Biobanker er afgørende ressourcer for biomedicinsk forskning, og Biobank for Translational and Digital Medicine Unit ved European Institute of Oncology er en model på dette område. Her giver vi en detaljeret beskrivelse af biobankers standardprocedurer for håndtering af forskellige typer humanbiologiske prøver.
Biobanker er vigtige forskningsinfrastrukturer rettet mod indsamling, opbevaring, behandling og deling af humanbiologiske prøver af høj kvalitet og tilhørende data til forskning, diagnose og personlig medicin. Biobank for translationel og digital medicin ved Det Europæiske Institut for Onkologi (IEO) er en milepæl på dette område. Biobanker samarbejder med kliniske afdelinger, interne og eksterne forskningsgrupper og industrien og støtter patienters behandling og videnskabelige fremskridt, herunder innovativ diagnostik, biomarkøropdagelse og klinisk forsøgsdesign. I betragtning af biobankers centrale rolle i moderne forskning bør biobankstandardprocedurer (SOP’er) være ekstremt præcise. SOP’er og kontroller af certificerede specialister sikrer den højeste kvalitet af prøver til implementering af videnskabsbaserede, diagnostiske, prognostiske og terapeutiske personaliserede strategier. På trods af talrige bestræbelser på at standardisere og harmonisere biobanker er disse protokoller, der følger et strengt sæt regler, kvalitetskontrol og retningslinjer baseret på etiske og juridiske principper, imidlertid ikke let tilgængelige. Dette papir præsenterer biobankens standardoperationsprocedurer for et stort kræftcenter.
Biobanker er biorepositorier rettet mod indsamling, opbevaring, behandling og deling af humane biologiske prøver og tilhørende data til forskning og diagnose. Deres rolle er afgørende ikke kun for opdagelse og validering af biomarkører, men også for udviklingen af nye lægemidler1. Derfor er langt de fleste translationelle og kliniske forskningsprogrammer afhængige af adgang til biospektorer af høj kvalitet. I denne henseende betragtes biobanker som en bro mellem akademisk forskning og den farmaceutiske / bioteknologiske industri 2,3,4,5. På grund af de hidtil usete muligheder, som indsamling af big data og kunstig intelligens giver, udvikler biobankers rolle i kræftforskning sig løbende6.
Det brede spektrum af biomaterialer, der håndteres af biobanker, er kombineret med klinisk patologisk information, herunder demografiske og miljømæssige data, tumortype, histologisk kvalitet, stadium, tilstedeværelse af lymfovaskulær invasion og biomarkørstatus 7,8. Jo flere prøver og data af høj kvalitet er tilgængelige, jo hurtigere forskning vil fremme og påvirke levering af sundhedsydelser9. Der er en streng lovgivningsmæssig ramme baseret på etiske og juridiske principper, der skal følge bredt vedtagne SOP’er, kvalitetskontrol og retningslinjer (f.eks. US National Cancer Institute, U.K. Confederation of Cancer Biobanks og EU International Society for Biological and Environmental Repositories)10,11.
Udviklingen af SOP’er for alle større aspekter af biobanker medfører flere fordele med hensyn til kvalitet, sporbarhed, konsistens, reproducerbarhed og behandlingstider12,13. Et andet vigtigt aspekt af SOP-implementering er optimering af biobankstyring, hvilket giver mulighed for bedre problemløsning og alternative procedurer for biobankmedarbejdere og forskere14. Alle disse facetter er en del af biobankarbejdsgangen (figur 1).
Figur 1: Forskellige faktorer, der bidrager til optimering af biobankvirksomhed. Forkortelse: LIMS = laboratorieinformationsstyringssystem. Klik her for at se en større version af denne figur.
Disse meget specifikke og følsomme data kræver strenge ledelsesmæssige standardprocedurer inden for biobankvirksomhed. En detaljeret og valideret projektformular bør stilles til rådighed for alle forskere, der har brug for at få adgang til biobankprøverne og dataene. Oplysningerne i anmodningen bør omfatte undersøgelsesmetodologi og design, mål, målsætninger og budget. Der bør nedsættes et teknisk videnskabeligt udvalg for biobanker, som skal have den vigtigste rolle at vurdere ansøgninger om forskningsprojekter. Dette organ bør omfatte medlemmer fra biobankenheden, kliniske afdelinger, forskningsgrupper, databeskyttelse, juridisk kontor og teknologioverførselskontor.
Enheden for Biobank for Translationel og Digital Medicin under Det Europæiske Institut for Onkologi (IEO) er en verdensomspændende reference for biobanker med hensyn til kvaliteten og kvantiteten af de leverede tjenester samt innovation. Denne fuldt certificerede facilitet (UNI EN ISO 9001: 2015-Certiquality) er en integreret del af BBMRI-ERIC italienske knudepunkt (dvs. Biobanking og BioMolecular Resources Research Infrastructure) og interagerer med både kliniske enheder og forskningsinfrastruktur.
Der er stor heterogenitet i de typer biospecimens, der opbevares af biobanker. Disse omfatter vævsprøver – enten friskfrosne eller paraffinkonserverede biofluider (f.eks. plasma, serum, blod, urin, afføring), cellekulturer og mononukleære celler i perifert blod (PBMC’er). Vores biobank opererer synergistisk med den europæiske forskningsinfrastruktur for biobankvirksomhed (BBMRI-ERIC), som er et af de største biobanknetværk i Europa og udgør en portal for adgang til biobanker og biomolekylære ressourcer, der koordineres af nationale knudepunkter15. Ud over BBMRI-ERIC har International Society for Biological and Environmental Repositories (ISBER) også spillet en vigtig rolle i standardiseringen af driftsprocedurer for biobanking16.
Biobankenheden, som er en del af afdelingen for patologi, er forpligtet til patientens centralitet, støtte til udvikling af klinisk forskning, løbende forbedringer, forbedring af menneskelige ressourcer, internationalt samarbejde, støtte til uddannelsesarrangementer, sikkerhed på arbejdspladsen og videnskabelig og teknologisk vækst. Den fælles vision er at etablere nationale og europæiske vartegn for biobanker med hensyn til kvaliteten og kvantiteten af tjenester og innovation. De indsamlede biologiske prøver bruges til at identificere nye biomarkører og nye lægemidler (f.eks. til at udvikle stadig mere personlige terapier) og til at sikre den bedst tilgængelige behandling for patienter gennem fremragende forskning.
Hver biologisk prøve indsamles og håndteres efter forudgående verifikation for tilstedeværelsen af den videnskabelige forskningsdeltagelsesaftale udtrykt af patienten15. Biologisk indsamlede prøver bruges til at gennemføre forskningsprojekter eller kliniske forsøg og omfatter overskydende (dvs. ikke nødvendigt til diagnostiske formål) patologiske og ikke-patologiske kirurgiske prøver, flydende biopsier (fx blod, serum, plasma og urin) og andre biologiske prøver. Disse biomaterialer opbevares i henhold til dedikerede kryopræserveringsprotokoller. Dette papir giver biobankprotokollerne for et stort kræftcenter.
Selvom onkologi har gjort enorme fremskridt, er kræft fortsat en førende årsag til sygelighed og dødelighed på verdensplan20. Forståelse af tumor heterogenitet, dens tidsmæssige udvikling over tid og resultaterne af målrettet behandling er strengt afhængige af nøjagtig dataindsamling i forbindelse med rutinemæssig klinisk pleje21. I denne henseende vinder “multi-omics” -tilgangen fart i onkologisk prædiktiv patologi22. Den traditionelle vævsbaserede biomarkørvurdering integreres ved hjælp af flere nye bioanalytter, såsom blod, plasma, urin, spyt og afføring23,24,25,26. Derfor anerkendes biobanker nu som centrale infrastrukturer for at forbedre klinisk praksis. Når vi ser tilbage på kræftforskningens historie, indser vi, at de mest imponerende og banebrydende opdagelser aldrig ville have været mulige uden direkte undersøgelse af kræftvæv eller flydende biopsier. Over tid har kilden til kræftvæv og den type flydende biopsi, der skal undersøges, udviklet sig fra rå dissektioner, tilfældige “tilfældige møder” og i nogle tilfælde ulovlig handel til organiserede kræftindsamlinger og strategiske moderne onkologiske banker. Overvejelse af mange etiske spørgsmål har ændret sig betydeligt både i praksis og i de vigtigste faktorer, der adskiller moderne onkologiske banker fra fortidens onkologiske samlinger.
På grund af fremskridtene inden for kræftforskning og den enorme mængde molekylær information, der nu leveres af moderne teknologier, bliver det mere og mere tydeligt, at biobanker, især dem i kræftcentre, kan stå over for flere typer metodologiske problemer. Blandt disse er teknologi blevet en universel udfordring, der stadig forhindrer SOP-standardisering og harmonisering. Et andet kritisk aspekt for vedligeholdelse af kernebiobankaktiviteter er at have en integreret LIMS-software, der er i stand til at modtage og automatisk vedligeholde alle hospitals-id’er og alle de kodificerede kliniske data, der kommer fra hospitalets software. Det er bemærkelsesværdigt, at anden værdifuld software, der bruges til at styre biobanker og noget freeware, kan fås til biobankstyring 27,28,29,30,31. Et andet kritisk skridt i biobanker er implementeringen af deltagelsespagten for alle patienter og den juridiske og etiske aftale, der er nødvendig for opbevaring af kliniske data og biospecimens10,32.
I denne henseende har denne protokol veldefinerede retningslinjer, der ikke tillader indsamling og opbevaring af biosprutter i mangel af samtykke. Dette er også et kritisk problem, da patienter kan trække deres deltagelse tilbage, selv efter at deres prøver er blevet opbevaret; Således er metoder til hurtigt at tage sådanne prøver ud af biobanksystemet blevet implementeret. Biospecier, der ankommer fra patienter rekrutteret af vores biobank, følger strenge protokoller for indsamling og opbevaring. I den forbindelse er flere vigtige aspekter blevet evalueret for at overvåge denne proces og forbedres løbende. ISO9001-certificering kræver især flere indikatorer for ydeevne, såsom varm iskæmisk tid, som skal opretholdes i under 30 minutter eller 60 minutter afhængigt af vævets kilde. Derudover indsamles flydende biopsier og biologiske væsker ved hjælp af standardiserede protokoller efter strenge tidsprocedurer 15,33,34,35,36.
Specifikke funktioner er af stor betydning i biobankers arbejdsgange. Disse omfatter tilstedeværelsen af en certificeret patolog, som garanterer prøveudtagning af vævet af diagnostiske årsager og indsamling af væv til biobanking inden for en tidsramme, der er kompatibel med en høj kvalitet af prøver (iskæmisk tid er en vigtig indikation for nogle typer forskning, såsom RNA-afhængige assays, som kræver mindre varm iskæmisk tid). Desuden er det af stor betydning i biobanker at forvalte den plads, der kræves til opbevaring af prøver. Antallet af indsamlede flydende biopsier kan være drevet af undersøgelsesdesignet. Flydende biopsier kan ofte indsamles både i præoperativ- og opfølgningsperioden, som defineret af hvert undersøgelsesdesign.
På grund af screeningskampagner til forebyggelse af kræft og tidlig diagnose af tumorer, dvs. små brysttumorer i tidlige udviklingsstadier, samt tilgængeligheden af minimalt invasive kirurgiske teknikker, har reduceret antallet af vævsprøver, der er tilgængelige til forskning (da de fleste vævsprøver altid bruges til diagnostiske formål). Kapaciteten til at indsamle og opbevare biologiske prøver er forbedret betydeligt i de seneste år. Dette kunne observeres for biologiske væsker, hvilket afspejler denne biobanks øgede kapacitet til at understøtte dette instituts forskningsgrupper i den stigende efterspørgsel efter patientafledt kommenteret materiale. På trods af disse forbedringer har vi oplevet nogle begrænsninger for multicenterstudier, der kræver koordinering mellem biobanker fra forskellige dele af verden, som kun kan integreres ved at implementere lignende procedurer.
Efter at have udelukket de fleste etiske og tekniske spørgsmål vedrørende biobanking, herunder indsamling af alle kliniske og demografiske oplysninger, er det næste mål at gennemføre digitaliseringen af alle de histologiske præparater og farvning, der anvendes til diagnose og forskningsformål. Dette er af grundlæggende betydning for den næste generation af undersøgelser, der i høj grad vil drage fordel af en fuldt integreret digital patologi og biobank, som vil blive standarden for fremtiden. Kun en stor række patienter med integrerede data og digitale billeder kan give næring til multicenter, store kunstig intelligens (AI) undersøgelser til forbedring af kræftpatientpleje. Afslutningsvis mener vi, at god sundhedspleje ikke slutter med diagnose og behandling. Bedste praksis omfatter at finde måder til kontinuerlig diagnose og behandlingsforbedring for enhver sygdom, især dem, der alvorligt påvirker forventet levetid eller kvalitet.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne vil gerne takke alle de patienter, der aktivt har deltaget i vores forskningsprogrammer gennem donation af deres biospecimens. Uden dem ville denne forskning ikke være mulig. Vi er også taknemmelige for alt personale, der arbejder på IEO, sygeplejersker, teknikere, biologer, læger og direktører for alle kliniske og forskningsenheder. Forfatterne er taknemmelige for prof. Pier Paolo Di Fiore og prof. Giancarlo Pruneri for deres vejledning. Endelig dedikerer vi dette arbejde til prof. Umberto Veronesi, grundlæggeren af IEO, og hans banebrydende tilgang til integration af kræftforskning og patientpleje.
Blue Max Con Tubes 15 mL | Falcon B.D | 352096 | |
Blue Max Con Tubes 50 mL | Euroclone Spa | FLC352070 | |
Box with 81 position for tissue storage | Ettore Pasquali Srl. | 06.0945.00 | |
cf-DNA/cf-RNA Preservative Tubes | Norgen Biotek | 63950 | Preservation and isolation of both cf-DNA and cf-RNA from a single tube and in particular preserve cf-DNA/ct-DNA for 30 days at ambient temperature and for up to 8 days at 37 °C |
Cryomold Standard (25 X 20 X 5 mm) | Olympus Italia S.r.l. | 4557 | Disposable plastic Cryomold molds create a uniformly shaped, flat-surface specimen block when used with O.C.T |
Dimethyl Sulfoxide Plastic Bottle – 1 L | Vwr International S.R.L. | MFCD00002089 | It acts to preserve the reconstitution of the medium for the storage of frozen cells |
Dpbs 1x W/o Ca And Mg – 500 mL | Microtech Srl | TL1006-500ML | Washing Buffer cell |
Dualfilter T.I.P.S 1,000 µL | Euroclone Spa | 4809 | |
Dualfilter T.I.P.S 200 µL | Euroclone Spa | 4823 | |
Easytrack Barcode Reader for single tube datamatrix | Twin Helix Srl | TH-ETR4400 | 2D barcode tubes reader with USB connection |
Fetal Bovine Serum Origin Brazileu S/fil | Microtech S.R.L | RM10532-500ML | Defrost at +4 °C, usually for two days, and once melted, start decomplementation at 56 °C for 45 min Let it cool down to room temperature, and aliquot it. Refroze them to -20 °C, and remember to defrost them every time the aliquots are needed |
Ficoll Paque Plus (ge) 6 x 500 mL | Euroclone Spa | GEH17144003 | Ficoll is a medium for density gradient, It is sterile and ready for use. It alloes to get peripheral blood mononuclear cells, bone marrow and umbilical cord blood |
Fixing solution Killik of 100 mL (OCT) | Bio-optica Milano S.p.a. | 05-9801 | Gel inclusion medium that solidifies at cold the water-soluble tissue (e.g., biopsies, frustules) |
FLASH-FREEZE | Milestone | n.a. | Freezing appliance |
Forma 8600 Series Chest Freezers (Temperature Range: -50 °C to -86 °C) 85 liters | Thermo Fisher Scientific Srl | 803CV | Orizzontal freezer |
Isopentane 500 mL | Vwr International S.R.L. | 24872260 | Liquid included in theFLASH-FREEZE camera for freezing |
Nautilus Lims Software | Thermo Scientific™ | n.a. | The software implementation is able to track all patients’ biological samples. Receives Personal and Clinical information automatically during registration due to the integration with IEO operating systems. Nautilus is integrated with the web service through three IEO operative systems: BAC – IEO central registry with personal information, wHospital – medical record |
Pasteur pipette 10 mL | Euroclone Spa | CC4488 | |
Pasteur pipette 3 mL | Euroclone Spa | APT1502 | |
PATHOX | Dedalus ItaliTesi Elettronica e Sistemi Informativi S.p.A.a S.p.A. | n.a. | PATHOX – management system for the Pathology unit where several factors are registered for the Biobank, such as the histological samples, the related diagnoses, and biomarkers |
Petri dishes, polystyrene – size 100 mm x 20 mm, slippable | Euroclone Spa | FLC353003 | |
Set of 4 adapters 19 x 5/7 mL vac | Thermo Fisher Scientific Srl | 75003680 | |
Set of 4 adapters 4 x 50 conical | Thermo Fisher Scientific Srl | 75003683 | |
Set of 4 adapters 9 x 15 mL conical | Thermo Fisher Scientific Srl | 75003682 | |
Single-use slide for counting cell | Biosigma S.P.A. | 347143/001 | Specifically used for individual cell count |
Stamps Freezerbondz for tissue boxes, nitrogen-liquid proof , H 9,53 mm x L 25,40 mm | Twin Helix Srl | THT-152-492-3 | |
Thermo Scientific TSX Series Ultra-Low Freezers (-50 °C to -86 °C) 949 liters | Thermo Fisher Scientific Srl | TSX70086V | Vertical freezer |
Thermo Scientific Refrigerated Centrifuge SL16R | Thermo Fisher Scientific Srl | 75004030 | |
Tissue box labels in Permanent | Twin Helix Srl | THT-199-482-3 | |
Tuerks Solution | Merck Life Science S.R.L. | 1092770100 | In light microscopy, it is specifically used as stain for leukocyte |
TX-400 Rotor TX-400 swinging bucket hol | Thermo Fisher Scientific Srl | 75003181 | |
White box for storage | Bio Optica | 07-7300 | |
wHospital Software | wHealth Lutech Group | n.a. | wHospital – medical record management system with personal information, administrative cases, and the informed consent of the patients |