Biobanker är avgörande resurser för biomedicinsk forskning och enheten för translationell och digital medicin vid European Institute of Oncology är en förebild inom detta område. Här ger vi en detaljerad beskrivning av biobankernas standardrutiner för hantering av olika typer av humanbiologiska prover.
Biobanker är viktiga forskningsinfrastrukturer som syftar till insamling, lagring, bearbetning och delning av högkvalitativa humanbiologiska prover och tillhörande data för forskning, diagnos och personlig medicin. Enheten för translationell och digital medicin vid European Institute of Oncology (IEO) är en milstolpe inom detta område. Biobanker samarbetar med kliniska avdelningar, interna och externa forskargrupper och industrin för att stödja patienters behandling och vetenskapliga framsteg, inklusive innovativ diagnostik, upptäckt av biomarkörer och design av kliniska prövningar. Med tanke på biobankernas centrala roll i modern forskning bör standardrutiner för biobanker vara extremt exakta. SOP och kontroller av certifierade specialister säkerställer högsta kvalitet på prover för implementering av vetenskapsbaserade, diagnostiska, prognostiska och terapeutiska personliga strategier. Trots många ansträngningar för att standardisera och harmonisera biobanker är dessa protokoll, som följer en strikt uppsättning regler, kvalitetskontroller och riktlinjer baserade på etiska och juridiska principer, inte lättillgängliga. Detta dokument presenterar biobankens standardrutiner för ett stort cancercenter.
Biobanker är biorepositorier som syftar till insamling, lagring, bearbetning och delning av humanbiologiska prover och tillhörande data för forskning och diagnos. Deras roll är avgörande inte bara för upptäckt och validering av biomarkörer utan också för utvecklingen av nya läkemedel1. Därför är de allra flesta translationella och kliniska forskningsprogram beroende av tillgång till högkvalitativa biospecimens. I detta avseende betraktas biobanker som en bro mellan akademisk forskning och läkemedels-/bioteknikindustrin 2,3,4,5. På grund av de oöverträffade möjligheter som stordatainsamling och artificiell intelligens erbjuder utvecklas biobankernas roll i cancerforskningen kontinuerligt6.
Det breda spektrumet av biomaterial som hanteras av biobanker kombineras med klinikopatologisk information, inklusive demografiska och miljömässiga data, tumörtyp, histologisk kvalitet, stadium, förekomst av lymfovaskulär invasion och biomarkörstatus 7,8. Ju fler högkvalitativa prover och data som finns tillgängliga, desto snabbare kommer forskningen att gå framåt och påverka vårdleveransen9. Det finns ett strikt regelverk baserat på etiska och juridiska principer som bör följa allmänt antagna SOP: er, kvalitetskontroller och riktlinjer (t.ex. U.S. National Cancer Institute, U.K. Confederation of Cancer Biobanks och EU: s internationella samhälle för biologiska och miljömässiga förvar)10,11.
Utvecklingen av SOP för alla viktiga aspekter av biobanker ger flera fördelar när det gäller kvalitet, spårbarhet, konsistens, reproducerbarhet och handläggningstider12,13. En annan viktig aspekt av SOP-implementeringen representeras av optimeringen av biobankshanteringen, vilket möjliggör bättre problemlösning och alternativa förfaranden för biobanksanställda och forskare14. Alla dessa aspekter är en del av biobankens arbetsflöde (figur 1).
Figur 1: Olika faktorer som bidrar till optimering av biobanking. Förkortning: LIMS = laboratorieinformationshanteringssystem. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Dessa mycket specifika och känsliga uppgifter kräver stränga ledningsstandardprocedurer för biobankning. En detaljerad och validerad projektform bör göras tillgänglig för alla forskare som behöver få tillgång till biobanksproverna och data. Informationen i begäran bör innehålla studiemetodik och design, mål, mål och budget. En teknisk vetenskaplig kommitté för biobanker bör inrättas med den kapitalära rollen att bedöma ansökningar om forskningsprojekt. Detta organ bör omfatta medlemmar från biobanksenheten, kliniska avdelningar, forskargrupper, dataskydd, juridiska kontor och tekniköverföringskontor.
Enheten för translationell och digital medicin vid European Institute of Oncology (IEO) är en global referens för biobanker när det gäller kvalitet och kvantitet av tillhandahållna tjänster samt innovation. Denna fullt certifierade anläggning (UNI EN ISO 9001:2015-Certiquality) är en integrerad del av den italienska noden BBMRI-ERIC (dvs. biobankning och biomolekylär resursforskningsinfrastruktur) och interagerar med både kliniska enheter och forskningsinfrastruktur.
Det finns en stor heterogenitet i de typer av biospecimens som lagras av biobanker. Dessa inkluderar vävnadsprover – antingen färskfrysta eller paraffinkonserverade – biofluider (t.ex. plasma, serum, blod, urin, avföring), cellkulturer och mononukleära celler i perifert blod (PBMC). Vår biobank fungerar synergistiskt med den europeiska forskningsinfrastrukturen för biobanker (BBMRI-ERIC), som är ett av de största biobanksnätverken i Europa och tillhandahåller en portal för tillgång till biobanker och biomolekylära resurser som samordnas av nationella noder15. Förutom BBMRI-Eric har International Society for Biological and Environmental Repositories (ISBER) också spelat en viktig roll i standardiseringen av operativa förfaranden för biobanking16.
Biobanksenheten, som är en del av avdelningen för patologi, är engagerad i patientens centralitet, stöd till utveckling av klinisk forskning, kontinuerlig förbättring, förbättring av mänskliga resurser, internationellt samarbete, stöd för utbildningsevenemang, säkerhet på arbetsplatsen och vetenskaplig och teknisk tillväxt. Den gemensamma visionen är att inrätta nationella och europeiska landmärken för biobanker när det gäller kvalitet och kvantitet på tjänster och innovation. De insamlade biologiska proverna används för att identifiera nya biomarkörer och nya läkemedel (t.ex. för att utveckla alltmer individanpassade terapier) och för att säkerställa bästa tillgängliga behandling för patienter genom excellens inom forskning.
Varje biologiskt prov samlas in och hanteras efter förhandsverifiering för förekomsten av avtalet om vetenskapligt forskningsdeltagande uttryckt av patienten15. Biologiska insamlade prover används för att genomföra forskningsprojekt eller kliniska prövningar och inkluderar överskott (dvs. inte behövs för diagnostiska ändamål) patologiska och icke-patologiska kirurgiska prover, flytande biopsier (t.ex. blod, serum, plasma och urin) och andra biologiska prover. Dessa biomaterial lagras enligt dedikerade kryokonserveringsprotokoll. Detta dokument ger biobanksprotokollen för ett stort cancercenter.
Även om onkologi har gjort enorma framsteg, är cancer fortfarande en ledande orsak till sjuklighet och dödlighet överhela världen 20. Att förstå tumörheterogenitet, dess tidsmässiga utveckling över tid och resultaten av riktad behandling är strikt beroende av korrekt datainsamling i samband med rutinmässig klinisk vård21. I detta avseende får “multi-omics” -metoden fart i onkologisk prediktiv patologi22. Den traditionella vävnadsbaserade biomarkörbedömningen integreras med hjälp av flera nya bioanalyter, såsom blod, plasma, uriner, saliv och avföring23,24,25,26. Därför erkänns biobanker nu som viktiga infrastrukturer för att förbättra klinisk praxis. När vi ser tillbaka på cancerforskningens historia inser vi att de mest imponerande och banbrytande upptäckterna aldrig skulle ha varit möjliga utan direkt undersökning av cancervävnad eller flytande biopsier. Med tiden har källan till cancervävnad och typen av flytande biopsi som ska undersökas utvecklats från råa dissektioner, slumpmässiga “slumpmässiga möten” och i vissa fall olaglig handel till organiserade cancersamlingar och strategiska moderna onkologibanker. Övervägande av många etiska frågor har förändrats avsevärt både i praktiken och i de viktigaste faktorerna som skiljer moderna onkologibanker från tidigare onkologisamlingar.
På grund av framstegen inom cancerforskningen och den stora mängd molekylär information som nu tillhandahålls av modern teknik blir det mer och mer uppenbart att biobanker, särskilt de i cancercentra, kan möta flera typer av metodologiska problem. Bland dessa har tekniken blivit en universell utmaning som fortfarande förhindrar SOP-standardisering och harmonisering. En annan kritisk aspekt för att upprätthålla kärnbiobanksverksamheten är att ha en integrerad LIMS-programvara som kan ta emot och automatiskt underhålla alla sjukhus-ID och alla kodifierade kliniska data som kommer från sjukhusets programvara. Det är anmärkningsvärt att annan värdefull programvara som används för att hantera biobanker och vissa freeware kan erhållas för biobankshantering 27,28,29,30,31. Ett annat kritiskt steg i biobankerna är genomförandet av deltagandepakten för alla patienter och den juridiska och etiska överenskommelse som krävs för lagring av kliniska data och biospecimens10,32.
I detta avseende har detta protokoll väldefinierade riktlinjer som inte tillåter insamling och lagring av biospecimens i avsaknad av samtycke. Detta är också en kritisk fråga eftersom patienter kan dra tillbaka sitt deltagande även efter att deras prover har lagrats. Således har metoder för att snabbt ta sådana prover ur biobanksystemet implementerats. Biospecimens som kommer från patienter som rekryterats av vår biobank följer strikta protokoll för insamling och lagring. I detta avseende har flera viktiga aspekter utvärderats för att övervaka denna process och förbättras kontinuerligt. I synnerhet kräver ISO9001-certifiering flera indikatorer på prestanda, såsom varm ischemisk tid, som måste bibehållas i under 30 minuter eller 60 minuter beroende på vävnadens källa. Dessutom samlas flytande biopsier och biologiska vätskor med hjälp av standardiserade protokoll enligt strikta tidsprocedurer 15,33,34,35,36.
Specifika egenskaper är av stor betydelse i biobankernas arbetsflöden. Dessa inkluderar närvaron av en certifierad patolog, vilket garanterar provtagning av vävnaden av diagnostiska skäl, och insamling av vävnad för biobankning inom en tidsram som är kompatibel med en hög kvalitet på prover (ischemisk tid är en viktig indikation för vissa typer av forskning, såsom RNA-beroende analyser, som kräver mindre varm ischemisk tid). Dessutom är hanteringen av det utrymme som krävs för lagring av prover av stor betydelse i biobankerna. Antalet insamlade flytande biopsier kan drivas av studiedesignen. Flytande biopsier kan ofta samlas in både under den preoperativa och uppföljningsperioden, enligt definitionen i varje studiedesign.
På grund av screeningkampanjer för förebyggande av cancer och tidig diagnos av tumörer, dvs. små brösttumörer i tidiga utvecklingsstadier, liksom tillgången på minimalt invasiva kirurgiska tekniker, har minskat antalet vävnadsprover som är tillgängliga för forskning (eftersom de flesta vävnadsprover alltid används för diagnostiska ändamål). Kapaciteten att samla in och lagra biologiska exemplar har förbättrats avsevärt under de senaste åren. Detta kan observeras för biologiska vätskor, vilket återspeglar den ökade kapaciteten hos denna biobank att stödja institutets forskargrupper i den växande efterfrågan på patient-härledd kommenterat material. Trots dessa förbättringar har vi upplevt vissa begränsningar för multicenterstudier som kräver samordning mellan biobanker från olika delar av världen, som endast kan integreras genom att implementera liknande förfaranden.
Efter att ha uteslutit de flesta av de etiska och tekniska frågorna om biobanking, inklusive insamling av all klinisk och demografisk information, är nästa mål att genomföra digitaliseringen av alla histologiska preparat och färgning som används för diagnos och forskningsändamål. Detta är av grundläggande betydelse för nästa generations studier som kommer att ha stor nytta av en helt integrerad digital patologi och biobank, som kommer att bli standarden för framtiden. Endast en stor serie patienter med integrerade data och digitala bilder kan driva multicenter, stora artificiella intelligensstudier (AI) för att förbättra cancerpatientvården. Sammanfattningsvis anser vi att en god sjukvård inte slutar med diagnos och behandling. Bästa praxis omfattar att hitta sätt att kontinuerligt diagnostisera och förbättra behandlingen för alla sjukdomar, särskilt sådana som allvarligt påverkar livslängden eller kvaliteten.
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill tacka alla patienter som aktivt deltagit under det senaste decenniet i våra forskningsprogram genom donation av sina biospecimens. Utan dem skulle denna forskning inte vara möjlig. Vi är också tacksamma för all personal som arbetar på IEO, sjuksköterskor, tekniker, biologer, läkare och direktörerna för alla kliniska och forskningsenheter. Författarna är tacksamma mot prof. Pier Paolo Di Fiore och prof. Giancarlo Pruneri för deras vägledning. Slutligen tillägnar vi detta arbete till professor Umberto Veronesi, grundaren av IEO, och hans banbrytande tillvägagångssätt för att integrera cancerforskning och patientvård.
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 |