이 프로토콜은 단백질체학, 대사체학 및 글리코믹스를 포함한 분자 다운스트림 분석을 위한 고품질 인간 방수액 및 유리체 액체 생검의 표준화된 수집, 주석 및 바이오뱅킹을 위한 통합 생물 저장소 플랫폼을 제공합니다.
중개 연구의 중요한 과제는 수술실(OR)의 환자 치료와 연구실 간의 실행 가능하고 효율적인 인터페이스를 구축하는 것입니다. 여기에서 우리는 눈 수술을 받는 환자의 방수와 유리체에서 분자 분석을 위한 고품질 액체 생검을 획득하기 위한 프로토콜을 개발했습니다. 이 워크플로에서는 컴퓨터, 바코드 스캐너 및 온보드 냉장 보관을 포함한 실험실 장비가 장착된 모바일 수술실 실험실 인터페이스(MORLI) 카트를 사용하여 인간 생물학적 샘플을 획득하고 보관합니다. 웹 기반 데이터 개인 정보 보호 준수 데이터베이스를 사용하면 수명 기간 동안 각 샘플에 주석을 달 수 있으며, 데카르트 좌표계를 통해 보관 중인 각 바코드 표본을 추적할 수 있으므로 다운스트림 분석을 위한 샘플을 빠르고 정확하게 검색할 수 있습니다. 인체 조직 샘플의 분자 특성 분석은 진단 도구(예: 감염성 안내염과 기타 비감염성 안내 염증을 구별하기 위한)로 사용될 뿐만 아니라 신약 표적 식별, 새로운 진단 도구 개발 및 개인화된 치료법을 가능하게 하는 중개 연구의 중요한 구성 요소입니다.
인간의 눈에서 채취한 액체 생검의 분자 프로파일링은 고도로 전문화된 안구 조직에서 DNA, RNA, 단백질, 글리칸 및 대사 산물과 같은 분자를 포함하는 국소 농축 유체를 포착할 수 있습니다. 인간 눈의 후방에서 유리체의 액체 생검을 실시하는 것은 일반적으로 안전한 절차임이 입증되었다1. 그들은 살아있는 인간의 안구 질환의 분자 특성화를 허용하고 새로운 진단 및 치료 전략을 식별할 수 있는 잠재력을 제공합니다 2,3,4. 눈의 전방에 있는 방수는 훨씬 더 높은 수술 접근성을 가지며 예를 들어 가장 자주 수행되는 수술 중 하나인 백내장 수술 중에 많은 양을 얻을 수 있습니다. 그러나 단백질체학, 대사체학 및 글리코믹스를 포함한 분자 다운스트림 분석을 위한 인간 방수액 및 유리체 액체 생검의 수집, 주석 및 바이오뱅킹을 위한 표준화된 프로토콜은 현재까지 사용할 수 없습니다.
여기에서 우리는 눈 수술을 받는 환자의 분자 분석을 위한 고품질 액체 생검의 수집 및 바이오뱅킹을 위한 프로토콜을 개발했습니다. 이동식 수술실 실험실 인터페이스(MORLI)를 통해 연구원은 수술실(OR)의 -80°C에서 드라이아이스에 바코드가 부착된 극저온 액체로 수집된 샘플을 즉시 급속 냉동할 수 있습니다. 이 절차는 다운스트림 분자 분석을 위한 높고 일관된 샘플 품질을 보장합니다. 우수한 시료 품질 외에도 바이오뱅크에서 시료의 정확한 주석이 중요합니다. 당사의 워크플로우는 웹 기반 HIPAA(Health Insurance Portability and Accountability Act)를 준수하는 REDCap(연구 전자 데이터 캡처) 데이터베이스5를 사용하여 연령, 성별, 질병, 질병 단계, 샘플 유형 및 수술의 고유한 특징을 포함하여 각 샘플에 대한 자세한 메타데이터를 저장할 수 있습니다. 이것은 예를 들어, 특정 질병 또는 특정 환자 그룹으로부터의 샘플에 대한 정확한 미래 검색 능력을 허용할 것이다. 또한 냉동고에 있는 각 샘플의 정확한 위치는 데카르트 그리드 시스템을 사용하여 보관되므로 다운스트림 실험을 위한 효율적인 샘플 검색이 가능합니다. DNA, 단백질, 글리칸 및 대사 산물 분석의 예를 보여줍니다.
우리의 워크플로는 수술실과 연구실 간의 실용적이고 효과적인 연결을 나타내며 중개 연구를 위한 귀중한 기반을 제공합니다.
환자의 수술 표본은 살아있는 인간 2,3,4,14의 질병에 대한 직접적인 분자 특성화를 허용하고 인간 질병 15,16을 완전히 요약하지 않는 세포 및 동물 질병 모델의 한계를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다. 인체 조직의 분자 분석은 신약 표적 선정을 개선하고 임상 시험 및 약물 승인 성공률을 높이는 데 기여할 수 있다17. 또한, 이 접근법은 얻어진 조직이 각 개인의 고유한 게놈, 후성유전체학, 대사체, 글리코믹 및 프로테오믹 지문을 보유하기 때문에 개인화된 의학의 가능성을 제공합니다 2,18,19.
높고 일관된 시료 품질은 모든 분자 분석 응용 분야의 기본입니다. 이전 연구에서는 시료 채취 후 즉각적인 냉동과 반복적인 동결/해동 주기를 피하는 것이 높은 시료 품질에 매우 중요하다는 것을 보여주었습니다 9,20. -70°C에서 수년에 걸친 장기 보관은 프로테오믹 프로파일의 무결성에 유의한 영향을 미치지 않았다9. 표준화된 프로토콜은 편향을 줄이고 과학적 데이터의 비교 가능성을 개선하기 위한 중요한 토대이며, 특히 여러 사람(외과의, 기술자 등) 또는 다른 기관이 샘플링 프로세스에 관여하는 경우 더욱 그렇습니다. 샘플 품질 외에도 샘플의 주석은 분자 결과와 임상 데이터의 상관 관계를 허용하기 위해 표준화가 필요한 또 다른 중요한 요소입니다. 우리의 프로토콜은 이를 달성하기 위해 세 가지 필수 원칙에 의존합니다: 1) 안과 의사에 의한 방수액 및 유리체 액체 생검을 위한 표준화된 샘플링 절차, 2) 실험실 직원에 의한 수술실에서 샘플의 즉각적인 처리 및 스냅 동결, 3) 연구자가 나중에 실험을 위해 샘플을 빠르게 찾을 수 있도록 하는 웹 기반 데이터베이스의 각 샘플에 대한 메타데이터 주석.
유리체 표본(20) 외에도, 이 워크플로우는 또한 분자 분석을 위한 수성 유머 액체 생검의 표준화된 수집을 확립한다. 방수액은 눈의 전방에서 접근하기 쉽고 복잡한 액체로, 전방의 안구 질환뿐만 아니라 망막 질환을 포함한 눈의 후방 부분의 안구 질환을 반영합니다18,21. 예를 들어 전 세계적으로 가장 빈번하게 수행되는 수술 중 하나인 백내장 수술 중에 많은 수의 방수액 샘플을 수집할 수 있다는 사실과 함께 이러한 기능은 인간의 눈에서 액체 생검을 위한 흥미로운 소스가 됩니다. 이 워크플로우에서 설정된 각 샘플의 표준화된 메타데이터 주석은 또한 프로테옴 데이터와 전향적 임상 추적 데이터의 상관 관계를 허용할 수 있습니다. 이것은 미래 환자의 예후를 추정하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 예후 바이오마커를 식별할 수 있는 흥미로운 기회를 제공합니다.
그러나 인간 수술 표본의 분자 분석에도 중요한 한계가 있습니다. 예를 들어, 복잡한 실험 조작은 종종 동물 및 세포 모델에서만 가능합니다. 해결책은 동물 또는 세포 모델의 분자 프로파일을 인간 질병의 분자 프로파일과 비교하는 것일 수 있습니다. 이 전략은 인간 질병과 상관관계가 있고 임상 시험에서 성공할 가능성이 있는 가장 유망한 후보를 식별하기 위해 동물 또는 세포 모델에서 검증할 수 있는 중복 단백질 바이오마커 및 치료 표적을 식별할 수 있습니다 4,16.
결론적으로, 당사의 워크플로는 OR과 연구실 간의 실용적인 인터페이스를 구축하여 분자 다운스트림 분석을 위한 고품질 수술 표본의 표준화되고 높은 처리량의 수집, 주석 및 저장을 가능하게 하여 향후 중개 연구를 위한 귀중한 기반을 제공합니다.
The authors have nothing to disclose.
VBM은 NIH 보조금(R01EY031952, R01EY031360, R01EY030151 및 P30EY026877), Stanford Center for Optic Disc Drusen 및 Research to Prevent Blindness, New York, USA의 지원을 받습니다. JW와 DR은 미국 유리체 망막 수술 재단의 지원을 받습니다. DR은 룬드벡 재단(Lundbeck Foundation)이 후원하는 DARE 펠로우십(DARE Fellowship)의 지원을 받습니다.
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 | – | – |