Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Denne protokol fokuserer på SOP'er, der anvendes til bryst-, ovarie-, prostata-, lunge- og tyktarmskræft. Alle de procedurer, der er beskrevet her, blev godkendt af Den Videnskabelige Tekniske Komité, Etisk Komité (EF) og direktørerne for bryst-, gynækologi-, urologi-, thoraxkirurgi og fordøjelsessystemkirurgiske programmer. Undersøgelsesprocedurerne følger Helsinki-erklæringen fra 1964, den generelle databeskyttelsesforordning (GDPR) -loven fra 2018 og de efterfølgende ændringer. En institutionel forskningsdeltagelsesaftale (RPA), der er afledt af GDPR-loven, repræsenterer det informerede samtykke, der er opnået fra alle patienter til at indsamle biologiske prøver og personlige, kliniske og genetiske data. RPA blev opnået fra alle patienter til opbevaring, behandling og anvendelse af de opnåede data til videnskabelige formål.
1. Forudsætninger for biologiske prøver
- Kontroller, om en patient opfylder betingelserne for tilmelding baseret på RPA- og projektprotokollen, og giv en detaljeret RPA-beskrivelse til alle patienter.
- Øg patientengagementet, f.eks. udsend en pædagogisk tegneserievideo i venteværelser for at informere patienterne om vigtigheden og virkningen af RPA. Giv gadget bogmærker til alle patienterne (se den frit tilgængelige korte tegneserieanimation på https://www.ieo.it/it/PER-I-PAZIENTI/I-diritti-del-paziente/Consensi-informati/ og https://vimeo.com/679070846).
- Træn personalet til at udføre samtykkeadministrationen under hver indlæggelsesfase og giv yderligere information, hvis patienterne deltager i en bestemt undersøgelse.
BEMÆRK: Hvis RPA ikke er underskrevet, indsamles biologiske prøver ikke. - Undgå at inkludere tilfælde, der har præsenteret infektion med SARS-CoV-2 (COVID-19), hepatitis B (HBV), hepatitis C (HCV) og human immundefektvirus (HIV).
2. Biobank software
- Brug software til laboratorieinformationsstyringssystem (LIMS) til at spore alle biologiske prøver. Sørg for tilgængeligheden af et godt operativsystem, der automatisk indhenter personlige og kliniske oplysninger ved patientregistrering og kan integreres med medicinske journaler, administrative sager, RPA og patientpatologiske data, som vist i figur 2.
- Sørg for registrering af de biologiske prøver ved hjælp af biobanksoftwaren.
- Identificer patienter ved hjælp af koder. Tildel en unik kode til hver enkelt person, der matcher journalnummeret (individuelt besøg, type patienttjeneste).
BEMÆRK: Under registreringen opdateres den videnskabelige RPA elektronisk i operativsystemet.
- Identificer patienter ved hjælp af koder. Tildel en unik kode til hver enkelt person, der matcher journalnummeret (individuelt besøg, type patienttjeneste).
- Generer et aliquot-id
- Angiv året og det anatomiske sted eller den biofluidtype (tabel 1), hvorfra prøven stammer (tabel 2), og tilføj et progressivt unikt tal pr. prøve.
- For bilaterale organer skal du tilføje et fortløbende nummer for at skelne oprindelsen af den biologiske prøve fra højre eller venstre organ. Tildel forkortelsen med suffikset 1 (for venstre) eller 2 (for højre)-to cifre.
BEMÆRK: For eksempel ser et detaljeret ID ud som "12-B-00100-01", hvor 12 angiver året, og B angiver organet = bryst.
- Tilmeld dig med et id for hver aliquot
- Spor to makrotyper af biologiske prøver: faste stoffer og væsker.
- Opdel i underkategorier: friske prøver og frosne prøver.
Figur 2: En repræsentativ grænseflade til biobank LIMS. Den videnskabelige RPA opdateres elektronisk fra den kliniske journalserver. Forkortelser: LIMS = laboratorieinformationsstyringssystem; RPA = Aftale om forskningsdeltagelse. Klik her for at se en større version af denne figur.
Tabel 1: Biofluidtyper og tilsvarende koder. Klik her for at downloade denne tabel.
Tabel 2: Vævsprøvetyper og tilsvarende koder. Klik her for at downloade denne tabel.
3. Indsamling af prøver
- Daglig kirurgi plan forberedelse
- Bestem, om patienten har underskrevet RPA eller ej, og om de er berettigede.
- Kontroller følgende betingelser:
- Kontroller patientens overholdelse af inklusionskriterierne: rapporter ethvert positivt tilfælde af HIV, HBV, HCV og COVID-19 i det relevante infektionsrisiko "RI" -felt for at undgå indsamling af biologiske prøver.
- Kontroller, om patienten er tilmeldt et klinisk forsøg eller et specifikt godkendt forskningsprojekt, ved at udfylde feltet Studie/Projekt korrekt i hver patientprofil.
- Informer teknikere, hvis risikoen for infektion er ukendt; kassere prøver med positive resultater eller ukendte risici.
- Behandle og opbevare prøver i biobanken, som vist i figur 3.
- Saml friske og frosne vævsprøver relateret til patienter, der blev opereret.
- Saml cytologiske prøver, enten ved aspirative eller esfoliative teknikker, til kirurgisk fjernede små læsioner.
- Indsamle biologiske væsker (f.eks. blod, serum, plasma, PBMC, bukkal vatpind, urin, afføring og ascites) fra patienter i præhospitaliseringsfasen, patienter, der er indskrevet i kliniske forsøg, og ethvert andet emne, der er involveret i godkendte screeningsprojekter.
Figur 3: Prøvehierarki. Fra en enkelt patient behandles og opbevares flere underkategorier af episoder i biobanken. Forkortelser: PMBC'er = mononukleære celler i perifert blod; LIMS = laboratorieinformationsstyringssystem. Klik her for at se en større version af denne figur.
4. Indsamling af blodprøver
- Saml patientens blod i 6 ml vacutainers indeholdende antikoagulantia Na 2 EDTA (7,2 mg, spraytørret). Registrer de ledige stoffer, der er mærket med nummeret på journalen og episodekoden, og behandl dem på to forskellige måder: friske eller frosne.
- For friske prøver skal du registrere blodprøverne i biobanksoftwaren. Mærk vacutainerne med biobank-id-koden og aflever dem til de autoriserede brugere.
- For frosne prøver, der opbevares i biobanken, fremstilles to Cryobank 2D-kodede rør, hver på 900 μL blod (figur 4). Registrer alikvoterne i biobanksoftwaren, læg dem på en bestemt stregkodeplade, og opbevar dem i frysere (-80 °C) for at sikre en konstant temperatur.
Figur 4: Frosne prøvematerialer . (A) 2D stregkoderør, (B) stregkodelæser til enkeltrør og (C) rørplade til registrering og opbevaring. Klik her for at se en større version af denne figur.
5. Indsamling af serumprøver
- Saml patientens blod i 6 ml vacutainer "plastserumrør" indeholdende spraybelagt silica for at fremkalde koagulation. Lad støvsugerne stå i 3 timer ved stuetemperatur (RT) for at fremkalde koagulation, og centrifuger derefter ved 828 x g i 10 minutter ved 20 °C.
- Opbevar serum (450 μL) i 0,5 ml Cryobank 2D-kodede rør med i alt 3-4 alikvoter for hver prøve. Hvis serumvolumenet for den sidste aliquot er mindre end 450 μL, angives det som "LEFTOVER" under registreringen for at spore den korrekte mængde serumfrosset.
- Registrer alikvoterne i biobanksoftwaren, læg dem på en bestemt stregkodeplade, og opbevar dem i frysere (-80 °C) for at sikre en konstant temperatur.
BEMÆRK: Antallet af aliquoter afhænger af den oprindelige mængde fuldblod taget og mængden af opnået serum.
6. Isolering af mononukleære celler i perifert blod
- Åbn den laminære flowhætte, og rengør den med 70% ethanol. Forbered posen til biologisk affald, sterilt 1x fosfatbufferet saltvand (PBS) og et tomt sterilt 50 ml konisk rør.
- Hæld blodet (fra EDTA-opsamlingsrør) i det tomme sterile 50 ml koniske rør og fortynd det 1:1 med sterilt 1x PBS (f.eks. 15 ml blod + 15 ml 1x PBS). Brug PBS til at skylle blodrøret.
- Centrifuger rørene ved 400 x g i 30 minutter ved 20 °C, og behandl rørene under en biologisk farlig emhætte. Gendan det midterste hvide lag indeholdende PBMC'er ved hjælp af en Pasteur-pipette, og læg det i et nyt sterilt 50 ml konisk rør. Tilsæt op til 45 ml PBS for at vaske PBMC'erne, bland og centrifuge ved 400 x g i 10 minutter ved 4 °C. Gendan pellet, suspender det i PBS, og tæl cellerne ved hjælp af engangs Burker-kamre.
BEMÆRK: Mængden af PBS afhænger af pellet. Fra 15 ml blod skal du sikre et resuspensionsvolumen på 2-3 ml og derefter en fortynding på 1:10 for at tælle. Brug ligning (1):
Gennemsnit af 3 kvadrater × 10.000 × fortyndingsfaktorer × ml resuspensionsvolumen = antal samlede celler (1) - PBMC'erne vaskes igen med PBS, blandes og centrifugeres ved 400 x g i 10 minutter ved 4 °C. PBMC'erne fortyndes ved 2-3 x 106 celler/ml i frysemediet (føtalt bovint serum (FBS) + 10% dimethylsulfoxid [DMSO]). Forbered Cryobank 2D-kodede rør ved at overføre 1 ml resuspenderede celler til hvert kryorør, læg dem i en bestemt kryokasse, og opbevar dem ved -80 ° C så hurtigt som muligt.
BEMÆRK: Frysemediet består af FBS med steril 10% DMSO og opbevares i alikvoter ved -20 °C i op til 6 måneder. Når det er langsomt optøet ved 4 °C, skal det anvendes inden for 2 uger.
7. Indsamling af plasmaprøver
- Saml patientens blod i 6 ml vacutainers indeholdende antikoagulantia Na 2 EDTA (7,2 mg, spraytørret). Vakuumbeholderen med fuldblod centrifugeres ved 2.000 x g i 10 minutter ved 4 °C for at adskille plasmaet.
- Det øverste lag af plasmaet fjernes ved hjælp af en 3 ml Pasteur-pipette, overføres til et sterilt 15 ml konisk sterilt rør, og centrifuge ved 16.000 x g i 10 minutter ved 4 °C for at eliminere forurenende blodlegemer. Overfør plasmaet til 1 ml Cryobank 2D-kodede rør.
- Registrer alikvoterne i biobanksoftwaren, læg dem på en bestemt stregkodeplade, og opbevar dem i en fryser (-80 °C) for at sikre en konstant temperatur.
8. Prøveindsamling af afføring og bukkal vatpind
- Der opsamles afføring og bukkale vatpinde i 15 ml rør indeholdende følgende specifikke opløsning: 50 mM Tris-HCI, 10 mM NaCl og 10 mM EDTA, pH 7,5.
- Registrer rørene i biobanksoftwaren. Mærk rørene med biobankkoderne.
- Opbevar afføring og vatpinde ved 4 °C i biobankens køleskab.
9. Vævsbehandling
- Få vævsprøver undersøgt af en patolog for at afgøre, om det materiale, der ikke er nødvendigt til diagnostiske procedurer, er tilstrækkeligt til forskningsformål.
BEMÆRK: Når vævsvolumenet er mindre end 1,5 mm3, opbevares det enten i OLT eller leveres som en frisk prøve (A) knyttet til en specifik forskningsanmodning. - Når det er muligt, skal du indsamle selv det ikke-patologiske modstykke (NP) af det patologiske væv (P). Prøverne anbringes i sterilcellekultur Petri-retter mærket P og NP (figur 5). Hold vævet på isen ved 4 °C og del det i tre dele hver (A, B og C), hvis der er nok materiale til rådighed.
- Friske vævsprøver (A): Anbring friske alikvoter af P- og NP-væv i rør med det relevante dyrkningsmedium, der er defineret i hver specifik protokol, og send dem til eksterne forskningsenheder (f.eks. forskningslaboratorier).
- OCT-vævsprøver (B): anbring friske alikvoter af P - og NP-væv i cryomolds, fyld dem med OCT-harpiks (10,24% polyvinylalkohol, 4,26% polyethylenglycol og 85,5% ikke-reaktive ingredienser), og anbring dem straks i et lynfryseapparat ved -80 °C.
BEMÆRK: Ved -80 ° C tager OCT-indlejret væv fra 60-150 s at fryse. - Vævsprøver (C): De resterende vævsprøver anbringes i Cryobank 2D-kodede rør i flash-freeze-apparatet.
- Pladerne opbevares ved -80 °C.
BEMÆRK: For hver frossen OCT-aliquot skal du udføre en kvalitetskontroltest inden distribution og dens anvendelse for at få en histologisk evaluering som beskrevet i afsnit 11.
Figur 5: Biobank arbejdsgang for vævsprøver. Forkortelser: LIMS = laboratorieinformationsstyringssystem; OCT = optimal skæretemperatur. Klik her for at se en større version af denne figur.
10. Fastfrysning af væv
- Frys væv hurtigt i isopentandampe ved hjælp af et flash-fryseapparat. Vævsprøverne anbringes i isopentan ved -120 °C i 3 minutter og opbevares i kryopræserveringsrummene ved -80 °C.
BEMÆRK: To metoder anvendes til frysning af prøver af tumor og sundt væv ved hjælp af flashfrysning for at opretholde nukleinsyrernes integritet.
11. Kvalitetskontrol af væv
- Hus kryostatinstrumentet i en kølebeholder ved en temperatur mellem -20 ° C og -40 ° C, og skær et par kryosektioner fra OCT-blokken17. Udfør hæmatoxylin og eosin (H&E) farvning på vævet kryosektion18. Analyser vævets morfologi under et optisk mikroskop19.
BEMÆRK: Sektionerne har en passende tykkelse fra 3-12 μm.- Udfyld en særlig formular (tabel 3).
Tabel 3: Kvalitetskontrolform af OCT-indlejrede og frosne vævsafsnit. Forkortelse: OCT = optimal skæretemperatur. Klik her for at downloade denne tabel.
12. Anmodning om og hentning af prøver til forskningsformål
- Anmod om gemte alikvoter:
- Få en udfyldt formular med forskningsprojektets navn, hovedforsker (PI), afhentningsdato og en kort beskrivelse. Kør en forespørgsel i softwaredatabasen (DB), vælg aliquot, generer en afhentningsliste for teknikerne, og kontroller stregkoden for hver hentet aliquot.
BEMÆRK: For at få prøver fra biobanken skal forskere fra vores institut eller eksterne samarbejdspartnere (for-profit eller non-profit) ansøge ved hjælp af en bestemt formular, og projektet evalueres af en teknisk-videnskabelig komité og den etiske komité.
- Få en udfyldt formular med forskningsprojektets navn, hovedforsker (PI), afhentningsdato og en kort beskrivelse. Kør en forespørgsel i softwaredatabasen (DB), vælg aliquot, generer en afhentningsliste for teknikerne, og kontroller stregkoden for hver hentet aliquot.
Representative Results
Efter de ovenfor beskrevne SOP'er indsamlede vi i alt 38.446 kommenterede biologiske flydende biopsier og i alt 10.205 vævsprøver fra april 2012 til december 2021 (figur 6A). Derudover analyserede vi detaljeret de indsamlede prøver fra divisionerne urologi, gynækologi, senologi samt divisionerne hoved og nakke, abdominal-bækken og thoraxkirurgi. Det højeste antal vævsprøver, vi indsamlede, var fra brysttumorer (figur 6B, C). Siden 2019 er vi også begyndt at indsamle andre biologiske prøver, såsom urin, afføring og bukkale vatpinde, efter den markant øgede efterspørgsel gennem årene (figur 6D).
Som vist i figur 6A led mængden af indsamlede prøver, navnlig væv, i 2020-2021 som følge af covid-19-pandemien og den dermed forbundne reduktion i onkologiske procedurer. Det er vigtigt, at det videnskabelige arbejde ikke blev mindre i denne periode på grund af brugen af korrekt opbevarede og kommenterede biobankprøver indsamlet i de foregående år. Korrekt indsamling af biologiske prøver og tilhørende kliniske data gjorde det muligt for os at have en velstruktureret og konkurrencedygtig retrospektiv og potentiel biobank. Til dette formål skal udvælgelsen af den kirurgiske prøve udføres af patologen, både for at sikre en korrekt diagnose og have mulighed for at udføre forskning med passende vævsprøver. I vores biobank er specifikke arbejdsgange fast etableret og fulgt, så vi anvender standardiserede procedurer, der overholder certificeringen ISO 9001 i forbindelse med biobanker til forskning.
Figur 6: Biobanks kumulative samling af biospecimens på Det Europæiske Institut for Onkologi fra 2012 til 2021. Kumulativ indsamling af (A) vævsprøver (orange kurve) og blod med serumprøver (blå kurve); kumulativ indsamling af (B) brystvævsprøver (rød kurve); kumulativ indsamling af (C) prøver af ovarievæv (grøn kurve), prostata (grå kurve), lunge (lyseblå kurve) og tyktarmsvævsprøver (gul kurve). Fra 2019 til 2021 kumulativ indsamling af (D) yderligere biologiske prøver: afføring (blå linje), en bukkal vatpind (lyserød linje), plasma (lysegrøn linje) og urin (violet linje). Klik her for at se en større version af denne figur.
Discussion
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.
Disclosures
Forfatterne har ingen interessekonflikter at oplyse.
Acknowledgments
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.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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. , Bentham Science Publishers. (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.
- Mendoza, A. S., Bishop, J. 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.
- 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).
