Summary
Biobanken zijn cruciale bronnen voor biomedisch onderzoek en de Biobank for Translational and Digital Medicine Unit van het European Institute of Oncology is een model op dit gebied. Hier geven we een gedetailleerde beschrijving van de standaard operationele procedures van biobanken voor het beheer van verschillende soorten menselijke biologische monsters.
Abstract
Biobanken zijn belangrijke onderzoeksinfrastructuren gericht op het verzamelen, opslaan, verwerken en delen van hoogwaardige menselijke biologische monsters en bijbehorende gegevens voor onderzoek, diagnose en gepersonaliseerde geneeskunde. De Biobank for Translational and Digital Medicine Unit van het European Institute of Oncology (IEO) is een mijlpaal op dit gebied. Biobanken werken samen met klinische divisies, interne en externe onderzoeksgroepen en de industrie en ondersteunen de behandeling en wetenschappelijke vooruitgang van patiënten, waaronder innovatieve diagnostiek, ontdekking van biomarkers en ontwerp van klinische proeven. Gezien de centrale rol van biobanken in modern onderzoek, moeten biobanking standard operating procedures (SOP's) uiterst nauwkeurig zijn. SOP's en controles door gecertificeerde specialisten zorgen voor de hoogste kwaliteit van monsters voor de implementatie van op wetenschap gebaseerde, diagnostische, prognostische en therapeutische gepersonaliseerde strategieën. Ondanks talrijke inspanningen om biobanken te standaardiseren en te harmoniseren, zijn deze protocollen, die een strikte reeks regels, kwaliteitscontroles en richtlijnen volgen op basis van ethische en juridische principes, echter niet gemakkelijk toegankelijk. Dit artikel presenteert de biobank standaard operationele procedures van een groot kankercentrum.
Introduction
Biobanken zijn biorepositories gericht op het verzamelen, opslaan, verwerken en delen van menselijke biologische monsters en bijbehorende gegevens voor onderzoek en diagnose. Hun rol is niet alleen cruciaal voor de ontdekking en validatie van biomarkers, maar ook voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen1. Vandaar dat de overgrote meerderheid van translationele en klinische onderzoeksprogramma's afhankelijk is van toegang tot hoogwaardige biospecimens. In dit opzicht worden biobanken beschouwd als een brug tussen academisch onderzoek en de farmaceutische/biotechnologische industrie 2,3,4,5. Vanwege de ongekende mogelijkheden die het verzamelen van big data en kunstmatige intelligentie biedt, evolueert de rol van biobanken in kankeronderzoek voortdurend6.
Het brede spectrum van biomaterialen die door biobanken worden behandeld, is gekoppeld aan clinicopathologische informatie, waaronder demografische en omgevingsgegevens, tumortype, histologische graad, stadium, aanwezigheid van lymfovasculaire invasie en biomarkersstatus 7,8. Hoe meer hoogwaardige specimens en gegevens beschikbaar zijn, hoe sneller het onderzoek zal vorderen en van invloed zal zijn op de zorgverlening9. Er is een strikt regelgevingskader op basis van ethische en juridische principes die algemeen aanvaarde SOP's, kwaliteitscontroles en richtlijnen moeten volgen (bijvoorbeeld het Amerikaanse National Cancer Institute, de Britse Confederatie van Kankerbiobanken en de EU International Society for Biological and Environmental Repositories)10,11.
De ontwikkeling van SOP's voor alle belangrijke aspecten van biobanken brengt verschillende voordelen met zich mee op het gebied van kwaliteit, traceerbaarheid, consistentie, reproduceerbaarheid en doorlooptijden12,13. Een ander belangrijk aspect van de implementatie van SOP wordt vertegenwoordigd door de optimalisatie van het biobankbeheer, wat betere probleemoplossing en alternatieve procedures voor biobankmedewerkers en onderzoekers mogelijk maakt14. Al deze facetten maken deel uit van de biobankworkflow (figuur 1).
Figuur 1: Verschillende factoren die bijdragen aan de optimalisatie van biobanking. Afkorting: LIMS = laboratoriuminformatiebeheersysteem. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Deze zeer specifieke en gevoelige gegevens vereisen strenge managementstandaardprocedures in biobanking. Een gedetailleerd en gevalideerd projectformulier moet beschikbaar worden gesteld aan alle onderzoekers die toegang moeten krijgen tot de biobankmonsters en -gegevens. De informatie in het verzoek moet de onderzoeksmethodologie en -opzet, doelen, doelstellingen en budget omvatten. Er moet een technisch wetenschappelijk comité voor de biobank worden opgericht met als kapitaalrol de beoordeling van aanvragen voor onderzoeksprojecten. Dit orgaan moet leden van de biobankeenheid, klinische afdelingen, onderzoeksgroepen, gegevensbescherming, juridisch kantoor en bureau voor technologieoverdracht omvatten.
De Biobank for Translational and Digital Medicine Unit van het European Institute of Oncology (IEO) is een wereldwijde referentie voor biobanken in termen van de kwaliteit en kwantiteit van de geleverde diensten, evenals innovatie. Deze volledig gecertificeerde faciliteit (UNI EN ISO 9001:2015-Certiquality) is een integraal onderdeel van het BBMRI-ERIC Italiaanse knooppunt (d.w.z. Biobanking and BioMolecular Resources Research Infrastructure) en werkt samen met zowel klinische eenheden als onderzoeksinfrastructuur.
Er is een grote heterogeniteit in de soorten biospecimens die door biobanken worden opgeslagen. Deze omvatten weefselmonsters - vers ingevroren of paraffine geconserveerde - biovloeistoffen (bijv. Plasma, serum, bloed, urine, ontlasting), celculturen en perifere mononucleaire bloedcellen (PBMC's). Onze biobank werkt synergetisch met de Europese onderzoeksinfrastructuur voor biobanking (BBMRI-ERIC), een van de grootste biobanknetwerken in Europa en biedt een portaal voor toegang tot biobanken en biomoleculaire hulpbronnen gecoördineerd door nationale knooppunten15. Naast BBMRI-ERIC heeft ook de International Society for Biological and Environmental Repositories (ISBER) een belangrijke rol gespeeld bij de standaardisatie van operationele procedures voor biobanking16.
De Biobank Unit, die deel uitmaakt van de afdeling Pathologie, zet zich in voor de centraliteit van de patiënt, ondersteuning voor de ontwikkeling van klinisch onderzoek, continue verbetering, de verbetering van human resources, internationale samenwerking, ondersteuning voor trainingsevenementen, veiligheid op de werkplek en wetenschappelijke en technologische groei. De gemeenschappelijke visie is om de nationale en Europese oriëntatiepunten voor biobanken op te zetten in termen van de kwaliteit en kwantiteit van diensten en innovatie. De verzamelde biologische monsters worden gebruikt om nieuwe biomarkers en nieuwe geneesmiddelen te identificeren (bijvoorbeeld om steeds meer gepersonaliseerde therapieën te ontwikkelen) en om de best beschikbare behandeling voor patiënten te garanderen door middel van excellentie in onderzoek.
Elk biologisch specimen wordt verzameld en behandeld na voorafgaande verificatie op de aanwezigheid van de overeenkomst voor deelname aan wetenschappelijk onderzoek, uitgedrukt door de patiënt15. Biologisch verzamelde monsters worden gebruikt om onderzoeksprojecten of klinische proeven uit te voeren en omvatten overtollige (d.w.z. niet nodig voor diagnostische doeleinden) pathologische en niet-pathologische chirurgische monsters, vloeibare biopsieën (bijv. Bloed, serum, plasma en urine) en andere biologische monsters. Deze biomaterialen worden opgeslagen volgens speciale cryopreservatieprotocollen. Dit artikel geeft de biobankprotocollen van een groot kankercentrum.
Protocol
Dit protocol richt zich op de SOP's die worden gebruikt voor borst-, eierstok-, prostaat-, long- en darmkanker. Alle hier beschreven procedures zijn goedgekeurd door de Scientific Technical Committee, Ethics Committee (EC) en de directeuren van borst-, gynaecologie-, urologie-, thoracale chirurgie- en spijsverteringsstelselchirurgieprogramma's. De studieprocedures volgen de Verklaring van Helsinki van 1964, de Algemene Verordening Gegevensbescherming (AVG) van 2018 en de daaropvolgende wijzigingen. Een institutionele onderzoeksparticipatieovereenkomst (RPA), afgeleid van de GDPR-wet, vertegenwoordigt de geïnformeerde toestemming van alle patiënten om biologische monsters en persoonlijke, klinische en genetische gegevens te verzamelen. De RPA werd verkregen van alle patiënten voor opslag, verwerking en gebruik van de verkregen gegevens voor wetenschappelijke doeleinden.
1. Vereisten voor biologische monsters
- Controleer of een patiënt voldoet aan de voorwaarden voor inschrijving op basis van het RPA- en projectprotocol en geef een gedetailleerde RPA-beschrijving aan alle patiënten.
- Verhoog de betrokkenheid van patiënten, bijvoorbeeld door een educatieve cartoonvideo uit te zenden in wachtkamers om de patiënten te informeren over het belang en de impact van RPA. Geef gadgetbladwijzers aan alle patiënten (zie de vrij toegankelijke korte cartoonanimatie op https://www.ieo.it/it/PER-I-PAZIENTI/I-diritti-del-paziente/Consensi-informati/ en https://vimeo.com/679070846).
- Train het personeel om de toestemmingsadministratie uit te voeren tijdens elke ziekenhuisopnamefase en geef aanvullende informatie als de patiënten deelnemen aan een specifiek onderzoek.
OPMERKING: Als de RPA niet is ondertekend, worden biologische monsters niet verzameld. - Vermijd het opnemen van gevallen die een infectie door SARS-CoV-2 (COVID-19), hepatitis B (HBV), hepatitis C (HCV) en humaan immunodeficiëntievirus (HIV) hebben gepresenteerd.
2. Biobank software
- Gebruik LIMS-software (Laboratory Information Management System) om alle biologische monsters te volgen. Zorg voor de beschikbaarheid van een goed besturingssysteem dat automatisch persoonlijke en klinische informatie verkrijgt bij de registratie van patiënten en kan worden geïntegreerd met medische dossiers, administratieve zaken, RPA en pathologische gegevens van patiënten, zoals weergegeven in figuur 2.
- Zorg voor de registratie van de biologische monsters met behulp van de biobanksoftware.
- Identificeer patiënten met behulp van codes. Wijs een unieke code toe aan elk individu, die overeenkomt met het medische dossiernummer (individueel bezoek, type patiëntservice).
OPMERKING: Tijdens de registratie wordt de Wetenschappelijke RPA elektronisch bijgewerkt in het besturingssysteem.
- Identificeer patiënten met behulp van codes. Wijs een unieke code toe aan elk individu, die overeenkomt met het medische dossiernummer (individueel bezoek, type patiëntservice).
- Genereer een aliquot-ID
- Vermeld het jaar en de anatomische plaats of het biofluïde type (tabel 1) waaruit het monster afkomstig is (tabel 2) en voeg een progressief uniek getal per monster toe.
- Voeg voor bilaterale organen een sequentieel getal toe om de oorsprong van het biologische monster te onderscheiden van het rechter- of linkerorgaan. Wijs de afkorting toe met het achtervoegsel 1 (voor links) of 2 (voor rechts) - twee cijfers.
OPMERKING: Een gedetailleerde ID ziet er bijvoorbeeld uit als "12-B-00100-01", waarbij 12 het jaar aangeeft en B het orgaan = borst.
- Registreer met een ID voor elke aliquot
- Volg twee macrotypen biologische monsters: vaste stoffen en vloeistoffen.
- Verdeel in subcategorieën: verse monsters en bevroren monsters.
Figuur 2: Een representatieve interface van biobank LIMS. De wetenschappelijke RPA wordt elektronisch bijgewerkt vanaf de klinische dossierserver. Afkortingen: LIMS = laboratoriuminformatiebeheersysteem; RPA = Overeenkomst voor deelname aan onderzoek. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Tabel 1: Biofluïde types en bijbehorende codes. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Tabel 2: Soorten weefselmonsters en bijbehorende codes. Klik hier om deze tabel te downloaden.
3. Monsterverzameling
- Dagelijkse voorbereiding van het operatieplan
- Bepaal of de patiënt de RPA heeft ondertekend of niet en of ze in aanmerking komen.
- Controleer de volgende voorwaarden:
- Controleer of de patiënt voldoet aan de inclusiecriteria: meld elk positief geval van HIV, HBV, HCV en COVID-19 in het juiste veld voor infectieus risico "RI" om te voorkomen dat biologische monsters worden verzameld.
- Controleer of de patiënt is ingeschreven voor een klinisch onderzoek of een specifiek goedgekeurd onderzoeksproject door het veld Studie/Project in elk patiëntenprofiel correct in te vullen.
- Informeer technici als het risico op infectie onbekend is; specimens met positieve resultaten of onbekende risico's weggooien.
- Verwerk en bewaar monsters in de biobank, zoals weergegeven in figuur 3.
- Verzamel verse en bevroren weefselmonsters met betrekking tot patiënten die een operatie hebben ondergaan.
- Verzamel cytologische monsters, hetzij door aspiratieve of esfoliatieve technieken, voor chirurgisch verwijderde kleine laesies.
- Verzamel biologische vloeistoffen (bijv. Bloed, serum, plasma, PBMC, buccaal wattenstaafje, urine, uitwerpselen en ascites) van patiënten in de prehospitalisatiefase, patiënten die zijn ingeschreven in klinische onderzoeken en elke andere proefpersoon die betrokken is bij goedgekeurde screeningsprojecten.
Figuur 3: Voorbeeldhiërarchie. Van een enkele patiënt worden verschillende subcategorieën van episodes verwerkt en opgeslagen in de biobank. Afkortingen: PMBC's = perifere bloed mononucleaire cellen; LIMS = laboratoriuminformatiebeheersysteem. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
4. Bloedafname
- Verzamel het bloed van de patiënt in 6 ml vacutainers die het antistollingsmiddel Na2 EDTA bevatten (7,2 mg, gesproeidroogd). Registreer de vacutainers gelabeld met het nummer van het medisch dossier en de afleveringscode en verwerk ze op twee verschillende manieren: vers of bevroren.
- Voor verse monsters registreert u de bloedmonsters in de biobanksoftware. Label de vacutainers met de biobank ID-code en lever ze aan de geautoriseerde gebruikers.
- Voor bevroren monsters die in de biobank zijn opgeslagen, bereidt u twee Cryobank 2D-gecodeerde buizen voor, elk van 900 μL bloed (figuur 4). Registreer de aliquots in de biobanksoftware, plaats ze op een specifieke barcodeplaat en bewaar ze in diepvriezers (−80 °C) om een constante temperatuur te garanderen.
Figuur 4: Bevroren monstermaterialen. (A) 2D-streepjescodebuizen, (B) barcodelezer voor enkele buis en (C) buisplaat voor registratie en opslag. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
5. Verzameling van serummonsters
- Verzamel het bloed van de patiënt in 6 ml vacutainer "plastic serumbuizen" met gespoten silica om stolling te induceren. Laat de vacutainers gedurende 3 uur bij kamertemperatuur (RT) staan om stolling te induceren en centrifugeer vervolgens bij 828 x g gedurende 10 minuten bij 20 °C.
- Bewaar serum (450 μL) in 0,5 ml Cryobank 2D-gecodeerde buizen met een totaal van 3-4 aliquots voor elk monster. Als het serumvolume van de laatste aliquot minder dan 450 μL is, specificeer het dan als "LEFTOVER" tijdens de registratie om de juiste hoeveelheid bevroren serum te volgen.
- Registreer de aliquots in de biobanksoftware, plaats ze op een specifieke barcodeplaat en bewaar ze in diepvriezers (−80 °C) om een constante temperatuur te garanderen.
OPMERKING: Het aantal aliquots hangt af van de initiële hoeveelheid volbloed en de hoeveelheid serum die wordt verkregen.
6. Perifere mononucleaire celisolatie in het bloed
- Open de laminaire stromingskap en reinig deze met 70% ethanol. Bereid de zak voor biologisch afval, steriele 1x fosfaat-gebufferde zoutoplossing (PBS) en een lege steriele 50 ml conische buis.
- Giet het bloed (uit EDTA-verzamelbuizen) in de lege steriele conische buis van 50 ml en verdun het 1: 1 met steriele 1x PBS (bijv. 15 ml bloed + 15 ml 1x PBS). Gebruik de PBS om de bloedbuis te spoelen.
- Centrifugeer de buizen bij 400 x g gedurende 30 minuten bij 20 °C en verwerk de buizen onder een biohazard kap. Herstel de middelste witte laag met PBMC's met behulp van een Pasteur-pipet en plaats deze in een nieuwe steriele conische buis van 50 ml. Voeg tot 45 ml PBS toe om de PBMC's te wassen, meng en centrifugeer op 400 x g gedurende 10 minuten bij 4 °C. Herstel de pellet, resuspendeer het in PBS en tel de cellen met behulp van wegwerp Burker-kamers.
OPMERKING: Het volume van PBS is afhankelijk van de pellet. Zorg vanaf 15 ml bloed voor een resuspensievolume van 2-3 ml en vervolgens een verdunning van 1:10 om te tellen. Gebruik vergelijking (1):
Gemiddelde van 3 vierkanten × 10.000 × verdunningsfactoren × ml resuspensievolume = aantal totale cellen (1) - Was de PBMC's opnieuw met PBS, meng en centrifugeer op 400 x g gedurende 10 minuten bij 4 °C. Verdun de PBMC's op 2-3 x 106 cellen /ml in vriesmedium (foetaal runderserum (FBS) + 10% dimethylsulfoxide [DMSO]). Bereid Cryobank 2D-gecodeerde buizen voor door 1 ml geresuspendeerde cellen in elke cryobuis over te brengen, plaats ze in een specifieke cryobox en bewaar ze zo snel mogelijk bij −80 °C.
OPMERKING: Vriesmedium bestaat uit FBS met steriele 10% DMSO en wordt gedurende maximaal 6 maanden bewaard in aliquots bij −20 °C. Eenmaal langzaam ontdooid bij 4 °C, moet het binnen 2 weken worden gebruikt.
7. Verzameling van plasmamonsters
- Verzamel het bloed van de patiënt in 6 ml vacutainers die het antistollingsmiddel Na2 EDTA bevatten (7,2 mg, gesproeidroogd). Centrifugeer het vacutainer met het volbloed bij 2.000 x g gedurende 10 minuten bij 4 °C om het plasma te scheiden.
- Verwijder de bovenste laag van het plasma met behulp van een Pasteur-pipet van 3 ml, breng over in een steriele conische steriele buis van 15 ml en centrifugeer bij 16.000 x g gedurende 10 minuten bij 4 °C om verontreinigende bloedcellen te elimineren. Breng het plasma over in 1 ml Cryobank 2D gecodeerde buizen.
- Registreer de aliquots in de biobanksoftware, plaats ze op een specifieke barcodeplaat en bewaar ze in een vriezer (−80 °C) om een constante temperatuur te garanderen.
8. Verzameling van ontlasting en buccale swabmonsters
- Verzamel uitwerpselen en buccale swabs in buizen van 15 ml met de volgende specifieke oplossing: 50 mM Tris-HCl, 10 mM NaCl en 10 mM EDTA, pH 7,5.
- Registreer de buizen in de biobanksoftware. Label de buizen met de biobankcodes.
- Bewaar de uitwerpselen en buccale swabs bij 4 °C in de biobankkoelkast.
9. Weefselverwerking
- Laat weefselmonsters onderzoeken door een patholoog om te bepalen of het materiaal dat niet nodig is voor diagnostische procedures voldoende is voor onderzoeksdoeleinden.
OPMERKING: Wanneer het volume weefsel minder dan 1,5 mm3 bedraagt, wordt het ofwel opgeslagen in LGO of verstrekt als een vers monster (A) gekoppeld aan een specifiek onderzoeksverzoek. - Verzamel waar mogelijk zelfs de niet-pathologische tegenhanger (NP) van het pathologische weefsel (P). Plaats de monsters in steriele celkweek petrischalen met het label P en NP (figuur 5). Houd het weefsel op het ijs op 4 °C en verdeel het in drie delen (A, B en C) als er voldoende materiaal beschikbaar is.
- Verse weefselmonsters (A): plaats verse aliquots P- en NP-weefsel in buizen met het juiste kweekmedium dat in elk specifiek protocol is gedefinieerd en stuur ze naar externe onderzoekseenheden (bijv. onderzoekslaboratoria).
- OCT-weefselmonsters (B): plaats verse aliquots van P - en NP-weefsel in cryomolds, vul ze met OCT-hars (10,24% polyvinylalcohol, 4,26% polyethyleenglycol en 85,5% niet-reactieve ingrediënten) en plaats ze onmiddellijk in een flash-freeze-apparaat bij −80 °C.
OPMERKING: Bij −80 °C duurt oct-ingebed weefsel van 60-150 s om te bevriezen. - Weefselmonsters (C): plaats de resterende weefselmonsters in Cryobank 2D-gecodeerde buizen in het flash-freeze-apparaat.
- Bewaar de platen bij −80 °C.
OPMERKING: Voer voor elke bevroren LGO-aliquot een kwaliteitscontroletest uit vóór distributie en het gebruik ervan om een histologische evaluatie te hebben, zoals beschreven in rubriek 11.
Figuur 5: Biobankworkflow voor weefselmonsters. Afkortingen: LIMS = laboratoriuminformatiebeheersysteem; OCT = optimale snijtemperatuur. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
10. Invriezen van weefsel
- Vries weefsel snel in isopentaandampen met behulp van een flash-freeze-apparaat. Doe de weefselmonsters in isopentaan bij −120 °C gedurende 3 min en bewaar ze in de cryopreservatiekamers bij −80 °C.
OPMERKING: Twee methodologieën worden gebruikt voor het bevriezen van monsters van tumor en gezond weefsel met behulp van flash freeze om de integriteit van de nucleïnezuren te behouden.
11. Kwaliteitscontrole van het weefsel
- Huisvest het cryostaatinstrument in een gekoelde container bij een temperatuur tussen −20 °C en −40 °C, en snijd enkele cryosecties uit het OCT-blok17. Voer hematoxyline en eosine (H &E) kleuring uit op het weefsel cryosectie18. Analyseer de morfologie van het weefsel onder een optische microscoop19.
OPMERKING: De secties hebben een geschikte dikte van 3-12 μm.- Vul een specifiek formulier in (tabel 3).
Tabel 3: Vorm van kwaliteitscontrole van oct-embedded en bevroren weefselsecties. Afkorting: OCT = optimale snijtemperatuur. Klik hier om deze tabel te downloaden.
12. Aanvragen en ophalen van specimens voor onderzoeksdoeleinden
- Verzoek opgeslagen aliquots:
- Verkrijg een ingevuld formulier met de naam van het onderzoeksproject, hoofdonderzoeker (PI), ophaaldatum en een korte beschrijving. Voer een query uit op de softwaredatabase (DB), selecteer de aliquot, genereer een ophaallijst voor de technici en controleer de streepjescode voor elke opgehaalde aliquot.
OPMERKING: Om monsters van de biobank te verkrijgen, moeten onderzoekers van ons instituut of externe medewerkers (for-profit of not-for-profit) een aanvraag indienen met behulp van een specifiek formulier, en het project wordt geëvalueerd door een technisch-wetenschappelijke commissie en de ethische commissie.
- Verkrijg een ingevuld formulier met de naam van het onderzoeksproject, hoofdonderzoeker (PI), ophaaldatum en een korte beschrijving. Voer een query uit op de softwaredatabase (DB), selecteer de aliquot, genereer een ophaallijst voor de technici en controleer de streepjescode voor elke opgehaalde aliquot.
Representative Results
Na de hierboven beschreven SOP's verzamelden we in totaal 38.446 geannoteerde biologische vloeibare biopten en in totaal 10.205 weefselmonsters van april 2012 tot december 2021 (figuur 6A). Daarnaast hebben we in detail de verzamelde monsters geanalyseerd van de afdelingen Urologie, Gynaecologie, Senologie, evenals de afdelingen Hoofd-hals-, Buik-Bekken- en Thoracale Chirurgie. Het hoogste aantal weefselmonsters dat we verzamelden waren van borsttumoren (figuur 6B,C). Sinds 2019 zijn we ook begonnen met het verzamelen van andere biologische exemplaren, zoals urine, ontlasting en buccale swabs, na de aanzienlijk toegenomen vraag door de jaren heen (figuur 6D).
Zoals te zien is in figuur 6A, leed de hoeveelheid verzamelde monsters, met name weefsels, in 2020-2021 onder de COVID-19-pandemie en de daarmee samenhangende vermindering van oncologische procedures. Belangrijk is dat het wetenschappelijk werk in deze periode niet afnam door het gebruik van goed opgeslagen en geannoteerde biobankmonsters die in de voorgaande jaren zijn verzameld. Een goede verzameling van biologische specimens en bijbehorende clinicopathologische gegevens stelde ons in staat om een goed gestructureerde en concurrerende retrospectieve en prospectieve biobank te hebben. Hiertoe moet de selectie van het chirurgische monster worden uitgevoerd door de patholoog, zowel om een juiste diagnose te garanderen als om de mogelijkheid te hebben om onderzoek uit te voeren met geschikte weefselmonsters. In onze biobank worden specifieke werkprocedures stevig vastgelegd en gevolgd, zodat we gestandaardiseerde procedures toepassen die voldoen aan de certificering ISO 9001 in het kader van biobanken voor onderzoek.
Figuur 6: Biobank cumulatieve verzameling van biospecimens bij het European Institute of Oncology, van 2012 tot 2021. Cumulatieve verzameling van (A) weefselmonsters (oranje curve) en bloed met serummonsters (blauwe curve); cumulatieve verzameling van (B) borstweefselmonsters (rode curve); cumulatieve verzameling van (C) eierstokweefselmonsters (groene curve), prostaat (grijze curve), long (lichtblauwe curve) en colonweefselmonsters (gele curve). Van 2019 tot 2021, cumulatieve verzameling van (D) aanvullende biologische monsters: uitwerpselen (blauwe lijn), een buccaal wattenstaafje (roze lijn), plasma (lichtgroene lijn) en urine (violette lijn). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Discussion
Hoewel de oncologie enorme vooruitgang heeft geboekt, blijft kanker wereldwijd een belangrijke oorzaak van morbiditeit en mortaliteit20. Inzicht in tumorheterogeniteit, de temporele evolutie ervan in de loop van de tijd en de uitkomsten van gerichte behandeling zijn strikt afhankelijk van nauwkeurige gegevensverzameling in de context van routinematige klinische zorg21. In dit opzicht wint de "multi-omics" -benadering aan kracht in de oncologische voorspellende pathologie22. De traditionele op weefsel gebaseerde biomarkerbeoordeling wordt geïntegreerd met behulp van meerdere nieuwe bioanalyten, zoals bloed, plasma, urine, speeksel en ontlasting 23,24,25,26. Daarom worden biobanken nu erkend als cruciale infrastructuren om de klinische praktijk te verbeteren. Terugkijkend op de geschiedenis van kankeronderzoek, realiseren we ons dat de meest indrukwekkende en baanbrekende ontdekkingen nooit mogelijk zouden zijn geweest zonder direct onderzoek van kankerweefsel of vloeibare biopsieën. In de loop van de tijd is de bron van kankerweefsel en het type vloeibare biopsie dat moet worden onderzocht geëvolueerd van ruwe dissecties, willekeurige "toevallige ontmoetingen" en in sommige gevallen illegale handel naar georganiseerde kankercollecties en strategische moderne oncologiebanken. De overweging van veel ethische kwesties is aanzienlijk veranderd, zowel in de praktijk als in de belangrijkste factoren die moderne oncologiebanken onderscheiden van de oncologische collecties uit het verleden.
Vanwege de vooruitgang in kankeronderzoek en de enorme hoeveelheid moleculaire informatie die nu wordt geleverd door moderne technologieën, wordt het steeds duidelijker dat biobanken, met name die in kankercentra, verschillende soorten methodologische problemen kunnen tegenkomen. Onder deze is technologie een universele uitdaging geworden die nog steeds SOP-standaardisatie en -harmonisatie voorkomt. Een ander cruciaal aspect voor het onderhouden van kernactiviteiten van biobanken is het hebben van een geïntegreerde LIMS-software die in staat is om alle ziekenhuis-ID's en alle gecodificeerde klinische gegevens afkomstig van de software van het ziekenhuis te ontvangen en automatisch te onderhouden. Het is opmerkelijk dat andere waardevolle software die wordt gebruikt om biobanken te beheren en sommige freeware kan worden verkregen voor biobankbeheer 27,28,29,30,31. Een andere cruciale stap in biobanken is de implementatie van het participatiepact voor alle patiënten en de wettelijke en ethische overeenkomst die nodig is voor de opslag van klinische gegevens en biospecimens10,32.
In dit opzicht heeft dit protocol goed gedefinieerde richtlijnen die het verzamelen en opslaan van biospecimens zonder toestemming niet toestaan. Dit is ook een kritieke kwestie, omdat patiënten hun deelname kunnen intrekken, zelfs nadat hun monsters zijn opgeslagen; daarom zijn methoden geïmplementeerd om dergelijke monsters snel uit het biobanksysteem te halen. Biospecimens die afkomstig zijn van patiënten die door onze biobank worden gerekruteerd, volgen strikte protocollen voor verzameling en opslag. In dit verband zijn verschillende belangrijke aspecten geëvalueerd om dit proces te monitoren en worden voortdurend verbeterd. In het bijzonder vereist ISO9001-certificering verschillende prestatie-indicatoren, zoals warme ischemische tijd, die minder dan 30 minuten of 60 minuten moet worden gehandhaafd, afhankelijk van de bron van het weefsel. Bovendien worden vloeibare biopten en biologische vloeistoffen verzameld met behulp van gestandaardiseerde protocollen volgens strikte tijdsprocedures 15,33,34,35,36.
Specifieke kenmerken zijn van groot belang in de workflows van biobanken. Deze omvatten de aanwezigheid van een gecertificeerde patholoog, die de bemonstering van het weefsel om diagnostische redenen garandeert, en de verzameling van weefsel voor biobanking in een tijdsbestek dat compatibel is met een hoge kwaliteit van monsters (ischemische tijd is een belangrijke indicatie voor sommige soorten onderzoek, zoals RNA-afhankelijke assays, die minder warme ischemische tijd vereisen). Bovendien is het beheren van de ruimte die nodig is voor monsteropslag van groot belang in biobanken. Het aantal verzamelde vloeibare biopten kan worden bepaald door de onderzoeksopzet. Vloeibare biopsieën kunnen vaak zowel tijdens de preoperatieve als de follow-upperiode worden verzameld, zoals gedefinieerd in elke onderzoeksopzet.
Als gevolg van screeningcampagnes voor kankerpreventie en de vroege diagnose van tumoren, d.w.z. kleine borsttumoren in vroege stadia van ontwikkeling, evenals de beschikbaarheid van minimaal invasieve chirurgische technieken, hebben het aantal weefselmonsters dat beschikbaar is voor onderzoek verminderd (omdat de meeste weefselmonsters altijd worden gebruikt voor diagnostische doeleinden). De capaciteit om biologische specimens te verzamelen en op te slaan is de afgelopen jaren aanzienlijk verbeterd. Dit kon worden waargenomen voor biologische vloeistoffen, als gevolg van de toegenomen capaciteit van deze biobank om de onderzoeksgroepen van dit instituut te ondersteunen in de groeiende vraag naar van patiënten afgeleid geannoteerd materiaal. Ondanks deze verbeteringen hebben we enkele beperkingen ondervonden voor multicenterstudies die coördinatie tussen biobanken uit verschillende delen van de wereld vereisen, die alleen kunnen worden geïntegreerd door vergelijkbare procedures te implementeren.
Na de meeste ethische en technische kwesties met betrekking tot biobanking te hebben uitgesloten, inclusief het verzamelen van alle klinische en demografische informatie, is het volgende doel om de digitalisering van alle histologische preparaten en kleuring te implementeren die worden gebruikt voor diagnose- en onderzoeksdoeleinden. Dit is van fundamenteel belang voor de volgende generatie studies die veel baat zullen hebben bij een volledig geïntegreerde digitale pathologie en biobank, die de standaard voor de toekomst zal worden. Slechts een grote reeks patiënten met geïntegreerde gegevens en digitale beelden kan multicenter, grote kunstmatige intelligentie (AI) studies voeden voor de verbetering van de zorg voor kankerpatiënten. Concluderend zijn wij van mening dat goede gezondheidszorg niet eindigt met diagnose en behandeling. Best practices omvatten het vinden van de manieren van continue diagnose en verbetering van de behandeling voor elke ziekte, in het bijzonder degenen die de levensverwachting of kwaliteit ernstig beïnvloeden.
Disclosures
De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.
Acknowledgments
De auteurs willen graag alle patiënten bedanken die het afgelopen decennium actief hebben deelgenomen aan onze onderzoeksprogramma's door de donatie van hun biospecimens. Zonder hen zou dit onderzoek niet mogelijk zijn. We zijn ook dankbaar voor al het personeel dat bij IEO werkt, verpleegkundigen, technici, biologen, artsen en de directeuren van alle klinische en onderzoekseenheden. De auteurs zijn Prof. Pier Paolo Di Fiore en Prof. Giancarlo Pruneri dankbaar voor hun begeleiding. Tot slot dragen we dit werk op aan Prof. Umberto Veronesi, de oprichter van IEO, en zijn baanbrekende aanpak voor de integratie van kankeronderzoek en patiëntenzorg.
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).
