Biobank for Translational Medicine: Standard Operating Procedures for Optimal Sample Management

Giuseppina Bonizzi; Maria Capra; Cristina Cassi; Giulio Taliento; Oriana Pala; Elham Sajjadi; Konstantinos Venetis; Mariia Ivanova; Massimo Monturano; Giuseppe Renne; Lorenzo Zattoni; Elena Guerini-Rocco; Giuseppe Viale; Roberto Orecchia; Nicola Fusco

doi:10.3791/63950

JoVE Journal > Cancer Research

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Cancer Research

Биобанк для трансляционной медицины: стандартные операционные процедуры для оптимального управления образцами

Published: November 30, 2022

doi:

10.3791/63950

Summary

Биобанки являются важнейшими ресурсами для биомедицинских исследований, и Биобанк для трансляционной и цифровой медицины в Европейском институте онкологии является моделью в этой области. Здесь мы приводим подробное описание стандартных операционных процедур биобанков для управления различными типами биологических образцов человека.

Abstract

Биобанки являются ключевыми исследовательскими инфраструктурами, направленными на сбор, хранение, обработку и обмен высококачественными биологическими образцами человека и связанными с ними данными для исследований, диагностики и персонализированной медицины. Биобанк для трансляционной и цифровой медицины в Европейском институте онкологии (IEO) является знаковым в этой области. Биобанки сотрудничают с клиническими подразделениями, внутренними и внешними исследовательскими группами и промышленностью, поддерживая лечение пациентов и научный прогресс, включая инновационную диагностику, обнаружение биомаркеров и дизайн клинических испытаний. Учитывая центральную роль биобанков в современных исследованиях, стандартные операционные процедуры биобанкинга (СОП) должны быть чрезвычайно точными. СОП и контроль со стороны сертифицированных специалистов обеспечивают высочайшее качество образцов для реализации научно обоснованных, диагностических, прогностических и терапевтических персонализированных стратегий. Однако, несмотря на многочисленные усилия по стандартизации и гармонизации биобанков, эти протоколы, которые следуют строгому набору правил, контроля качества и руководящих принципов, основанных на этических и правовых принципах, нелегко доступны. В данной работе представлены стандартные операционные процедуры биобанка крупного онкологического центра.

Introduction

Биобанки – это биорепозитории, предназначенные для сбора, хранения, обработки и обмена биологическими образцами человека и связанными с ними данными для исследований и диагностики. Их роль имеет решающее значение не только для открытия и проверки биомаркеров, но и для разработки новых лекарств¹. Следовательно, подавляющее большинство трансляционных и клинических исследовательских программ полагаются на доступ к высококачественным биообразцам. В этом отношении биобанки считаются мостом между академическими исследованиями и фармацевтической/биотехнологической промышленностью 2,3,4,5. Благодаря беспрецедентным возможностям, предоставляемым сбором больших данных и искусственным интеллектом, роль биобанков в исследованиях рака постоянно развивается⁶.

Широкий спектр биоматериалов, обрабатываемых биобанками, сочетается с клиникопатологической информацией, включая демографические и экологические данные, тип опухоли, гистологическую степень, стадию, наличие лимфоваскулярной инвазии и статус биомаркеров ^7,8. Чем больше высококачественных образцов и данных доступно, тем быстрее исследования будут продвигаться вперед и влиять на предоставление медицинских услуг⁹. Существует строгая нормативная база, основанная на этических и правовых принципах, которые должны следовать широко принятым СОП, контролю качества и руководящим принципам (например, Национальному институту рака США, Конфедерации раковых биобанков Великобритании и Международному обществу биологических и экологических репозиториев ЕС)^10,11.

Разработка СОП для всех основных аспектов биобанков приносит ряд преимуществ с точки зрения качества, прослеживаемости, согласованности, воспроизводимости и^{сроков выполнения 12,13}. Другим важным аспектом внедрения СОП является оптимизация управления биобанком, что позволяет лучше решать проблемы и применять альтернативные процедуры для сотрудников биобанка и исследователей¹⁴. Все эти аспекты являются частью рабочего процесса биобанка (рисунок 1).

Рисунок 1: Различные факторы, способствующие оптимизации биобанкинга. Аббревиатура: LIMS = система управления лабораторной информацией. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Эти очень специфические и конфиденциальные данные требуют строгих управленческих стандартных процедур в биобанкинге. Подробная и проверенная форма проекта должна быть доступна всем исследователям, которым необходимо получить доступ к образцам и данным биобанка. Информация, представленная в запросе, должна включать методологию и дизайн исследования, цели, задачи и бюджет. Должен быть создан научно-технический комитет биобанка, который будет играть важную роль оценки заявок на исследовательские проекты. Этот орган должен включать членов подразделения биобанка, клинических подразделений, исследовательских групп, защиты данных, юридического офиса и офиса передачи технологий.

Отдел биобанков трансляционной и цифровой медицины Европейского института онкологии (IEO) является мировым справочником для биобанков с точки зрения качества и количества предоставляемых услуг, а также инноваций. Этот полностью сертифицированный объект (UNI EN ISO 9001:2015-Certiquality) является неотъемлемой частью итальянского узла BBMRI-ERIC (т.е. исследовательской инфраструктуры биобанкинга и биомолекулярных ресурсов) и взаимодействует как с клиническими подразделениями, так и с исследовательской инфраструктурой.

Существует большая неоднородность в типах биообразцов, хранящихся в биобанках. К ним относятся образцы тканей – либо свежезамороженные, либо парафиновые консервированные – биожидкости (например, плазма, сыворотка, кровь, моча, стул), клеточные культуры и мононуклеарные клетки периферической крови (PBMCs). Наш биобанк работает синергетически с европейской исследовательской инфраструктурой биобанкинга (BBMRI-ERIC), которая является одной из крупнейших сетей биобанков в Европе и предоставляет портал для доступа к биобанкам и биомолекулярным ресурсам, координируемым национальными узлами¹⁵. В дополнение к BBMRI-ERIC, Международное общество биологических и экологических репозиториев (ISBER) также сыграло важную роль в стандартизации операционных процедур для биобанкинга¹⁶.

Отделение биобанка, которое является частью отдела патологии, стремится к центральной роли пациента, поддержке развития клинических исследований, постоянному совершенствованию, расширению человеческих ресурсов, международному сотрудничеству, поддержке учебных мероприятий, безопасности на рабочем месте и научно-техническому росту. Общее видение заключается в создании национальных и европейских ориентиров для биобанков с точки зрения качества и количества услуг и инноваций. Собранные биологические образцы используются для идентификации новых биомаркеров и новых лекарств (например, для разработки все более персонализированных методов лечения) и для обеспечения наилучшего доступного лечения пациентов благодаря совершенству в исследованиях.

Каждый биологический образец собирается и обрабатывается после предварительной проверки на наличие Соглашения об участии в научных исследованиях, выраженного пациентом¹⁵. Биологические собранные образцы используются для проведения исследовательских проектов или клинических испытаний и включают избыточные (т.е. не необходимые для диагностических целей) патологические и непатологические хирургические образцы, жидкие биопсии (например, кровь, сыворотка, плазма и моча) и другие биологические образцы. Эти биоматериалы хранятся в соответствии со специальными протоколами криоконсервации. В данной статье представлены протоколы биобанка крупного онкологического центра.

Protocol

Этот протокол фокусируется на СОП, используемых для рака молочной железы, яичников, простаты, легких и толстой кишки. Все процедуры, описанные здесь, были одобрены Научно-техническим комитетом, Комитетом по этике (EC) и директорами программ по груди, гинекологии, урологии, торакальной хирургии и хирургии пищеварительной системы. Процедуры исследования соответствуют Хельсинкской декларации 1964 года, Закону об Общем регламенте по защите данных (GDPR) 2018 года и последующим поправкам. Институциональное соглашение об участии в исследованиях (RPA), вытекающее из закона GDPR, представляет собой информированное согласие, полученное от всех пациентов, на сбор биологических образцов и личных, клинических и генетических данных. RPA был получен от всех пациентов для хранения, обработки и использования полученных данных в научных целях. 1. Предпосылки биологических образцов Проверьте, соответствует ли пациент условиям для регистрации на основе протокола RPA и проектов, и предоставьте подробное описание RPA всем пациентам.Повысить вовлеченность пациентов, например, транслировать образовательный мультфильм в залах ожидания, чтобы информировать пациентов о важности и влиянии RPA. Предоставьте закладки гаджетов всем пациентам (см. свободно доступную короткую анимацию мультфильма в https://www.ieo.it/it/PER-I-PAZIENTI/I-diritti-del-paziente/Consensi-informati/ и https://vimeo.com/679070846). Обучите персонал для проведения администрирования согласия на каждом этапе госпитализации и предоставьте дополнительную информацию, если пациенты участвуют в конкретном исследовании.ПРИМЕЧАНИЕ: Если РПА не подписан, биологические образцы не собираются. Избегайте включения случаев заражения SARS-CoV-2 (COVID-19), гепатитом B (HBV), гепатитом C (HCV) и вирусом иммунодефицита человека (HIV). 2. Программное обеспечение биобанка Используйте программное обеспечение системы управления лабораторной информацией (LIMS) для отслеживания всех биологических образцов. Обеспечить наличие хорошей операционной системы, которая автоматически получает личную и клиническую информацию при регистрации пациента и может быть интегрирована с медицинскими записями, административными делами, RPA и патологическими данными пациента, как показано на рисунке 2. Обеспечьте регистрацию биологических образцов с помощью программного обеспечения биобанка.Идентифицируйте пациентов с помощью кодов. Назначьте каждому человеку уникальный код, который соответствует номеру медицинской карты (индивидуальный визит, тип обслуживания пациента).ПРИМЕЧАНИЕ: Во время регистрации Научный RPA обновляется в электронном виде в операционной системе. Создание идентификатора аликвотыУкажите год и анатомический участок или тип биотекучей жидкости (таблица 1), из которого происходит образец (таблица 2), и добавьте прогрессивное уникальное число для каждого образца. Для двусторонних органов добавьте последовательный номер, чтобы отличить происхождение биологического образца от правого или левого органа. Назначьте аббревиатуру с суффиксом 1 (для левого) или 2 (для правого) – две цифры.ПРИМЕЧАНИЕ: Например, подробный идентификатор выглядит как «12-B-00100-01», где 12 указывает на год, а B указывает на орган = грудь. Зарегистрируйтесь с идентификатором для каждой аликвотыОтслеживайте два макротипа биологических образцов: твердые и жидкие. Разделите на подкатегории: свежие образцы и замороженные образцы. Рисунок 2: Репрезентативный интерфейс биобанка LIMS. Научный RPA обновляется в электронном виде с сервера клинических записей. Сокращения: LIMS = система управления лабораторной информацией; RPA = Соглашение об участии в исследованиях. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Таблица 1: Типы биотекучих и соответствующие коды. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу. Таблица 2: Типы образцов тканей и соответствующие коды. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу. 3. Сбор образцов Составление ежедневного плана операцииОпределите, подписал ли пациент RPA или нет, и имеет ли он право на участие. Проверьте следующие условия:Проверить соответствие пациента критериям включения: сообщайте о любом положительном случае ВИЧ, ВГВ, ВГС и COVID-19 в соответствующем поле инфекционного риска «RI», чтобы избежать сбора биологических образцов. Проверьте, включен ли пациент в клиническое исследование или конкретный утвержденный исследовательский проект, правильно заполнив поле «Исследование/проект» в каждом профиле пациента. Информировать техников, если риск заражения неизвестен; выбрасывать образцы с положительными результатами или неизвестными рисками. Обрабатывайте и храните образцы в биобанке, как показано на рисунке 3.Соберите свежие и замороженные образцы тканей, связанные с пациентами, перенесшими операцию. Соберите цитологические образцы, либо с помощью аспиративных, либо с помощью эсфолиативных методов, для хирургического удаления небольших поражений. Соберите биологические жидкости (например, кровь, сыворотку, плазму, PBMC, буккальный тампон, мочу, фекалии и асцит) пациентов на стадии догоспитализации, пациентов, включенных в клинические испытания, и любого другого субъекта, участвующего в утвержденных проектах скрининга. Рисунок 3: Пример иерархии. От одного пациента несколько подкатегорий эпизодов обрабатываются и хранятся в биобанке. Сокращения: ПМБК = мононуклеарные клетки периферической крови; LIMS = система управления лабораторной информацией. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. 4. Забор образцов крови Соберите кровь пациента в 6 мл вакутайнеров, содержащих антикоагулянт Na2 ЭДТА (7,2 мг, высушенный распылением). Зарегистрируйте вакутайнеры, помеченные номером медицинской карты и кодом эпизода, и обработайте их двумя различными способами: свежими или замороженными. Для свежих образцов зарегистрируйте образцы крови в программном обеспечении биобанка. Пометьте вакутайнеров идентификационным кодом биобанка и доставьте их авторизованным пользователям. Для замороженных образцов, хранящихся в биобанке, подготовьте две 2D-кодированные трубки Cryobank, каждая из которых содержит 900 мкл крови (рисунок 4). Зарегистрируйте аликвоты в программном обеспечении биобанка, поместите их на специальную табличку со штрих-кодом и храните их в морозильных камерах (−80 °C) для обеспечения постоянной температуры. Рисунок 4: Замороженные образцы материалов. (A) 2D-трубки со штрих-кодом, (B) считыватель штрих-кодов для одной трубки и (C) пластина для регистрации и хранения. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. 5. Отбор образцов сыворотки Соберите кровь пациента в 6 мл вакутайнера «пластиковые сывороточные трубки», содержащие кремнезем с распылением, чтобы вызвать свертывание крови. Оставьте вакутайнеры на 3 ч при комнатной температуре (RT), чтобы вызвать свертывание крови, а затем центрифугу при 828 х г в течение 10 мин при 20 °C. Храните сыворотку (450 мкл) в 0,5 мл Криобанка 2D кодированных пробирок с общим количеством 3-4 аликвот для каждого образца. Если объем сыворотки последней аликвоты меньше 450 мкл, при регистрации укажите ее как «LEFTOVER», чтобы отследить правильное количество замороженной сыворотки. Зарегистрируйте аликвоты в программном обеспечении биобанка, поместите их на специальную табличку со штрих-кодом и храните их в морозильных камерах (−80 °C) для обеспечения постоянной температуры.ПРИМЕЧАНИЕ: Количество аликвот зависит от исходного количества взятой цельной крови и количества полученной сыворотки. 6. Изоляция мононуклеарных клеток периферической крови Откройте ламинарный вытяжку и очистите ее 70% этанолом. Подготовьте мешок для биологических отходов, стерильного 1x фосфатно-буферного физиологического раствора (PBS) и одной пустой стерильной конической трубки объемом 50 мл. Перелейте кровь (из пробирок для сбора ЭДТА) в пустую стерильную коническую трубку объемом 50 мл и разбавьте ее 1:1, используя стерильный 1x PBS (например, 15 мл крови + 15 мл 1x PBS). Используйте PBS для промывания кровяной трубки. Центрифугируйте трубки при 400 х г в течение 30 мин при 20 °C и обрабатывайте трубки под вытяжкой биологической опасности. Восстановите средний белый слой, содержащий МПК, с помощью пипетки Пастера и поместите его в новую стерильную коническую трубку объемом 50 мл. Добавьте до 45 мл PBS для промывки PBMC, смешивания и центрифуги при 400 x g в течение 10 мин при 4 °C. Извлеките гранулу, повторно суспендируйте ее в PBS и подсчитайте ячейки с помощью одноразовых камер Burker.ПРИМЕЧАНИЕ: Объем PBS зависит от гранулы. От 15 мл крови обеспечивают объем повторного суспензии 2-3 мл и затем разведение 1:10 до подсчета. Используйте уравнение (1):Среднее значение 3 квадратов × 10 000 × коэффициентов разбавления × мл объема повторного суспензии = количество общих ячеек (1) Снова вымойте НБМК с PBS, перемешайте и центрифугируйте при 400 х г в течение 10 мин при 4 °C. Разбавляют НБМК при 2-3 х 106 клетках/мл в морозильной среде (фетальная бычья сыворотка (FBS) + 10% диметилсульфоксид [DMSO]). Подготовьте 2D-кодированные трубки Cryobank, переместив 1 мл повторно суспендированных клеток в каждую криотрубу, поместите их в специальную криобоксу и храните их при -80 °C как можно скорее.ПРИМЕЧАНИЕ: Морозильная среда состоит из FBS со стерильным 10% DMSO и хранится в аликвотах при −20 °C в течение 6 месяцев. После медленного размораживания при 4 °C его необходимо использовать в течение 2 недель. 7. Забор образцов плазмы Соберите кровь пациента в 6 мл вакутайнеров, содержащих антикоагулянт Na2 ЭДТА (7,2 мг, высушенный распылением). Центрифугируют вакутайнер, содержащий цельную кровь при 2000 х г в течение 10 мин при 4 °C, чтобы отделить плазму. Удалить верхний слой плазмы с помощью пипетки Пастера 3 мл, перенести в стерильную коническую стерильную трубку объемом 15 мл и центрифугу при 16 000 х г в течение 10 мин при 4 °C для устранения загрязняющих клеток крови. Переведите плазму в 1 мл криобанка 2D кодированных пробирок. Зарегистрируйте аликвоты в программном обеспечении биобанка, поместите их на определенную табличку со штрих-кодом и храните их в морозильной камере (−80 °C) для обеспечения постоянной температуры. 8. Забор образцов кала и щечного тампона Собирают кал и щечные тампоны в пробирки по 15 мл, содержащие следующий специфический раствор: 50 мМ Tris-HCl, 10 мМ NaCl и 10 мМ ЭДТА, рН 7,5. Зарегистрируйте трубки в программном обеспечении биобанка. Пометьте трубки кодами биобанка. Храните фекалии и щечные тампоны при температуре 4 °C в холодильнике биобанка. 9. Обработка тканей Проведите экспертизу образцов тканей патологоанатомом, чтобы определить, достаточен ли материал, который не является необходимым для диагностических процедур, для исследовательских целей.ПРИМЕЧАНИЕ: Когда объем ткани составляет менее 1,5мм3, она либо хранится в ОКТ, либо предоставляется в виде свежего образца (А), связанного с конкретным запросом на исследование. По возможности соберите даже непатологический аналог (НП) патологической ткани (Р). Поместите образцы в стерильные клеточные культуры чашки Петри с маркировкой P и NP (рисунок 5). Держите ткань на льду при 4 °C и разделите ее на три части каждая (A, B и C), если имеется достаточно материала.Образцы свежих тканей (A): поместите свежие аликвоты ткани P и NP в пробирки с соответствующей питательной средой, определенной в каждом конкретном протоколе, и отправьте их во внешние исследовательские подразделения (например, исследовательские лаборатории). Образцы ткани ОКТ (В): поместите свежие аликвоты ткани P и NP в криомольды, заполните их смолой OCT (10,24% поливинилового спирта, 4,26% полиэтиленгликоля и 85,5% нереакционноспособных ингредиентов) и немедленно поместите их в аппарат флэш-замораживания при −80 °C.ПРИМЕЧАНИЕ: При −80 °C внедренной оКТ ткани требуется от 60-150 с для замерзания. Образцы тканей (C): поместите оставшиеся образцы тканей в трубки с кодированием Cryobank 2D в аппарате флэш-замораживания. Хранить пластины при температуре −80 °C.ПРИМЕЧАНИЕ: Для каждой замороженной аликвоты ОКТ выполните проверку качества перед распределением и ее использованием, чтобы получить гистологическую оценку, как описано в разделе 11. Рисунок 5: Рабочий процесс биобанка для образцов тканей. Сокращения: LIMS = система управления лабораторной информацией; OCT = оптимальная температура резания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. 10. Замораживание тканей Быстро заморозить ткани в парах изопентана с помощью аппарата флэш-замораживания. Поместите образцы тканей в изопентан при −120 °C в течение 3 мин и храните их в криоконсервационных помещениях при −80 °C.ПРИМЕЧАНИЕ: Две методологии используются для замораживания образцов опухоли и здоровых тканей с использованием флэш-замораживания для поддержания целостности нуклеиновых кислот. 11. Контроль качества тканей Поместите криостатный прибор в рефрижераторный контейнер при температуре от −20 °C до −40 °C и вырежьте несколько криосекций из блока OCT17. Выполняют окрашивание гематоксилином и эозином (H&E) на криосекциютканей 18. Анализ морфологии ткани под оптическим микроскопом19.ПРИМЕЧАНИЕ: Секции имеют подходящую толщину от 3-12 мкм.Заполните конкретную форму (таблица 3). Таблица 3: Форма контроля качества ОКТ-встроенных и замороженных тканевых срезов. Аббревиатура: OCT = оптимальная температура резания. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу. 12. Запрос и извлечение образцов для исследовательских целей Запрос сохраненных аликвот:Получите заполненную форму с названием исследовательского проекта, главным исследователем (PI), датой получения и кратким описанием. Выполните запрос к базе данных программного обеспечения (БД), выберите аликвоту, сгенерируйте список пикапов для техников и проверьте штрих-код для каждой полученной аликвоты.ПРИМЕЧАНИЕ: Для получения образцов из биобанка исследователи из нашего института или внешние сотрудники (коммерческие или некоммерческие) должны подать заявку, используя определенную форму, и проект оценивается научно-техническим комитетом и Комитетом по этике.

Representative Results

Следуя описанным выше СОП, мы собрали в общей сложности 38 446 аннотированных биологических жидких биопсий и в общей сложности 10 205 образцов тканей с апреля 2012 года по декабрь 2021 года (рисунок 6A). Кроме того, мы детально проанализировали собранные образцы из отделений урологии, гинекологии, сенологии, а также отделений головы и шеи, абдоминально-тазовой и торакальной хирургии. Наибольшее количество образцов тканей, которые мы собрали, были из опухолей молочной железы (рисунок 6B, C). С 2019 года мы также начали собирать другие биологические образцы, такие как моча, стул и щечные мазки, после значительно возросшего спроса на протяжении многих лет (рисунок 6D). Как показано на рисунке 6А, количество собранных образцов, особенно тканей, в течение 2020-2021 годов пострадало из-за пандемии COVID-19 и связанного с этим сокращения онкологических процедур. Важно отметить, что научная работа в этот период не уменьшилась благодаря использованию правильно хранящихся и аннотированных образцов биобанка, собранных в предыдущие годы. Правильный сбор биологических образцов и связанных с ними клинико-патологических данных позволил нам иметь хорошо структурированный и конкурентоспособный ретроспективный и перспективный биобанк. С этой целью подбор хирургического образца должен быть выполнен патологоанатомом, как для обеспечения правильного диагноза, так и для того, чтобы иметь возможность провести исследование с соответствующими образцами тканей. В нашем биобанке твердо установлены и соблюдаются конкретные рабочие процедуры, так что мы применяем стандартизированные процедуры, которые соответствуют сертификации ISO 9001 в контексте биобанков для исследований. Рисунок 6: Биобанк кумулятивной коллекции биообразцов в Европейском институте онкологии, с 2012 по 2021 год. Кумулятивный сбор (А) образцов тканей (оранжевая кривая) и крови с образцами сыворотки (синяя кривая); кумулятивный сбор (В) образцов ткани молочной железы (красная кривая); кумулятивный сбор образцов (C) ткани яичника (зеленая кривая), простаты (серая кривая), легких (светло-голубая кривая) и образцов ткани толстой кишки (желтая кривая). С 2019 по 2021 год кумулятивный сбор (D) дополнительных биологических образцов: фекалии (синяя линия), щечный тампон (розовая линия), плазма (светло-зеленая линия) и моча (фиолетовая линия). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Discussion

Хотя онкология добилась огромных успехов, рак остается основной причиной заболеваемости и смертности во всем мире²⁰. Понимание гетерогенности опухоли, ее временной эволюции с течением времени и результатов целенаправленного лечения строго зависит от точного сбора данных в контексте рутинной клинической^{помощи 21}. В этом отношении «мультиомический» подход набирает обороты в онкологической прогностической патологии²². Традиционная оценка биомаркеров на основе тканей интегрируется с использованием нескольких новых биоаналитов, таких как кровь, плазма, моча, слюна и стул 23,24,25,26. Поэтому биобанки в настоящее время признаны ключевыми инфраструктурами для улучшения клинической практики. Оглядываясь на историю исследований рака, мы понимаем, что самые впечатляющие и новаторские открытия никогда не были бы возможны без прямого исследования раковой ткани или жидких биопсий. Со временем источник раковой ткани и тип жидкой биопсии, подлежащей исследованию, эволюционировали от грубых вскрытий, случайных «случайных встреч», а в некоторых случаях и незаконного оборота до организованных онкологических коллекций и стратегических современных онкологических банков. Рассмотрение многих этических вопросов значительно изменилось как на практике, так и в основных факторах, отличающих современные онкологические банки от онкологических коллекций прошлого.

Благодаря достижениям в исследованиях рака и огромному количеству молекулярной информации, которая в настоящее время предоставляется современными технологиями, становится все более и более очевидным, что биобанки, особенно в онкологических центрах, могут сталкиваться с несколькими типами методологических проблем. Среди них технология стала универсальной проблемой, которая по-прежнему препятствует стандартизации и гармонизации СОП. Другим важным аспектом для поддержания основных видов деятельности биобанка является наличие интегрированного программного обеспечения LIMS, способного получать и автоматически поддерживать все идентификаторы больниц и все кодифицированные клинические данные, поступающие из программного обеспечения больницы. Примечательно, что другое ценное программное обеспечение, используемое для управления биобанками, и некоторые бесплатные программы могут быть получены для управления биобанком ^{27,28,29,30,31}. Другим важным шагом в биобанках является реализация пакта об участии для всех пациентов и юридического и этического соглашения, необходимого для хранения клинических данных и биообразцов^10,32.

В связи с этим в этом протоколе имеются четко определенные руководящие принципы, которые не разрешают сбор и хранение биообразцов в отсутствие согласия. Это также является критическим вопросом, поскольку пациенты могут отказаться от своего участия даже после того, как их образцы были сохранены; таким образом, были внедрены методы быстрого извлечения таких проб из системы биобанкинга. Биообразцы, поступающие от пациентов, набранных нашим биобанком, следуют строгим протоколам сбора и хранения. В этой связи для мониторинга этого процесса был проведен ряд важных аспектов, которые постоянно совершенствуются. В частности, сертификация ISO9001 требует нескольких показателей производительности, таких как теплое ишемическое время, которое должно поддерживаться менее 30 минут или 60 минут в зависимости от источника ткани. Кроме того, жидкие биопсии и биологические жидкости собираются с использованием стандартизированных протоколов в соответствии со строгими временными процедурами 15,33,34,35,36.

Особенности имеют большое значение в рабочих процессах биобанков. К ним относятся наличие сертифицированного патологоанатома, который гарантирует забор проб ткани по диагностическим причинам, и сбор ткани для биобанкинга в сроки, совместимые с высоким качеством образцов (ишемическое время является важным показанием для некоторых видов исследований, таких как РНК-зависимые анализы, которые требуют меньше теплого ишемического времени). Кроме того, управление пространством, необходимым для хранения образцов, имеет большое значение в биобанках. Количество собранных жидких биопсий может быть обусловлено дизайном исследования. Жидкие биопсии часто могут быть собраны как в предоперационный, так и в последующий период, как определено в каждом дизайне исследования.

Благодаря скрининговым кампаниям по профилактике рака и ранней диагностике опухолей, т.е. опухолей молочной железы небольшого размера на ранних стадиях развития, а также доступности минимально инвазивных хирургических методов, сократилось количество образцов тканей, доступных для исследования (поскольку большинство образцов тканей всегда используются в диагностических целях). За последние несколько лет способность собирать и хранить биологические образцы значительно улучшилась. Это можно наблюдать для биологических жидкостей, отражая повышенную способность этого биобанка поддерживать исследовательские группы этого института в растущем спросе на аннотированный материал, полученный от пациентов. Несмотря на эти улучшения, мы столкнулись с некоторыми ограничениями для многоцентровых исследований, которые требуют координации между биобанками из разных частей мира, которые могут быть интегрированы только путем внедрения аналогичных процедур.

Исключив большинство этических и технических вопросов, касающихся биобанкинга, включая сбор всей клинической и демографической информации, следующей целью является внедрение оцифровки всех гистологических препаратов и окрашивания, используемых для диагностики и исследовательских целей. Это имеет фундаментальное значение для следующего поколения исследований, которые получат большую пользу от полностью интегрированной цифровой патологии и биобанка, который станет стандартом для будущего. Только большая серия пациентов с интегрированными данными и цифровыми изображениями может подпитывать многоцентровые, большие исследования искусственного интеллекта (ИИ) для улучшения ухода за больными раком. В заключение, мы считаем, что хорошее здравоохранение не заканчивается диагностикой и лечением. Передовая практика включает в себя поиск путей непрерывной диагностики и улучшения лечения любого заболевания, в частности тех, которые серьезно влияют на продолжительность или качество жизни.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Авторы хотели бы поблагодарить всех пациентов, которые активно участвовали в течение последнего десятилетия в наших исследовательских программах путем донорства своих биообразцов. Без них это исследование было бы невозможно. Мы также благодарны всему персоналу, работающему в IEO, медсестрам, техникам, биологам, врачам и директорам всех клинических и исследовательских подразделений. Авторы благодарны профессору Пьеру Паоло Ди Фиоре и профессору Джанкарло Прунери за их руководство. Наконец, мы посвящаем эту работу профессору Умберто Веронези, основателю IEO, и его новаторскому подходу к интеграции исследований рака и ухода за пациентами.

Materials

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

References

Pagni, F., et al. Targeting immune-related biological processes in solid tumors: We do need biomarkers. International Journal of Molecular Sciences. 20 (21), 5452 (2019).
Braun, K. L., et al. Cancer patient perceptions about biobanking and preferred timing of consent. Biopreservation and Biobanking. 12 (2), 106-112 (2014).
Bycroft, C., et al. The UK Biobank resource with deep phenotyping and genomic data. Nature. 562 (7726), 203-209 (2018).
Saifuddin, S. R., et al. King’s Health Partners’ Prostate Cancer Biobank (KHP PCaBB). BMC Cancer. 17 (1), 784 (2017).
Lopez, G., et al. Molecular insights into the classification of luminal breast cancers: The genomic heterogeneity of progesterone-negative tumors. International Journal of Molecular Sciences. 20 (3), 510 (2019).
Kinkorová, J. Biobanks in the era of personalized medicine: Objectives, challenges, and innovation: Overview. The EPMA Journal. 7 (1), 4 (2015).
Luo, J., et al. Intravital biobank and personalized cancer therapy: The correlation with omics. International Journal of Cancer. 135 (7), 1511-1516 (2014).
Invernizzi, M., et al. Quality of life interventions in breast cancer survivors: State of the art in targeted rehabilitation strategies. Anticancer Agents in Medicinal Chemistry. 22 (4), 801-810 (2021).
Roux, J., Zeghidi, M., Villar, S., Kozlakidis, Z. Biosafety and biobanking: Current understanding and knowledge gaps. Biosafety and Health. 3 (5), 244-248 (2021).
Sanchini, V., et al. A trust-based pact in research biobanks. From theory to practice. Bioethics. 30 (4), 260-271 (2016).
Vaught, J., Kelly, A., Hewitt, R. A review of international biobanks and networks: Success factors and key benchmarks. Biopreservation and Biobanking. 7 (3), 143-150 (2009).
Ferrin, I., et al. Isolation, culture, and expansion of mesenchymal stem cells. Methods in Molecular Biology. 1590, 177-190 (2017).
Hermansen, J. U., et al. The Norwegian childhood cancer biobank. Cancer Reports. , 1555 (2021).
Schmelz, M., et al. A plan for emergency shutdown and reopening for a consortium of biobanks. Biopreservation and Biobanking. 19 (5), 394-398 (2021).
Salvaterra, E., Corfield, J. . Advances in Biobanking Practice Through Public and Private Collaborations. , (2017).
Snapes, E., Simeon-Dubach, D. ISBER best practices for repositories, moving toward the fifth edition. Biopreservation and Biobanking. 20 (1), 107-108 (2022).
Fischer, A. H., Jacobson, K. A., Rose, J., Zeller, R. Cryosectioning tissues. Cold Spring Harbour Protocols. (8), 4991 (2008).
Staining methods in frozen section: Best lab practices. Laboratory Best Practice Blog. UC Davis Health Available from: https://health.ucdavis.edu/blog/lab-best-practice/staining-methods-in-frozen-section-best-lab-practices/2020/03 (2020)
Craciun, L., et al. Tumor banks: A quality control scheme proposal. Frontiers in Medicine. 6, 225 (2019).
Ma, X., Yu, H. Global burden of cancer. The Yale Journal of Biology and Medicine. 79 (3-4), 85-94 (2006).
Angerilli, V., et al. The role of the pathologist in the next-generation era of tumor molecular characterization. Diagnostics. 11 (2), 339 (2021).
Correa-Aguila, R., Alonso-Pupo, N., Hernández-Rodríguez, E. W. Multi-omics data integration approaches for precision oncology. Molecular Omics. , (2022).
Salati, M., et al. ctDNA analysis in the personalized clinical management of gastroesophageal adenocarcinoma: Turning hope into reality. Future Oncology. 17 (33), 4607-4618 (2021).
Mirzayi, C., et al. Reporting guidelines for human microbiome research: The STORMS checklist. Nature Medicine. 27 (11), 1885-1892 (2021).
Cortvrindt, C., Speeckaert, R., Delanghe, J. R., Speeckaert, M. M. Urinary epidermal growth factor: A promising "next generation" biomarker in kidney disease. American Journal of Nephrology. , (2022).
Fusco, N., Fumagalli, C., Guerini-Rocco, E. Looking for sputum biomarkers in lung cancer secondary prevention: Where are we now. Journal of Thoracic Disease. 9 (11), 4277-4279 (2017).
Im, K., Gui, D., Yong, W. H. An introduction to hardware, software, and other information technology needs of biomedical biobanks. Methods in Molecular Biology. 1897, 17-29 (2019).
Paul, S., Gade, A., Mallipeddi, S. The state of cloud-based biospecimen and biobank data management tools. Biopreservation and Biobanking. 15 (2), 169-172 (2017).
Fthenou, E., et al. implementation, and integration of heterogenous information technology infrastructures in the Qatar biobank. Biopreservation and Biobanking. 17 (6), 494-505 (2019).
Tukacs, E., et al. Model requirements for Biobank Software Systems. Bioinformation. 8 (6), 290-292 (2012).
Willers, C., et al. A versatile, secure, and sustainable all-in-one biobank-registry data solution: The A3BC REDCap model. Biopreservation and Biobanking. , (2021).
D’Abramo, F., Schildmann, J., Vollmann, J. Research participants’ perceptions and views on consent for biobank research: A review of empirical data and ethical analysis. BMC Medical Ethics. 16, 60 (2015).
Policiuc, L., et al. The foundation of personalized medicine is the establishment of biobanks and their standardization. Journal of BUON. 23 (3), 550-560 (2018).
Lygirou, V., Makridakis, M., Vlahou, A. Biological sample collection for clinical proteomics: Existing SOPs. Methods in Molecular Biology. 1243, 3-27 (2015).
Pisapia, P., Malapelle, U., Troncone, G. Liquid biopsy and lung cancer. Acta Cytologica. 63 (6), 489-496 (2019).
Spruessel, A., et al. Tissue ischemia time affects gene and protein expression patterns within minutes following surgical tumor excision. Biotechniques. 36 (6), 1030-1037 (2004).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite This Article

Bonizzi, G., Capra, M., Cassi, C., Taliento, G., Pala, O., Sajjadi, E., Venetis, K., Ivanova, M., Monturano, M., Renne, G., Zattoni, L., Guerini-Rocco, E., Viale, G., Orecchia, R., Fusco, N. Biobank for Translational Medicine: Standard Operating Procedures for Optimal Sample Management. J. Vis. Exp. (189), e63950, doi:10.3791/63950 (2022).

Automatically Generated