Articolo metodologico

Biobanca per la medicina traslazionale: procedure operative standard per una gestione ottimale dei campioni

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DOI:

10.3791/63950

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30 novembre 2022

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1Biobank for Translational and Digital Medicine Unit, IEO, European Institute of Oncology IRCCS, 2Division of Pathology, IEO, European Institute of Oncology IRCCS, 3Department of Oncology and Hemato-Oncology, University of Milan, 4Patient Safety & Risk Management Service, IEO, European Institute of Oncology IRCCS, 5Scientific Directorate, IEO, European Institute of Oncology IRCCS

* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

Le biobanche sono risorse cruciali per la ricerca biomedica e l'unità Biobank for Translational and Digital Medicine presso l'Istituto europeo di oncologia è un modello in questo campo. Qui forniamo una descrizione dettagliata delle procedure operative standard delle biobanche per la gestione di diversi tipi di campioni biologici umani.

Abstract

Le biobanche sono infrastrutture di ricerca chiave volte alla raccolta, allo stoccaggio, all'elaborazione e alla condivisione di campioni biologici umani di alta qualità e dati associati per la ricerca, la diagnosi e la medicina personalizzata. L'unità Biobank for Translational and Digital Medicine presso l'Istituto Europeo di Oncologia (IEO) è un punto di riferimento in questo campo. Le biobanche collaborano con divisioni cliniche, gruppi di ricerca interni ed esterni e l'industria, supportando il trattamento dei pazienti e il progresso scientifico, compresa la diagnostica innovativa, la scoperta di biomarcatori e la progettazione di studi clinici. Dato il ruolo centrale delle biobanche nella ricerca moderna, le procedure operative standard (SOP) delle biobanche dovrebbero essere estremamente precise. SOP e controlli da parte di specialisti certificati garantiscono la massima qualità dei campioni per l'implementazione di strategie personalizzate basate sulla scienza, diagnostiche, prognostiche e terapeutiche. Tuttavia, nonostante i numerosi sforzi per standardizzare e armonizzare le biobanche, questi protocolli, che seguono una rigida serie di regole, controlli di qualità e linee guida basate su principi etici e legali, non sono facilmente accessibili. Questo documento presenta le procedure operative standard della biobanca di un grande centro oncologico.

Introduzione

Le biobanche sono biorepository finalizzati alla raccolta, all'archiviazione, all'elaborazione e alla condivisione di campioni biologici umani e dati associati per la ricerca e la diagnosi. Il loro ruolo è cruciale non solo per la scoperta e la convalida di biomarcatori, ma anche per lo sviluppo di nuovi farmaci1. Pertanto, la stragrande maggioranza dei programmi di ricerca traslazionale e clinica si basa sull'accesso a campioni biologici di alta qualità. A questo proposito, le biobanche sono considerate un ponte tra la ricerca accademica e l'industria farmaceutica/biotecnologica 2,3,4,5. A causa delle opportunità senza precedenti offerte dalla raccolta di big data e dall'intelligenza artificiale, il ruolo delle biobanche nella ricerca sul cancro è in continua evoluzione6.

L'ampio spettro di biomateriali gestiti dalle biobanche è accoppiato con informazioni clinico-patologiche, inclusi dati demografici e ambientali, tipo di tumore, grado istologico, stadio, presenza di invasione linfovascolare e stato dei biomarcatori 7,8. Più campioni e dati di alta qualità sono disponibili, più velocemente la ricerca avanzerà e avrà un impatto sull'assistenza sanitaria9. Esiste un quadro normativo rigoroso basato su principi etici e legali che dovrebbero seguire le SOP, i controlli di qualità e le linee guida ampiamente adottati (ad esempio, il National Cancer Institute degli Stati Uniti, la Confederazione britannica delle biobanche del cancro e la Società internazionale dell'UE per i depositi biologici e ambientali)10,11.

Lo sviluppo di SOP per tutti i principali aspetti delle biobanche porta diversi vantaggi in termini di qualità, tracciabilità, coerenza, riproducibilità e tempi di consegna12,13. Un altro aspetto importante dell'attuazione delle POS è rappresentato dall'ottimizzazione della gestione della biobanca, che consente una migliore risoluzione dei problemi e procedure alternative per i dipendenti e i ricercatori della biobanca14. Tutti questi aspetti fanno parte del flusso di lavoro della biobanca (Figura 1).

Diagramma della biobanca; Il processo include LIMS, privacy, campioni biologici, ricerca, aspetti legali e sociali.
Figura 1: Diversi fattori che contribuiscono all'ottimizzazione del biobanking. Abbreviazione: LIMS = sistema di gestione delle informazioni di laboratorio. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Questi dati altamente specifici e sensibili richiedono rigorose procedure manageriali standard nel biobanking. Un modulo di progetto dettagliato e convalidato dovrebbe essere messo a disposizione di tutti i ricercatori che hanno bisogno di accedere ai campioni e ai dati della biobanca. Le informazioni fornite nella richiesta dovrebbero includere la metodologia e la progettazione dello studio, gli obiettivi, gli obiettivi e il budget. Dovrebbe essere istituito un comitato tecnico scientifico della biobanca con il ruolo capitale della valutazione delle domande per progetti di ricerca. Questo organismo dovrebbe includere membri dell'unità di biobanca, divisioni cliniche, gruppi di ricerca, protezione dei dati, ufficio legale e ufficio di trasferimento tecnologico.

L'Unità Biobanca per la Medicina Traslazionale e Digitale dell'Istituto Europeo di Oncologia (IEO) è un riferimento mondiale per le biobanche in termini di qualità e quantità dei servizi forniti, nonché di innovazione. Questa struttura completamente certificata (UNI EN ISO 9001:2015-Certiquality) è parte integrante del nodo italiano BBMRI-ERIC (ovvero Biobanking and BioMolecular Resources Research Infrastructure) e interagisce sia con le unità cliniche che con le infrastrutture di ricerca.

C'è una grande eterogeneità nei tipi di campioni biologici conservati dalle biobanche. Questi includono campioni di tessuto - sia freschi congelati o conservati con paraffina - biofluidi (ad esempio, plasma, siero, sangue, urina, feci), colture cellulari e cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC). La nostra biobanca opera in sinergia con l'infrastruttura di ricerca europea per il biobanking (BBMRI-ERIC), che è una delle più grandi reti di biobanche in Europa e fornisce un portale per l'accesso alle biobanche e alle risorse biomolecolari coordinate dai nodi nazionali15. Oltre a BBMRI-ERIC, anche l'International Society for Biological and Environmental Repositories (ISBER) ha svolto un ruolo importante nella standardizzazione delle procedure operative per il biobanking16.

L'Unità Biobanca, che fa parte della Divisione di Patologia, è impegnata nella centralità del paziente, nel sostegno allo sviluppo della ricerca clinica, nel miglioramento continuo, nella valorizzazione delle risorse umane, nella collaborazione internazionale, nel supporto agli eventi formativi, nella sicurezza nei luoghi di lavoro e nella crescita scientifica e tecnologica. La visione comune è quella di stabilire i punti di riferimento nazionali ed europei per le biobanche in termini di qualità e quantità dei servizi e innovazione. I campioni biologici raccolti vengono utilizzati per identificare nuovi biomarcatori e nuovi farmaci (ad esempio, per sviluppare terapie sempre più personalizzate) e per garantire il miglior trattamento disponibile per i pazienti attraverso l'eccellenza nella ricerca.

Ogni campione biologico viene raccolto e manipolato previa verifica della presenza del Consenso di Partecipazione alla Ricerca Scientifica espresso dal paziente15. I campioni biologici raccolti vengono utilizzati per condurre progetti di ricerca o studi clinici e includono campioni chirurgici patologici e non patologici in eccesso (cioè non necessari per scopi diagnostici), biopsie liquide (ad esempio, sangue, siero, plasma e urina) e altri campioni biologici. Questi biomateriali sono conservati secondo protocolli di crioconservazione dedicati. Questo documento fornisce i protocolli di biobanca di un grande centro oncologico.

Protocollo

Questo protocollo si concentra sulle SOP utilizzate per il cancro al seno, alle ovaie, alla prostata, ai polmoni e al colon. Tutte le procedure qui descritte sono state approvate dal Comitato Tecnico Scientifico, dal Comitato Etico (CE) e dai Direttori dei Programmi di Chirurgia Senologica, Ginecologia, Urologia, Chirurgia Toracica e Apparato Digerente. Le procedure di studio seguono la Dichiarazione di Helsinki del 1964, la legge sul regolamento generale sulla protezione dei dati (GDPR) del 2018 e le successive modifiche. Un accordo istituzionale di partecipazione alla ricerca (RPA), derivato dalla legge GDPR, rappresenta il consenso informato ottenuto da tutti i pazienti per raccogliere campioni biologici e dati personali, clinici e genetici. L'RPA è stato ottenuto da tutti i pazienti per l'archiviazione, l'elaborazione e l'utilizzo dei dati ottenuti per scopi scientifici.

1. Prerequisiti dei campioni biologici

  1. Verificare se un paziente soddisfa le condizioni per l'arruolamento in base al protocollo RPA e progetti e fornire una descrizione dettagliata dell'RPA a tutti i pazienti.
    1. Aumentare il coinvolgimento dei pazienti, ad esempio, trasmettere un video educativo a cartoni animati nelle sale d'attesa per informare i pazienti sull'importanza e l'impatto dell'RPA. Fornire segnalibri gadget a tutti i pazienti (vedere la breve animazione del fumetto liberamente accessibile a https://www.ieo.it/it/PER-I-PAZIENTI/I-diritti-del-paziente/Consensi-informati/ e https://vimeo.com/679070846).
    2. Formare il personale per effettuare la somministrazione del consenso durante ogni fase di ricovero e fornire informazioni aggiuntive se i pazienti partecipano a uno studio specifico.
      NOTA: Se l'RPA non è firmato, i campioni biologici non vengono raccolti.
    3. Evitare di includere i casi che hanno presentato infezione da SARS-CoV-2 (COVID-19), epatite B (HBV), epatite C (HCV) e virus dell'immunodeficienza umana (HIV).

2. Software per biobanche

  1. Utilizzare il software LIMS (Laboratory Information Management System) per tenere traccia di tutti i campioni biologici. Garantire la disponibilità di un buon sistema operativo che ottenga automaticamente informazioni personali e cliniche al momento della registrazione del paziente e possa essere integrato con cartelle cliniche, casi amministrativi, RPA e dati patologici del paziente, come mostrato nella Figura 2.
  2. Garantire la registrazione dei campioni biologici utilizzando il software della biobanca.
    1. Identificare i pazienti utilizzando i codici. Assegnare un codice univoco a ciascun individuo, che corrisponde al numero di cartella clinica (visita individuale, tipo di servizio del paziente).
      NOTA: Durante la registrazione, l'RPA scientifico viene aggiornato elettronicamente nel sistema operativo.
  3. Generare un ID aliquota
    1. Indicare l'anno e la sede anatomica o il tipo di biofluido (Tabella 1) da cui proviene il campione (Tabella 2) e aggiungere un numero univoco progressivo per campione.
    2. Per gli organi bilaterali, aggiungere un numero sequenziale per distinguere l'origine del campione biologico dall'organo destro o sinistro. Assegna l'abbreviazione con il suffisso 1 (per la sinistra) o 2 (per la destra)-due cifre.
      NOTA: Ad esempio, un ID dettagliato è simile a "12-B-00100-01", dove 12 indica l'anno e B indica l'organo = seno.
  4. Registrati con un ID per ogni aliquota
    1. Traccia due macro tipi di campioni biologici: solidi e liquidi.
    2. Suddividere in sottocategorie: campioni freschi e campioni congelati.

Schema del sistema di gestione delle biobanche; LIMS, struttura di database per query, statistiche, dati clinici.
Figura 2: Un'interfaccia rappresentativa della biobanca LIMS. L'RPA scientifico viene aggiornato elettronicamente dal server delle cartelle cliniche. Abbreviazioni: LIMS = sistema di gestione delle informazioni di laboratorio; RPA = Accordo di partecipazione alla ricerca. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Tabella 1: Tipi di biofluidi e codici corrispondenti. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 2: Tipi di campioni di tessuto e codici corrispondenti. Clicca qui per scaricare questa tabella.

3. Raccolta dei campioni

  1. Preparazione giornaliera del piano chirurgico
    1. Determinare se il paziente ha firmato l'RPA o meno e se sono idonei.
    2. Verificare le seguenti condizioni:
      1. Verificare la conformità del paziente ai criteri di inclusione: segnalare eventuali casi positivi di HIV, HBV, HCV e COVID-19 nell'apposito campo di rischio infettivo "RI" per evitare la raccolta di campioni biologici.
      2. Verificare se il paziente è arruolato in una sperimentazione clinica o in uno specifico progetto di ricerca approvato compilando correttamente il campo Studio/Progetto in ciascun profilo del paziente.
      3. Informare i tecnici se il rischio di infezione è sconosciuto; scartare campioni con risultati positivi o rischi sconosciuti.
  2. Elaborare e conservare i campioni nella biobanca, come presentato nella Figura 3.
    1. Raccogliere campioni di tessuto fresco e congelato relativi a pazienti sottoposti a intervento chirurgico.
    2. Raccogliere campioni citologici, sia con tecniche aspirative che esfoliative, per piccole lesioni rimosse chirurgicamente.
    3. Raccogliere fluidi biologici (ad esempio, sangue, siero, plasma, PBMC, tampone buccale, urina, feci e ascite) di pazienti in fase di preospedalizzazione, pazienti arruolati in studi clinici e qualsiasi altro soggetto coinvolto in progetti di screening approvati.

Schema di raccolta del biofluido del paziente e del campione tissutale; Include sangue, siero, plasma, aliquote di tessuti.
Figura 3: Gerarchia di esempio. Da un singolo paziente, diverse sottocategorie di episodi vengono elaborate e archiviate nella biobanca. Abbreviazioni: PMBCs = cellule mononucleate del sangue periferico; LIMS = sistema di gestione delle informazioni di laboratorio. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

4. Raccolta di campioni di sangue

  1. Raccogliere il sangue del paziente in 6 mL di vacutainers contenenti l'anticoagulante Na 2 EDTA (7,2 mg, spray-dryed). Registrare i vacutainers etichettati con il numero della cartella clinica e il codice dell'episodio ed elaborarli in due modi diversi: freschi o congelati.
  2. Per i campioni freschi, registrare i campioni di sangue nel software della biobanca. Etichetta i vacutainers con il codice ID della biobanca e consegnali agli utenti autorizzati.
  3. Per i campioni congelati conservati nella biobanca, preparare due provette codificate Cryobank 2D, ciascuna di 900 μL di sangue (Figura 4). Registrare le aliquote nel software della biobanca, posizionarle su una specifica piastra con codice a barre e conservarle in congelatori (-80 °C) per garantire una temperatura costante.

Fiale per campioni da laboratorio, scanner di codici a barre e vassoi per microprovette per analisi biologiche.
Figura 4: Materiali campione congelati . (A) tubi per codici a barre 2D, (B) lettore di codici a barre per tubo singolo e (C) targhetta per tubi per la registrazione e lo stoccaggio. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

5. Raccolta del campione di siero

  1. Raccogliere il sangue del paziente in 6 mL di vacutainer "tubi di siero di plastica" contenenti silice rivestita di spray per indurre la coagulazione. Lasciare i vacutainers per 3 ore a temperatura ambiente (RT) per indurre la coagulazione, quindi centrifugare a 828 x g per 10 minuti a 20 °C.
  2. Conservare il siero (450 μL) in provette codificate Cryobank 2D da 0,5 mL con un totale di 3-4 aliquote per ciascun campione. Se il volume sierico dell'ultima aliquota è inferiore a 450 μL, specificarlo come "LEFTOVER" durante la registrazione per monitorare la corretta quantità di siero congelato.
  3. Registrare le aliquote nel software della biobanca, posizionarle su una specifica piastra con codice a barre e conservarle in congelatori (-80 °C) per garantire una temperatura costante.
    NOTA: Il numero di aliquote dipende dalla quantità iniziale di sangue intero prelevato e dalla quantità di siero ottenuto.

6. Isolamento delle cellule mononucleate del sangue periferico

  1. Aprire la cappa a flusso laminare e pulirla con etanolo al 70%. Preparare il sacchetto per i rifiuti biologici, soluzione salina sterile tamponata con fosfato 1x (PBS) e un tubo conico sterile vuoto da 50 ml.
  2. Versare il sangue (dalle provette di raccolta dell'EDTA) nel tubo conico sterile vuoto da 50 mL e diluirlo 1:1 usando 1x PBS sterile (ad esempio, 15 ml di sangue + 15 ml di 1x PBS). Utilizzare il PBS per sciacquare il tubo di sangue.
  3. Centrifugare i tubi a 400 x g per 30 minuti a 20 °C e trattare i tubi sotto una cappa a rischio biologico. Recuperare lo strato bianco centrale contenente PBMC utilizzando una pipetta Pasteur e posizionarlo in un nuovo tubo conico sterile da 50 ml. Aggiungere fino a 45 mL di PBS per lavare le PBMC, miscelare e centrifugare a 400 x g per 10 minuti a 4 °C. Recuperare il pellet, risospenderlo in PBS e contare le cellule utilizzando camere Burker usa e getta.
    NOTA: Il volume di PBS dipende dal pellet. Da 15 ml di sangue, assicurare un volume di risospensione di 2-3 ml e quindi una diluizione di 1:10 per contare. Usa l'equazione (1):
    Media di 3 quadrati × 10.000 fattori di diluizione × × mL di volume di risospensione = numero di cellule totali (1)
  4. Lavare nuovamente le PBMC con PBS, mescolare e centrifugare a 400 x g per 10 minuti a 4 °C. Diluire le PBMC a 2-3 x 106 cellule/ml in mezzo congelatore (siero fetale bovino (FBS) + 10% dimetil solfossido [DMSO]). Preparare provette codificate Cryobank 2D trasferendo 1 mL di cellule risospese in ciascun criotubo, posizionarle in una scatola criogenica specifica e conservarle a -80 °C il prima possibile.
    NOTA: Il terreno congelatore è composto da FBS con DMSO sterile al 10% e conservato in aliquote a -20 °C per un massimo di 6 mesi. Una volta scongelato lentamente a 4 °C, deve essere utilizzato entro 2 settimane.

7. Raccolta di campioni di plasma

  1. Raccogliere il sangue del paziente in 6 mL di vacutainers contenenti l'anticoagulante Na 2 EDTA (7,2 mg, spray-dryed). Centrifugare il vacutainer contenente il sangue intero a 2.000 x g per 10 minuti a 4 °C per separare il plasma.
  2. Rimuovere lo strato superiore del plasma utilizzando una pipetta Pasteur da 3 ml, trasferirlo in una provetta sterile conica sterile sterile sterile da 15 ml e centrifugare a 16.000 x g per 10 minuti a 4 °C per eliminare la contaminazione delle cellule del sangue. Trasferire il plasma in provette codificate Cryobank 2D da 1 ml.
  3. Registrare le aliquote nel software della biobanca, posizionarle su una specifica piastra con codice a barre e conservarle in un congelatore (-80 °C) per garantire una temperatura costante.

8. Raccolta di campioni di feci e tamponi buccali

  1. Raccogliere feci e tamponi buccali in provette da 15 mL contenenti la seguente soluzione specifica: 50 mM Tris-HCl, 10 mM NaCl e 10 mM EDTA, pH 7,5.
  2. Registrare i tubi nel software della biobanca. Etichettare i tubi con i codici della biobanca.
  3. Conservare le feci e i tamponi buccali a 4 °C nel frigorifero della biobanca.

9. Trattamento dei tessuti

  1. Far esaminare campioni di tessuto da un patologo per determinare se il materiale che non è necessario per le procedure diagnostiche è sufficiente per scopi di ricerca.
    NOTA: Quando il volume del tessuto è inferiore a 1,5 mm3, viene conservato nello PTOM o fornito come campione fresco (A) collegato a una specifica richiesta di ricerca.
  2. Quando possibile, raccogliere anche la controparte non patologica (NP) del tessuto patologico (P). Posizionare i campioni in piastre di Petri sterili etichettate come P e NP (Figura 5). Tenere il tessuto sul ghiaccio a 4 °C e dividerlo in tre parti ciascuna (A, B e C) se è disponibile abbastanza materiale.
    1. Campioni di tessuto fresco (A): collocare aliquote fresche di tessuto P e NP in provette con il terreno di coltura appropriato definito in ciascun protocollo specifico e inviarle a unità di ricerca esterne (ad esempio, laboratori di ricerca).
    2. Campioni di tessuto OCT (B): collocare aliquote fresche di tessuto P e NP in criostampi, riempirli con resina OCT (alcool polivinilico al 10,24%, glicole polietilenico al 4,26% e ingredienti non reattivi all'85,5%) e inserirli immediatamente in un apparecchio flash-freeze a -80 °C.
      NOTA: A -80 °C, il tessuto incorporato in OCT impiega da 60-150 s per congelare.
    3. Campioni di tessuto (C): posizionare i campioni di tessuto rimanenti in provette codificate Cryobank 2D nell'apparecchio flash-freeze.
  3. Conservare le piastre a -80 °C.
    NOTA: Per ciascuna aliquota di PTOM congelata, effettuare un test di controllo della qualità prima della distribuzione e del suo utilizzo per effettuare una valutazione istologica, come descritto nella sezione 11.

Diagramma di elaborazione del campione di tessuto che mostra il criostampaggio, la registrazione LIMS e la conservazione a -80°C.
Figura 5: Flusso di lavoro della biobanca per campioni di tessuto. Abbreviazioni: LIMS = sistema di gestione delle informazioni di laboratorio; OCT = temperatura di taglio ottimale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

10. Congelamento dei tessuti

  1. Congelare rapidamente il tessuto in vapori di isopentano utilizzando un apparecchio flash-freeze. Mettere i campioni di tessuto in isopentano a -120 °C per 3 minuti e conservarli nelle camere di crioconservazione a -80 °C.
    NOTA: Due metodologie sono utilizzate per congelare campioni di tumore e tessuto sano utilizzando flash freeze per mantenere l'integrità degli acidi nucleici.

11. Controllo della qualità dei tessuti

  1. Conservare lo strumento criostato in un contenitore refrigerato a una temperatura compresa tra -20 ° C e -40 ° C e tagliare alcune criosezioni dal blocco OCT17. Eseguire la colorazione dell'ematossilina e dell'eosina (H & E) sulla criosezione tissutale18. Analizzare la morfologia del tessuto al microscopio ottico19.
    NOTA: Le sezioni hanno uno spessore adeguato da 3-12 μm.
    1. Compila un modulo specifico (Tabella 3).

Tabella 3: Forma di controllo della qualità delle sezioni di tessuto congelato e incorporato nel PTOM. Abbreviazione: OCT = temperatura di taglio ottimale. Clicca qui per scaricare questa tabella.

12. Richiesta e prelievo di campioni a fini di ricerca

  1. Richiedi aliquote memorizzate:
    1. Ottieni un modulo compilato con il nome del progetto di ricerca, il ricercatore principale (PI), la data di ritiro e una breve descrizione. Eseguire una query sul database del software (DB), selezionare l'aliquota, generare una lista di ritiro per i tecnici e controllare il codice a barre per ogni aliquota recuperata.
      NOTA: Per ottenere campioni dalla biobanca, i ricercatori del nostro istituto o collaboratori esterni (profit o no profit) devono presentare domanda utilizzando un apposito modulo, e il progetto viene valutato da un comitato tecnico-scientifico e dal Comitato Etico.

Risultati

A seguito delle SOP sopra descritte, abbiamo raccolto un totale di 38.446 biopsie liquide biologiche annotate e un totale di 10.205 campioni di tessuto da aprile 2012 a dicembre 2021 (Figura 6A). Inoltre, abbiamo analizzato in dettaglio i campioni raccolti dalle divisioni di urologia, ginecologia, senologia, nonché dalle divisioni di testa e collo, chirurgia addominale-pelvica e toracica. Il maggior numero di campioni di tessuto che abbiamo raccolto proveniva da tumori al seno (Figura 6B, C). Dal 2019, abbiamo anche iniziato a raccogliere altri campioni biologici, come urina, feci e tamponi buccali, a seguito del significativo aumento della domanda nel corso degli anni (Figura 6D).

Come mostrato nella Figura 6A, la quantità di campioni raccolti, in particolare tessuti, durante il 2020-2021 ha subito a causa della pandemia di COVID-19 e della relativa riduzione delle procedure oncologiche. È importante sottolineare che il lavoro scientifico non è diminuito durante questo periodo a causa dell'uso di campioni di biobanca correttamente conservati e annotati raccolti negli anni precedenti. Una corretta raccolta di campioni biologici e dei relativi dati clinicopatologici ci ha permesso di avere una biobanca retrospettiva e prospettica ben strutturata e competitiva. A tal fine, la selezione del campione chirurgico deve essere eseguita dal patologo, sia per garantire una diagnosi corretta sia per avere la possibilità di condurre ricerche con campioni di tessuto appropriati. Nella nostra biobanca vengono saldamente stabilite e seguite procedure di lavoro specifiche, in modo da applicare procedure standardizzate conformi alla certificazione ISO 9001 nell'ambito delle biobanche per la ricerca.

Dati cumulativi di raccolta di campioni tissutali e biologici dal 2012 al 2021, mostrati in grafici a linee multiple.
Figura 6: Raccolta cumulativa di campioni biologici presso l'Istituto europeo di oncologia, dal 2012 al 2021. Raccolta cumulativa di (A) campioni di tessuto (curva arancione) e sangue con campioni di siero (curva blu); raccolta cumulativa di (B) campioni di tessuto mammario (curva rossa); raccolta cumulativa di campioni di tessuto ovarico (C) (curva verde), prostata (curva grigia), polmone (curva azzurra) e tessuto del colon (curva gialla). Dal 2019 al 2021, raccolta cumulativa di (D) campioni biologici aggiuntivi: feci (linea blu), un tampone buccale (linea rosa), plasma (linea verde chiaro) e urina (linea viola). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Discussione

Sebbene l'oncologia abbia fatto enormi progressi, il cancro rimane una delle principali cause di morbilità e mortalità in tutto il mondo20. La comprensione dell'eterogeneità del tumore, la sua evoluzione temporale nel tempo e i risultati di un trattamento mirato dipendono strettamente da un'accurata raccolta di dati nel contesto dell'assistenza clinica di routine21. A questo proposito, l'approccio "multi-omico" sta guadagnando slancio nella patologia predittiva oncologica22. La tradizionale valutazione dei biomarcatori basati sui tessuti viene integrata utilizzando più nuovi bioanaliti, come sangue, plasma, urine, saliva e feci23,24,25,26. Pertanto, le biobanche sono ora riconosciute come infrastrutture fondamentali per migliorare la pratica clinica. Guardando indietro alla storia della ricerca sul cancro, ci rendiamo conto che le scoperte più impressionanti e rivoluzionarie non sarebbero mai state possibili senza l'esame diretto del tessuto tumorale o delle biopsie liquide. Nel corso del tempo, la fonte del tessuto tumorale e il tipo di biopsia liquida da esaminare si sono evoluti da dissezioni grezze, "incontri casuali" e, in alcuni casi, traffico illecito a raccolte di cancro organizzate e banche oncologiche moderne strategiche. La considerazione di molte questioni etiche è cambiata considerevolmente sia nella pratica che nei principali fattori che distinguono le moderne banche oncologiche dalle collezioni oncologiche del passato.

A causa dei progressi nella ricerca sul cancro e della grande quantità di informazioni molecolari che sono ora fornite dalle moderne tecnologie, sta diventando sempre più evidente che le biobanche, in particolare quelle nei centri oncologici, possono affrontare diversi tipi di problemi metodologici. Tra queste, la tecnologia è diventata una sfida universale che impedisce ancora la standardizzazione e l'armonizzazione delle SOP. Un altro aspetto critico per il mantenimento delle attività di biobanca core è quello di avere un software LIMS integrato in grado di ricevere e mantenere automaticamente tutti gli ID ospedalieri e tutti i dati clinici codificati provenienti dal software dell'ospedale. È interessante notare che altri preziosi software utilizzati per gestire le biobanche e alcuni freeware possono essere ottenuti per la gestione delle biobanche 27,28,29,30,31. Un altro passo fondamentale nelle biobanche è l'attuazione del patto di partecipazione per tutti i pazienti e l'accordo legale ed etico necessario per la conservazione dei dati clinici e dei campioni biologici10,32.

A questo proposito, questo protocollo ha linee guida ben definite che non consentono la raccolta e la conservazione di campioni biologici in assenza di consenso. Anche questo è un problema critico poiché i pazienti possono ritirare la loro partecipazione anche dopo che i loro campioni sono stati conservati; Pertanto, sono stati implementati metodi per prelevare rapidamente tali campioni dal sistema di biobanking. I campioni biologici che arrivano da pazienti reclutati dalla nostra biobanca seguono rigidi protocolli per la raccolta e la conservazione. A questo proposito, diversi aspetti importanti sono stati valutati per monitorare questo processo e vengono continuamente migliorati. In particolare, la certificazione ISO9001 richiede diversi indicatori di prestazione, come il tempo ischemico caldo, che deve essere mantenuto per meno di 30 minuti o 60 minuti a seconda della fonte del tessuto. Inoltre, le biopsie liquide e i fluidi biologici vengono raccolti utilizzando protocolli standardizzati seguendo rigorose procedure temporali 15,33,34,35,36.

Le caratteristiche specifiche sono di grande importanza nei flussi di lavoro delle biobanche. Tra questi, la presenza di un patologo certificato, che garantisce il prelievo del tessuto per motivi diagnostici, e la raccolta di tessuto per biobanking in un arco temporale compatibile con un'alta qualità dei campioni (il tempo ischemico è un'indicazione importante per alcuni tipi di ricerca, come i saggi RNA-dipendenti, che richiedono un tempo ischemico meno caldo). Inoltre, la gestione dello spazio necessario per la conservazione dei campioni è di grande importanza nelle biobanche. Il numero di biopsie liquide raccolte potrebbe essere guidato dal disegno dello studio. Le biopsie liquide possono spesso essere raccolte sia durante il periodo preoperatorio che durante il periodo di follow-up, come definito da ciascun disegno di studio.

Grazie alle campagne di screening per la prevenzione del cancro e la diagnosi precoce dei tumori, cioè tumori al seno di piccole dimensioni nelle prime fasi di sviluppo, nonché la disponibilità di tecniche chirurgiche minimamente invasive, hanno ridotto il numero di campioni di tessuti disponibili per la ricerca (poiché la maggior parte dei campioni di tessuto sono sempre utilizzati per scopi diagnostici). La capacità di raccogliere e conservare campioni biologici è notevolmente migliorata negli ultimi anni. Questo potrebbe essere osservato per i fluidi biologici, riflettendo la maggiore capacità di questa biobanca di supportare i gruppi di ricerca di questo istituto nella crescente domanda di materiale annotato derivato dal paziente. Nonostante questi miglioramenti, abbiamo riscontrato alcune limitazioni per gli studi multicentrici che richiedono il coordinamento tra biobanche di diverse parti del mondo, che possono essere integrate solo implementando procedure simili.

Avendo escluso la maggior parte delle questioni etiche e tecniche riguardanti il biobanking, compresa la raccolta di tutte le informazioni cliniche e demografiche, il prossimo obiettivo è quello di implementare la digitalizzazione di tutti i preparati istologici e la colorazione utilizzati per scopi di diagnosi e ricerca. Questo è di fondamentale importanza per la prossima generazione di studi che trarranno grande beneficio da una patologia digitale e da una biobanca completamente integrate, che diventeranno lo standard per il futuro. Solo una grande serie di pazienti con dati integrati e immagini digitali può alimentare studi multicentrici e di intelligenza artificiale (AI) per il miglioramento della cura dei pazienti oncologici. In conclusione, crediamo che una buona assistenza sanitaria non finisca con la diagnosi e il trattamento. Le migliori pratiche comprendono la ricerca di modi per la diagnosi continua e il miglioramento del trattamento per qualsiasi malattia, in particolare quelle che influenzano gravemente l'aspettativa di vita o la qualità.

Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

Ringraziamenti

Gli autori desiderano ringraziare tutti i pazienti che hanno partecipato attivamente durante l'ultimo decennio ai nostri programmi di ricerca attraverso la donazione dei loro campioni biologici. Senza di loro, questa ricerca non sarebbe possibile. Siamo inoltre grati a tutto il personale che lavora allo IEO, infermieri, tecnici, biologi, medici e ai direttori di tutte le unità cliniche e di ricerca. Gli autori sono grati al Prof. Pier Paolo Di Fiore e al Prof. Giancarlo Pruneri per la loro guida. Infine, dedichiamo questo lavoro al Prof. Umberto Veronesi, fondatore di IEO, e al suo approccio pionieristico nell'integrare la ricerca sul cancro e la cura del paziente.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Blue Max Con Provette 15 mLFalcon B.D352096
Blue Max Con Provette 50 mLEuroclone SpaFLC352070
Box con 81 posizioni per la conservazione dei tessutiEttore Pasquali Srl.06.0945.00
provette di conservazione cf-DNA/cf-RNANorgen Biotek63950Conservazione e isolamento di cf-DNA e cf-RNA da un'unica provetta e in particolare conservazione di cf-DNA/ct-DNA per 30 giorni a temperatura ambiente e fino a 8 giorni a 37 gradi C
Cryomold Standard (25 X 20 X 5 mm)Olympus Italia S.r.l.4557Gli stampi monouso in plastica Cryomold creano un blocco di campioni di forma uniforme e superficie piana quando vengono utilizzati con la bottiglia di plastica O.C.T
Dimethyl Sulfoxide - 1 LVwr International S.R.L.MFCD00002089Agisce per preservare la ricostituzione del terreno per la conservazione delle cellule congelate
Dpbs 1x W/o Ca And Mg - 500 mLMicrotech SrlTL1006-500MLCella tampone di lavaggio
Dualfilter T.I.P.S 1.000 &; LEuroclone Spa4809
Dualfilter T.I.P.S 200 &; LEuroclone Spa4823
Lettore di codici a barre Easytrack per datamatrix a provetta singola Twin Helix SrlTH-ETR4400Lettore di provette 2D con connessione USB
Siero Fetale Bovino Origine Brazileu S/filMicrotech S.R.LRM10532-500MLScongelamento a +4 gradi C, di solito per due giorni, e una volta fuso, inizia la decomplementazione a 56 gradi; C per 45 min
Lasciarlo raffreddare a temperatura ambiente e aliquotarlo. Ricongelali a -20 ° C, e ricordarsi di scongelarli ogni volta che si ha bisogno delle aliquote
Ficoll Paque Plus (ge) 6 x 500 mLEuroclone SpaGEH17144003Ficoll è un mezzo per gradiente di densità, è sterile e pronto all'uso. Permette di ottenere cellule mononucleate del sangue periferico, del midollo osseo e del cordone ombelicale
Soluzione fissante Killik da 100 mL (OCT)Bio-optica Milano S.p.a.05-9801Terreno di inclusione in gel che solidifica a freddo il tessuto idrosolubile (ad es. biopsie, frustole)
FLASH-FREEZE Milestonen.a.Apparecchiodi congelamento
Congelatori a pozzetto serie Forma 8600 (intervallo di temperatura: -50 ° C a -86 gradi C) 85 litriThermo Fisher Scientific Srl803CVCongelatore Orizzontal
Isopentano  500 mLVwr International S.R.L.24872260Liquido incluso nella fotocamera FLASH-FREEZE per il congelamento...
Nautilus Lims SoftwareThermo Scientific™n.a.L'implementazione del software è in grado di tracciare tutti i campioni biologici dei pazienti. Riceve automaticamente le informazioni anagrafiche e cliniche durante la registrazione grazie all'integrazione con i sistemi operativi IEO. Nautilus è integrato con il servizio web attraverso tre sistemi operativi IEO: BAC - anagrafe centrale IEO con anagrafiche, wHospital - cartella clinica 
Pipetta Pasteur 10 mL Euroclone Spa CC4488
Pipetta Pasteur 3 mLEuroclone SpaAPT1502
PATHOXDedalus ItaliTesi Elettronica e Sistemi Informativi S.p.A.a S.p.A.n.a. PATHOX - sistema di gestione per l'unità di Patologia dove sono registrati diversi fattori per la Biobanca, come i campioni istologici, le relative diagnosi e i biomarcatori
Piastre di Petri, polistirene - dimensioni 100 mm x 20 mm, scivolabileEuroclone SpaFLC353003
Set di 4 adattatori 19 x 5/7 mL vacThermo Fisher Scientific Srl75003680
Set di 4 adattatori 4 x 50 coniciThermo Fisher Scientific Srl75003683
Set di 4 adattatori 9 x 15 mL coniciThermo Fisher Scientific Srl75003682
Vetrino monouso per cella di conteggioBiosigma S.P.A.347143/001Specifico per conta cellulare
individuale Timbri Freezerbondz per scatole di fazzoletti, azoto-liquido, H 9,53 mm x L 25,40 mmTwin Helix SrlTHT-152-492-3
Thermo Scientific  Congelatori ultra-bassi serie TSX (-50 ° C a -86 gradi C) 949 litriThermo Fisher Scientific SrlTSX70086VCongelatore verticale
Thermo Scientific Centrifuga Refrigerata SL16RThermo Fisher Scientific Srl75004030
Etichette in scatola di fazzoletti PermanentTwin Helix SrlTHT-199-482-3
Tuerks SolutionMerck Life Science S.R.L.1092770100In microscopia ottica, viene specificatamente utilizzato come colorante per leucociti
TX-400 Rotore TX-400 secchio oscillante holThermo Fisher Scientific Srl75003181
Scatola bianca per la conservazioneBio Optica07-7300
wHospital SoftwarewHealth Lutech Groupn.a.wHospital - sistema di gestione delle cartelle cliniche con informazioni personali, casi amministrativi e consenso informato dei pazienti

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