung der Erfindung Presentation of the invention
Die Aufgabe wird bezüglich des Bioreaktors in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Zuleitung mit einem The object is achieved with respect to the bioreactor in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that the supply line with a
Sauerstoffgenerator verbunden ist, dass der Sauerstoffgenerator Umgebungsluft aufnimmt, die als mit Sauerstoff angereicherte Luft abgebbar und dem Reaktorinnenraum kontrolliert zuführbar ist. Oxygen generator is connected, that the oxygen generator receives ambient air, which can be delivered as oxygen-enriched air and the reactor interior controlled feedable.
Dadurch, dass die Zuleitung mit einem Sauerstoffgenerator verbunden wird und der Sauerstoffgenerator Umgebungsluft permanent aufnimmt, die als mit Sauerstoff angereicherte Luft dem Reaktorinnenraum zuführbar ist, werden keine Druckbehälter mit reinem Sauerstoff benötigt. Entsprechend sinkt das mit solchen Behältern verbundene Risiko für das Personal. Auch eine Unterbrechung durch den Wechsel von The fact that the supply line is connected to an oxygen generator and the oxygen generator permanently absorbs ambient air, which is supplied as oxygen-enriched air to the reactor interior, no pressure vessel with pure oxygen needed. Accordingly, the risk to personnel associated with such containers decreases. Also a break by the change of
Sauerstoffflaschen fällt weg, da über den Sauerstoffgenerator Sauerstoff angereicherte Umgebungsluft permanent zugeführt werden kann. Zudem kann die Zuführung von mit Sauerstoff angereicherter Luft relativ kostengünstig durchgeführt werden. Oxygen bottles fall away because oxygen-enriched ambient air can be permanently supplied via the oxygen generator. In addition, the supply of oxygen-enriched air can be carried out relatively inexpensively.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zuleitung reaktorseitig mit einem im Reaktorinnenraum angeordneten Begasungselement verbunden. Durch ein Begasungselement mit speziellen Austrittsöffnungen kann eine gute Vermischung des zugeführten Gases mit dem Reaktorinhalt sichergestellt werden. According to a preferred embodiment of the invention, the supply line is connected on the reactor side with a gassing element arranged in the interior of the reactor. By a gassing with special outlet openings a good mixing of the supplied gas can be ensured with the reactor contents.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Sauerstoffgenerator als Nebenprodukt entstehender Stickstoff über die Zuleitung dem Reaktorinnenraum kontrolliert zuführbar. Damit kann Stickstoff, der als Nebenprodukt ohnehin entsteht, kostengünstig für die Regelung des Sauerstoffgehaltes herangezogen werden. According to a preferred embodiment of the invention, nitrogen produced as a by-product in the oxygen generator can be fed in a controlled manner via the supply line to the interior of the reactor. Thus, nitrogen, which is produced as a by-product anyway, can be used cost-effectively for the regulation of the oxygen content.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht der According to another preferred embodiment of the invention is the
Sauerstoffgenerator über ein Verbindungsrohr mit der Umgebungsluft in Verbindung. Insbesondere ist es so möglich, Umgebungsluft von außerhalb des Aufstellungsraumes des Bioreaktors oder auch des Sauerstoffgenerators aufzunehmen. Oxygen generator via a connecting pipe with the ambient air in conjunction. In particular, it is possible to receive ambient air from outside the installation space of the bioreactor or the oxygen generator.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der According to another preferred embodiment of the invention is the
Sauerstoffgenerator auf einer eigenen rollbaren Plattform angeordnet. Der Oxygen generator arranged on its own rollable platform. Of the
Sauerstoffgenerator kann aber auch mit der Steuer- und Regeleinheit auf einer rollbaren gemeinsamen Plattform angeordnet sein. Oxygen generator can also be arranged with the control unit on a rollable common platform.
Auch ist es möglich, dass der Sauerstoffgenerator in einem dem Bioreaktorraum benachbarten Raum angeordnet ist und über die Zuleitung mit der Steuer- und It is also possible that the oxygen generator is disposed in a space adjacent to the bioreactor space and via the supply line with the control and
Regeleinheit und mit dem Bioreaktor in Verbindung steht. Control unit and communicates with the bioreactor.
Der Reaktorbehälter kann dabei mit der Steuer- und Regeleinheit auf einer rollbaren Plattform angeordnet sein. Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 9 dadurch gelöst, dass der Bioreaktor über die Zuleitung mit einem The reactor vessel can be arranged with the control unit on a rollable platform. The object with respect to the method is achieved in conjunction with the preamble of claim 9, characterized in that the bioreactor via the supply line with a
Sauerstoffgenerator verbunden wird und dass der Sauerstoffgenerator Umgebungsluft aufnimmt, die aufgenommene Umgebungsluft aufkonzentriert und als mit Sauerstoff angereicherte Luft von der Steuer- und Regeleinheit überwacht über die Zuleitung dem Reaktorinnenraum zuführt. Oxygen generator is connected and that the oxygen generator receives ambient air, the absorbed ambient air and concentrated as oxygen-enriched air from the control unit and monitored via the supply line to the reactor interior.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne die Verwendung von reinem Sauerstoff enthaltenden Druckbehältern risikoarm, sicher und relativ kostengünstig durchgeführt werden. The inventive method can be carried out without the use of pure oxygen-containing pressure vessels low risk, safe and relatively inexpensive.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird beim Aufkonzentrieren der Umgebungsluft im Sauerstoffgenerator als Nebenprodukt anfallender Stickstoff für eine Regelung der gelösten Sauerstoffmenge während eines Zellkulturprozesses im According to a preferred embodiment of the invention, when concentrating the ambient air in the oxygen generator by-produced nitrogen for controlling the amount of dissolved oxygen during a cell culture process in
Reaktorinnenraum verwendet und dem Reaktorinnenraum kontrolliert zugeführt. Damit lässt sich die gelöste Sauerstoffmenge während des Zellkulturprozesses besonders einfach und kostengünstig regeln. Used reactor interior and supplied to the reactor interior controlled. This makes it possible to regulate the amount of dissolved oxygen during the cell culture process in a particularly simple and cost-effective manner.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.
Kurzbeschreibunq der Zeichnungen Brief description of the drawings
Es zeigen Show it
Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Bioreaktors mit Steuer- und Figure 1: a schematic representation of a bioreactor with control and
Regeleinheit und Sauerstoffgenerator; Control unit and oxygen generator;
Figur 2: eine schematische Darstellung eines weiteren Bioreaktors, bei dem der Figure 2: a schematic representation of another bioreactor, wherein the
Sauerstoffgenerator auf einer eigenen rollbaren Plattform angeordnet ist; Oxygen generator is arranged on its own rollable platform;
Figur 3: eine schematische Darstellung eines weiteren Bioreaktors, dem der Figure 3: a schematic representation of another bioreactor, the
Reaktorbehälter und der Sauerstoffgenerator auf einer gemeinsamen rollbaren Plattform angeordnet sind; Figur 4: eine schematische Darstellung eines Bioreaktors, in dem der Reactor container and the oxygen generator are arranged on a common rollable platform; Figure 4: a schematic representation of a bioreactor, in which the
Sauerstoffgenerator mit der Steuer- und Regeleinheit auf einer gemeinsamen rollbaren Plattform angeordnet ist; und Oxygen generator is arranged with the control unit on a common rollable platform; and
Figur 5: eine schematische Darstellung eines Bioreaktors, bei dem der FIG. 5 shows a schematic representation of a bioreactor in which the
Sauerstoffgenerator in einem dem Bioreaktorraum benachbarten Raum angeordnet ist und über die Zuleitung mit der Steuer- und Regeleinheit und mit dem Bioreaktor in Verbindung steht. Oxygen generator is arranged in a space adjacent to the bioreactor space and communicates via the supply line with the control and regulating unit and with the bioreactor in combination.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Description of preferred embodiments
Ein erfindungsgemäßer Bioreaktor 1 besteht im Wesentlichen aus einem An inventive bioreactor 1 consists essentially of a
Reaktorbehälter 2, einer Steuer- und Regeleinheit 3 und einem Sauerstoffgenerator 4. Reactor vessel 2, a control and regulation unit 3 and an oxygen generator. 4
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 ist der Reaktorbehälter 2 als ein flexibler Einwegbehälter ausgebildet, der in einem stützenden, oben offenen According to the embodiment of Figure 1, the reactor vessel 2 is formed as a flexible disposable container which is in a supporting, open-topped
Aufnahmebehälter 5 angeordnet ist. Der Reaktorbehälter 2 weist in seinem Receiving container 5 is arranged. The reactor vessel 2 has in his
Reaktorinnenraum 6 neben einem Rührer 7 ein Begasungselement 8 auf, das mit einem reaktorseitigen Ende 9 einer Zuleitung 10 verbunden ist. Die Zuleitung 10 ist über die Steuer- und Regeleinheit 3 an ihrem generatorseitigen Ende 1 1 mit dem Reactor interior 6 in addition to a stirrer 7 a gassing 8, which is connected to a reactor-side end 9 of a supply line 10. The supply line 10 is via the control unit 3 at its generator end 1 1 with the
Sauerstoffgenerator 4 verbunden. Der Sauerstoffgenerator 4 weist ein Oxygen generator 4 connected. The oxygen generator 4 has a
Verbindungsrohr 12 auf, über das Verbindung zur Umgebungsluft besteht. Connecting pipe 12, via the connection to the ambient air exists.
Der Sauerstoffgenerator 4 nimmt Umgebungsluft über das Verbindungsrohr 12 auf und konzentriert sie auf, um sie als mit Sauerstoff angereicherte Luft über die Zuleitung 10 dem Reaktorinnenraum 6 des Reaktorbehälters 2 zuzuführen. Dabei wird die Zuführung der mit Sauerstoff angereicherten Luft und der Steuer- und Regeleinheit 3 überwacht. The oxygen generator 4 receives ambient air via the connecting pipe 12 and concentrates it to supply it as oxygen-enriched air via the supply line 10 to the reactor interior 6 of the reactor vessel 2. In this case, the supply of oxygen-enriched air and the control and regulation unit 3 is monitored.
Als Sauerstoffgenerator 4 kann ein Sauerstoffgenerator eingesetzt werden, der nach der „Pressure-Swing-Adsorbtion(PSA)-Methode" arbeitet und beispielsweise von der Fa. NOVAIR S.A.S. unter der Bezeichnung OXIPLUS als Sauerstoffgenerator oder As an oxygen generator 4, an oxygen generator can be used which operates according to the "pressure swing adsorption (PSA) method" and, for example, by the company NOVAIR S.A.S. under the name OXIPLUS as an oxygen generator or
Sauerstoffkonzentrator für die Medizintechnik angeboten wird. Geeignete Sauerstoffgeneratoren werden auch von der Oxygen Generating Systems, Inc., (OGSI) angeboten. Oxygen concentrator for medical technology is offered. Suitable oxygen generators are also offered by Oxygen Generating Systems, Inc., (OGSI).
Eine genaue Regelung des zugeführten Gasvolumenstroms erfolgt über die Steuer- und Regeleinheit 3 über einen Mass-Flow-Controller 13 oder ein sogenanntes Rotameter. An accurate control of the supplied gas volume flow via the control unit 3 via a mass flow controller 13 or a so-called rotameter.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 ist der Sauerstoffgenerator 4 auf einer eigenen rollbaren Plattform 14 angeordnet. According to the embodiment of FIG. 2, the oxygen generator 4 is arranged on its own rollable platform 14.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist der Sauerstoffgenerator 4 mit dem Reaktorbehälter 2 auf einer gemeinsamen Plattform 15 und die Steuer- und According to the embodiment of Figure 3, the oxygen generator 4 with the reactor vessel 2 on a common platform 15 and the control and
Regeleinheit 3 auf einer Plattform 16 angeordnet. Control unit 3 arranged on a platform 16.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von Figur 4 sind die Steuer- und Regeleinheit 3 und der Sauerstoffgenerator 4 auf einer gemeinsamen Plattform 17 angeordnet. According to the embodiment of FIG. 4, the control and regulation unit 3 and the oxygen generator 4 are arranged on a common platform 17.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 5 sind der Reaktorbehälter 2 und die Steuer- und Regeleinheit 3 in einem Bioreaktorraum 18 und der Sauerstoffgenerator 4 in einem dem Bioreaktorraum 18 benachbarten Raum 19 angeordnet. According to the embodiment of FIG. 5, the reactor vessel 2 and the control and regulation unit 3 are arranged in a bioreactor space 18 and the oxygen generator 4 is arranged in a space 19 adjacent to the bioreactor space 18.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention. A broad range of possible variations will be apparent to those skilled in the art in light of the disclosure herein.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Bioreaktror 1 bioreactor
2 Reaktorbehälter 2 reactor vessels
3 Steurer- und Regeleinheit 3 Steering and control unit
4 Sauerstoffgenerator 4 oxygen generator
5 Aufnahmebehälter 5 receptacles
6 Reaktorinnenraum 6 reactor interior
7 Rührer 7 stirrer
8 Begasungselement 8 gassing element
9 reaktorseitiges Ende von 10 9 reactor end of 10
10 Zuleitung 10 supply line
1 1 generatorseitiges Ende von 10 1 1 generator-side end of 10
12 Verbindungsrohr von 412 connecting pipe of 4
13 Mass-Flow-Controller13 mass flow controllers
14 Plattform von 4 14 platform of 4
15 Plattform von 2 und 4 15 platform of 2 and 4
16 Plattform von 2 16 platform of 2
17 Plattform von 3 und 4 17 platform of 3 and 4
18 Bioreaktorinnenraum 18 bioreactor interior
19 Raum 19 room
Claims
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2016
- 2016-11-16 WO PCT/EP2016/077837 patent/WO2017085113A1/en active Application Filing
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Also Published As
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