该协议提供了一个集成的生物存储库平台,用于高质量人房水和玻璃体液体活检的标准化收集、注释和生物库,用于分子下游分析,包括蛋白质组学、代谢组学和糖组学。
转化研究的一个关键挑战是在手术室(OR)和研究实验室的患者护理之间建立可行且有效的接口。在这里,我们开发了一种方案,用于从接受眼科手术的患者的房水和玻璃体中获取高质量的液体活检以进行分子分析。在该工作流程中,配备计算机、条形码扫描仪和实验室仪器(包括机载冷库)的移动手术室实验室接口 (MORLI) 推车用于获取和存档人类生物样本。基于网络的数据隐私兼容数据库可以在每个样品的整个生命周期内对其进行注释,笛卡尔坐标系允许跟踪存储中的每个条形码样品,从而能够快速准确地检索样品以进行下游分析。人体组织样本的分子表征不仅是一种诊断工具(例如,区分感染性眼内炎和其他非感染性眼内炎症),而且还代表了转化研究的重要组成部分,允许识别新的药物靶点,开发新的诊断工具和个性化治疗。
人眼液体活检的分子分析可以捕获局部富集的液体,其中包含来自高度专业化的眼组织中的分子,例如DNA,RNA,蛋白质,聚糖和代谢物。从人眼后房玻璃体进行的液体活检被证明是一种普遍安全的手术1。它们允许对活人的眼部疾病进行分子表征,并提供识别新的诊断和治疗策略的潜力2,3,4。眼前房水具有更高的手术可及性,并且可以大量获得,例如,在白内障手术期间,这是最常进行的手术之一。然而,到目前为止,还没有用于分子下游分析(包括蛋白质组学、代谢组学和糖组学)的人房房水和玻璃体液活检的收集、注释和生物样本库的标准化方案。
在这里,我们开发了一种协议,用于收集和生物库的高质量液体活检,用于接受眼科手术的患者的分子分析。移动手术室实验室接口(MORLI)使研究人员能够立即将收集的样品在手术室(OR)的干冰上-80°C的条形码冷冻管中快速冷冻。该程序可确保下游分子分析的高质量和一致性。除了出色的样品质量外,生物样本库中样品的准确注释也至关重要。使用符合 HIPAA(健康保险流通与责任法案)的基于 Web 的 REDCap(研究电子数据采集)数据库5,我们的工作流程允许存储每个样本的详细元数据,包括年龄、性别、疾病、疾病阶段、样本类型和手术的独特特征。这将允许准确的未来搜索能力,例如,来自特定疾病或特定患者群体的样本。此外,使用笛卡尔网格系统存档冰箱中每个样品的确切位置,从而为下游实验提供高效的样品检索。我们展示了DNA、蛋白质、聚糖和代谢物分析的示例。
我们的工作流程代表了手术室和研究实验室之间的实际和有效的联系,并为转化研究提供了宝贵的基础。
来自患者的手术标本允许对活人2,3,4,14的疾病进行直接分子表征,并且可能有助于克服不能完全概括人类疾病的细胞和动物疾病模型的局限性15,16。人体组织的分子分析可以改善新药靶点的选择,并可能有助于提高临床试验和药物批准的成功率17。此外,这种方法提供了个性化医疗的潜力,因为获得的组织保留了每个人独特的基因组、表观基因组、代谢、糖组和蛋白质组指纹2,18,19。
高质量且一致的样品质量是所有分子分析应用的基础。先前的研究表明,样品回收后立即冷冻并避免重复冻融循环对于高样品质量至关重要9,20。在-70°C下长期储存数年不会显着影响蛋白质组学谱9的完整性。标准化协议是减少偏差和提高科学数据可比性的重要基础,特别是当几个人(外科医生、技术人员和其他人)或不同的机构参与采样过程时。除了样品质量外,样品的注释是另一个需要标准化的重要因素,以便将分子发现与临床数据相关联。我们的方案依赖于三个基本原则来实现这一点:1)眼科医生对房水和玻璃体液活检的标准化采样程序,2)实验室人员在手术室中立即处理和快速冷冻样本,以及3)基于Web的数据库中每个样本的元数据注释,使研究人员能够快速找到样本以供以后的实验。
除了玻璃体标本20外,该工作流程还建立了用于分子分析的房水液体活检的标准化集合。房水是眼睛前房中一种高度接近的复杂液体,不仅反映眼前部的眼部疾病,还反映眼睛后段的眼部疾病,包括视网膜疾病18,21。除了可以收集大量房水样本的事实之外,例如在白内障手术期间,这是全球最常进行的手术之一,这些特征使其成为人眼液体活检的有趣来源。在该工作流程中建立的每个样本的标准化元数据注释也可以允许蛋白质组数据与前瞻性临床随访数据相关联。这为确定新的预后生物标志物提供了令人兴奋的机会,这可能有助于估计未来患者的预后。
然而,人体手术标本的分子分析也具有重要的局限性。例如,复杂的实验操作通常只能在动物和细胞模型中进行。一种解决方案可能是将动物或细胞模型的分子谱与人类疾病的分子谱进行比较。该策略可以识别重叠的蛋白质生物标志物和治疗靶点,这些标志物和治疗靶点可以在动物或细胞模型中进行验证,以确定与人类疾病相关并可能在临床试验中取得成功的最有希望的候选药物4,16。
总之,我们的工作流程在手术室和研究实验室之间建立了一个实用的接口,允许标准化和高通量地收集、注释和存储用于分子下游分析的高质量手术标本,为未来的转化研究提供了宝贵的基础。
The authors have nothing to disclose.
VBM得到了NIH资助(R01EY031952,R01EY031360,R01EY030151和P30EY026877),斯坦福视盘玻璃疣中心和美国纽约预防失明研究的支持。JW和DR由美国玻璃体视网膜手术基金会支持。DR由灵北基金会赞助的DARE奖学金支持。
0.5ml Tri-coded Tube, 96-format, External Thread | Azenta Life Sciences, Burlington, MA 01803, USA | 68-0703-12 | used for aqueous humor samples |
1 mL syringe | surgical grade, whatever available in hospital | – | for aqueous humor biopsies |
1.9ml Tri-coded Tube, 48-format, External Thread | Azenta Life Sciences, Burlington, MA 01803, USA | 65-7643 | used for vitreous samples |
3 mL syringe | surgical grade, whatever available in hospital | – | for vitreous biopsies |
30-32-gauge needle | surgical grade, whatever available in hospital | – | for aqueous humor biopsies |
Capillary electrophoresis coupled with Fourier transformed mass spectrometry (CE-FTMS) | Human Metabolome Technologies, Inc., Tsuruoka, Japan | – | – |
Constellation vitrectomy system with 23-, 25-, or 27-gauge trocar cannula system | Alcon Laboratories Inc, Fort Worth, TX, USA | – | for vitreous biopsies |
Cooling box | Standard styrofoam box, whatever available in lab | – | – |
Dry ice | Whatever available in lab | – | – |
Handsfree Standard Range Scanner Kit with Shielded USB Cable | Zebra Symbol | DS9208-SR4NNU21Z | Barcode scanner |
Human Glycosylation Antibody Array L3 | RayBiotech, Peachtree Corners, GA, USA | GAH-GCM-L3 | – |
Mac mini | Apple Inc., Cupertino, CA 95014, USA | – | – |
MetaboAnalyst software | Pang et al., 2021, PMID: 34019663 | – | – |
Rack for 0.5ml tubes, 96-Format | Azenta Life Sciences, Burlington, MA 01803, USA | 66-51026 | for aqueous humor samples |
Rack for 1.9ml tubes, 48-Format | Azenta Life Sciences, Burlington, MA 01803, USA | 65-9451 | for vitreous samples |
REDCap browser-based sample database | REDCap Consortium, Vanderbilt University, https://www.project-redcap.org | – | – |