Summary
Biobanker är avgörande resurser för biomedicinsk forskning och enheten för translationell och digital medicin vid European Institute of Oncology är en förebild inom detta område. Här ger vi en detaljerad beskrivning av biobankernas standardrutiner för hantering av olika typer av humanbiologiska prover.
Abstract
Biobanker är viktiga forskningsinfrastrukturer som syftar till insamling, lagring, bearbetning och delning av högkvalitativa humanbiologiska prover och tillhörande data för forskning, diagnos och personlig medicin. Enheten för translationell och digital medicin vid European Institute of Oncology (IEO) är en milstolpe inom detta område. Biobanker samarbetar med kliniska avdelningar, interna och externa forskargrupper och industrin för att stödja patienters behandling och vetenskapliga framsteg, inklusive innovativ diagnostik, upptäckt av biomarkörer och design av kliniska prövningar. Med tanke på biobankernas centrala roll i modern forskning bör standardrutiner för biobanker vara extremt exakta. SOP och kontroller av certifierade specialister säkerställer högsta kvalitet på prover för implementering av vetenskapsbaserade, diagnostiska, prognostiska och terapeutiska personliga strategier. Trots många ansträngningar för att standardisera och harmonisera biobanker är dessa protokoll, som följer en strikt uppsättning regler, kvalitetskontroller och riktlinjer baserade på etiska och juridiska principer, inte lättillgängliga. Detta dokument presenterar biobankens standardrutiner för ett stort cancercenter.
Introduction
Biobanker är biorepositorier som syftar till insamling, lagring, bearbetning och delning av humanbiologiska prover och tillhörande data för forskning och diagnos. Deras roll är avgörande inte bara för upptäckt och validering av biomarkörer utan också för utvecklingen av nya läkemedel1. Därför är de allra flesta translationella och kliniska forskningsprogram beroende av tillgång till högkvalitativa biospecimens. I detta avseende betraktas biobanker som en bro mellan akademisk forskning och läkemedels-/bioteknikindustrin 2,3,4,5. På grund av de oöverträffade möjligheter som stordatainsamling och artificiell intelligens erbjuder utvecklas biobankernas roll i cancerforskningen kontinuerligt6.
Det breda spektrumet av biomaterial som hanteras av biobanker kombineras med klinikopatologisk information, inklusive demografiska och miljömässiga data, tumörtyp, histologisk kvalitet, stadium, förekomst av lymfovaskulär invasion och biomarkörstatus 7,8. Ju fler högkvalitativa prover och data som finns tillgängliga, desto snabbare kommer forskningen att gå framåt och påverka vårdleveransen9. Det finns ett strikt regelverk baserat på etiska och juridiska principer som bör följa allmänt antagna SOP: er, kvalitetskontroller och riktlinjer (t.ex. U.S. National Cancer Institute, U.K. Confederation of Cancer Biobanks och EU: s internationella samhälle för biologiska och miljömässiga förvar)10,11.
Utvecklingen av SOP för alla viktiga aspekter av biobanker ger flera fördelar när det gäller kvalitet, spårbarhet, konsistens, reproducerbarhet och handläggningstider12,13. En annan viktig aspekt av SOP-implementeringen representeras av optimeringen av biobankshanteringen, vilket möjliggör bättre problemlösning och alternativa förfaranden för biobanksanställda och forskare14. Alla dessa aspekter är en del av biobankens arbetsflöde (figur 1).
Figur 1: Olika faktorer som bidrar till optimering av biobanking. Förkortning: LIMS = laboratorieinformationshanteringssystem. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Dessa mycket specifika och känsliga uppgifter kräver stränga ledningsstandardprocedurer för biobankning. En detaljerad och validerad projektform bör göras tillgänglig för alla forskare som behöver få tillgång till biobanksproverna och data. Informationen i begäran bör innehålla studiemetodik och design, mål, mål och budget. En teknisk vetenskaplig kommitté för biobanker bör inrättas med den kapitalära rollen att bedöma ansökningar om forskningsprojekt. Detta organ bör omfatta medlemmar från biobanksenheten, kliniska avdelningar, forskargrupper, dataskydd, juridiska kontor och tekniköverföringskontor.
Enheten för translationell och digital medicin vid European Institute of Oncology (IEO) är en global referens för biobanker när det gäller kvalitet och kvantitet av tillhandahållna tjänster samt innovation. Denna fullt certifierade anläggning (UNI EN ISO 9001:2015-Certiquality) är en integrerad del av den italienska noden BBMRI-ERIC (dvs. biobankning och biomolekylär resursforskningsinfrastruktur) och interagerar med både kliniska enheter och forskningsinfrastruktur.
Det finns en stor heterogenitet i de typer av biospecimens som lagras av biobanker. Dessa inkluderar vävnadsprover - antingen färskfrysta eller paraffinkonserverade - biofluider (t.ex. plasma, serum, blod, urin, avföring), cellkulturer och mononukleära celler i perifert blod (PBMC). Vår biobank fungerar synergistiskt med den europeiska forskningsinfrastrukturen för biobanker (BBMRI-ERIC), som är ett av de största biobanksnätverken i Europa och tillhandahåller en portal för tillgång till biobanker och biomolekylära resurser som samordnas av nationella noder15. Förutom BBMRI-Eric har International Society for Biological and Environmental Repositories (ISBER) också spelat en viktig roll i standardiseringen av operativa förfaranden för biobanking16.
Biobanksenheten, som är en del av avdelningen för patologi, är engagerad i patientens centralitet, stöd till utveckling av klinisk forskning, kontinuerlig förbättring, förbättring av mänskliga resurser, internationellt samarbete, stöd för utbildningsevenemang, säkerhet på arbetsplatsen och vetenskaplig och teknisk tillväxt. Den gemensamma visionen är att inrätta nationella och europeiska landmärken för biobanker när det gäller kvalitet och kvantitet på tjänster och innovation. De insamlade biologiska proverna används för att identifiera nya biomarkörer och nya läkemedel (t.ex. för att utveckla alltmer individanpassade terapier) och för att säkerställa bästa tillgängliga behandling för patienter genom excellens inom forskning.
Varje biologiskt prov samlas in och hanteras efter förhandsverifiering för förekomsten av avtalet om vetenskapligt forskningsdeltagande uttryckt av patienten15. Biologiska insamlade prover används för att genomföra forskningsprojekt eller kliniska prövningar och inkluderar överskott (dvs. inte behövs för diagnostiska ändamål) patologiska och icke-patologiska kirurgiska prover, flytande biopsier (t.ex. blod, serum, plasma och urin) och andra biologiska prover. Dessa biomaterial lagras enligt dedikerade kryokonserveringsprotokoll. Detta dokument ger biobanksprotokollen för ett stort cancercenter.
Protocol
Detta protokoll fokuserar på de SOP som används för bröst-, äggstocks-, prostata-, lung- och tjocktarmscancer. Alla procedurer som beskrivs här godkändes av den vetenskapliga tekniska kommittén, etikkommittén (EG) och direktörerna för bröst-, gynekologi-, urologi-, thoraxkirurgi- och matsmältningssystemkirurgiprogram. Studieförfarandena följer Helsingforsdeklarationen från 1964, den allmänna dataskyddsförordningen (GDPR) från 2018 och de efterföljande ändringarna. Ett institutionellt avtal om forskningsdeltagande (RPA), härrörande från GDPR-lagen, representerar det informerade samtycke som erhållits från alla patienter för att samla in biologiska prover och personliga, kliniska och genetiska data. RPA erhölls från alla patienter för lagring, bearbetning och användning av erhållna data för vetenskapliga ändamål.
1. Förutsättningar för biologiska prover
- Kontrollera om en patient uppfyller villkoren för inskrivning baserat på RPA- och projektprotokollet och ge en detaljerad RPA-beskrivning till alla patienter.
- Öka patientengagemanget, t.ex. sända en pedagogisk tecknad video i väntrum för att informera patienterna om vikten och effekten av RPA. Ge gadgetbokmärken till alla patienter (se den fritt tillgängliga korta tecknade animationen på https://www.ieo.it/it/PER-I-PAZIENTI/I-diritti-del-paziente/Consensi-informati/ och https://vimeo.com/679070846).
- Utbilda personalen att utföra samtyckesadministrationen under varje sjukhusvistelse och ge ytterligare information om patienterna deltar i en specifik studie.
OBS: Om RPA inte är undertecknat samlas inte biologiska prover in. - Undvik att inkludera fall som har presenterat infektion med SARS-CoV-2 (COVID-19), hepatit B (HBV), hepatit C (HCV) och humant immunbristvirus (HIV).
2. Biobanksprogramvara
- Använd programvara för laboratorieinformationshanteringssystem (LIMS) för att spåra alla biologiska prover. Se till att det finns ett bra operativsystem som automatiskt får personlig och klinisk information vid patientregistrering och kan integreras med journaler, administrativa fall, RPA och patientpatologiska data, som visas i figur 2.
- Se till att de biologiska proverna registreras med hjälp av biobanksprogrammet.
- Identifiera patienter med hjälp av koder. Tilldela varje individ en unik kod som matchar journalnumret (individuellt besök, typ av patienttjänst).
OBS: Under registreringen uppdateras Scientific RPA elektroniskt i operativsystemet.
- Identifiera patienter med hjälp av koder. Tilldela varje individ en unik kod som matchar journalnumret (individuellt besök, typ av patienttjänst).
- Generera ett alikvot-ID
- Ange år och anatomiskt ställe eller typ av biofluid (tabell 1) från vilket provet härstammar (tabell 2) och lägg till ett progressivt unikt nummer per prov.
- För bilaterala organ, lägg till ett löpnummer för att skilja det biologiska provets ursprung från höger eller vänster organ. Tilldela förkortningen med suffixet 1 (för vänster) eller 2 (för höger) - två siffror.
OBS: Till exempel ser ett detaljerat ID ut som "12-B-00100-01", där 12 anger året och B anger orgeln = bröstet.
- Registrera dig med ett ID för varje alikvot
- Spåra två makrotyper av biologiska prover: fasta ämnen och vätskor.
- Dela upp i underkategorier: färska prover och frysta prover.
Figur 2: Ett representativt gränssnitt för biobanken LIMS. Den vetenskapliga RPA uppdateras elektroniskt från den kliniska journalservern. Förkortningar: LIMS = laboratorieinformationshanteringssystem; RPA = Avtal om forskningsdeltagande. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Tabell 1: Biofluidtyper och motsvarande koder. Klicka här för att ladda ner den här tabellen.
Tabell 2: Vävnadsprovstyper och motsvarande koder. Klicka här för att ladda ner den här tabellen.
3. Provtagning
- Förberedelse av daglig operationsplan
- Bestäm om patienten har undertecknat RPA eller inte och om de är berättigade.
- Kontrollera följande villkor:
- Kontrollera patientens överensstämmelse med inklusionskriterierna: rapportera alla positiva fall av HIV, HBV, HCV och COVID-19 i lämpligt infektionsriskfält "RI" för att undvika att samla in biologiska prover.
- Kontrollera om patienten är inskriven i en klinisk prövning eller ett specifikt godkänt forskningsprojekt genom att korrekt fylla i fältet Studie/Projekt i varje patientprofil.
- Informera tekniker om risken för infektion är okänd; kassera prover med positiva resultat eller okända risker.
- Bearbeta och lagra prover i biobanken, som presenteras i figur 3.
- Samla färska och frysta vävnadsprover relaterade till patienter som genomgick operation.
- Samla cytologiska prover, antingen genom aspirativa eller esfoliativa tekniker, för kirurgiskt borttagna små lesioner.
- Samla biologiska vätskor (t.ex. blod, serum, plasma, PBMC, buckal pinne, urin, avföring och ascites) hos patienter i prehospitaliseringsstadiet, patienter som är inskrivna i kliniska prövningar och alla andra ämnen som är involverade i godkända screeningprojekt.
Bild 3: Exempel på hierarki. Från en enda patient bearbetas och lagras flera underkategorier av episoder i biobanken. Förkortningar: PMBC = mononukleära celler i perifert blod; LIMS = laboratorieinformationshanteringssystem. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
4. Insamling av blodprover
- Samla patientens blod i 6 ml vacutainers innehållande antikoagulantia Na 2 EDTA (7,2 mg, spraytorkad). Registrera vacutainers märkta med numret på journalen och episodkoden och bearbeta dem på två olika sätt: färska eller frysta.
- För färska prover, registrera blodproverna i biobanksprogrammet. Märk vakutainerna med biobanks-ID-koden och leverera dem till de behöriga användarna.
- För frysta prover som lagras i biobanken, förbered två Cryobank 2D-kodade rör, var och en av 900 μl blod (figur 4). Registrera alikvoterna i biobanksprogrammet, placera dem på en specifik streckkodsplatta och förvara dem i frysar (−80 °C) för att säkerställa en konstant temperatur.
Figur 4: Frysta provmaterial . (A) 2D-streckkodsrör, (B) streckkodsläsare för enkelrör och (C) rörskylt för registrering och lagring. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
5. Insamling av serumprover
- Samla patientens blod i 6 ml vacutainer "plastserumrör" som innehåller spraybelagd kiseldioxid för att inducera koagulering. Låt vakuterierna stå i 3 timmar vid rumstemperatur (RT) för att framkalla koagulering och centrifugera sedan vid 828 x g i 10 minuter vid 20 °C.
- Förvara serum (450 μL) i 0,5 ml Cryobank 2D-kodade rör med totalt 3-4 alikvoter för varje prov. Om serumvolymen för den sista alikvoten är mindre än 450 μl, ange den som "LEFTOVER" under registreringen för att spåra rätt mängd fryst serum.
- Registrera alikvoterna i biobanksprogrammet, placera dem på en specifik streckkodsplatta och förvara dem i frysar (−80 °C) för att säkerställa en konstant temperatur.
OBS: Antalet alikvoter beror på den ursprungliga mängden helblod som tas och mängden serum som erhålls.
6. Perifert blod mononukleär cellisolering
- Öppna den laminära flödeshuven och rengör den med 70% etanol. Förbered påsen för biologiskt avfall, steril 1x fosfatbuffrad saltlösning (PBS) och ett tomt sterilt 50 ml koniskt rör.
- Häll blodet (från EDTA-uppsamlingsrör) i det tomma sterila 50 ml koniska röret och späd det 1: 1 med steril 1x PBS (t.ex. 15 ml blod + 15 ml 1x PBS). Använd PBS för att skölja blodröret.
- Centrifugera rören vid 400 x g i 30 minuter vid 20 °C och bearbeta rören under en biohazard-huv. Återställ det mellersta vita skiktet som innehåller PBMC med en Pasteur-pipett och placera det i ett nytt sterilt 50 ml koniskt rör. Tillsätt upp till 45 ml PBS för att tvätta PBMC: erna, blanda och centrifugera vid 400 x g i 10 minuter vid 4 ° C. Återvinn pelleten, återsuspendera den i PBS och räkna cellerna med hjälp av engångs Burker-kamrar.
OBS: Volymen PBS beror på pelleten. Från 15 ml blod, se till att en resuspensionsvolym på 2-3 ml och sedan en utspädning på 1:10 ska räknas. Använd ekvation (1):
Medelvärde för 3 kvadrater × 10 000 × utspädningsfaktorer × ml resuspensionsvolym = antal celler totalt (1) - Tvätta PBMC igen med PBS, blanda och centrifugera vid 400 x g i 10 min vid 4 °C. Späd PBMC vid 2-3 x 106 celler / ml i frysmedium (fetalt bovint serum (FBS) + 10% dimetylsulfoxid [DMSO]). Förbered Cryobank 2D-kodade rör genom att överföra 1 ml återsuspenderade celler till varje kryotube, placera dem i en specifik kryolåda och förvara dem vid −80 ° C så snart som möjligt.
OBS: Frysmediet består av FBS med steril 10% DMSO och förvaras i alikvoter vid −20 ° C i upp till 6 månader. När det har tinats långsamt vid 4 °C måste det användas inom 2 veckor.
7. Insamling av plasmaprover
- Samla patientens blod i 6 ml vacutainers innehållande antikoagulantia Na 2 EDTA (7,2 mg, spraytorkad). Centrifugera vacutainern som innehåller helblodet vid 2 000 x g i 10 minuter vid 4 °C för att separera plasman.
- Ta bort det övre lagret av plasman med en 3 ml Pasteurpipett, överför till ett sterilt 15 ml koniskt sterilt rör och centrifugera vid 16 000 x g i 10 minuter vid 4 °C för att eliminera förorenande blodkroppar. Överför plasman till 1 ml Cryobank 2D-kodade rör.
- Registrera alikvoterna i biobanksprogrammet, placera dem på en specifik streckkodsplatta och förvara dem i en frys (−80 °C) för att säkerställa en konstant temperatur.
8. Provtagning av avföring och buckal pinne
- Samla avföring och buckala pinnar i 15 ml rör som innehåller följande specifika lösning: 50 mM Tris-HCl, 10 mM NaCl och 10 mM EDTA, pH 7,5.
- Registrera rören i biobanksprogrammet. Märk rören med biobankskoderna.
- Förvara avföring och buckala pinnar vid 4 °C i biobankskylen.
9. Vävnadsbehandling
- Låt vävnadsprover undersökas av en patolog för att avgöra om det material som inte är nödvändigt för diagnostiska förfaranden är tillräckligt för forskningsändamål.
OBS: När vävnadsvolymen är mindre än 1,5 mm3 lagras den antingen i OCT eller tillhandahålls som ett nytt prov (A) kopplat till en specifik forskningsbegäran. - När det är möjligt, samla även den icke-patologiska motsvarigheten (NP) för den patologiska vävnaden (P). Placera proverna i petriskålar med steril cellodling märkta som P och NP (figur 5). Håll vävnaden på isen vid 4 °C och dela den i tre delar vardera (A, B och C) om det finns tillräckligt med material.
- Färska vävnadsprover (A): placera färska alikvoter av P- och NP-vävnad i rör med lämpligt odlingsmedium som definieras i varje specifikt protokoll och skicka dem till externa forskningsenheter (t.ex. forskningslaboratorier).
- OCT-vävnadsprover (B): placera färska alikvoter av P - och NP-vävnad i kryomoler, fyll dem med OCT-harts (10,24% polyvinylalkohol, 4,26% polyetylenglykol och 85,5% icke-reaktiva ingredienser) och placera dem omedelbart i en blixtfrysningsapparat vid −80 ° C.
OBS: Vid −80 °C tar OCT-inbäddad vävnad från 60-150 s att frysa. - Vävnadsprover (C): placera de återstående vävnadsproverna i Cryobank 2D-kodade rör i blixtfrysningsapparaten.
- Förvara plattorna vid −80 °C.
OBS: För varje fryst OCT-alikvot, utför ett kvalitetskontrolltest före distribution och dess användning för att få en histologisk utvärdering, enligt beskrivningen i avsnitt 11.
Figur 5: Biobanksarbetsflöde för vävnadsprover. Förkortningar: LIMS = laboratorieinformationshanteringssystem; OCT = optimal skärtemperatur. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
10. Frysning av vävnad
- Frys vävnad snabbt i isopentanångor med hjälp av en blixtfrysningsapparat. Lägg vävnadsproverna i isopentan vid −120 °C i 3 minuter och förvara dem i kryokonserveringsrummen vid −80 °C.
OBS: Två metoder används för att frysa prover av tumör och frisk vävnad med blixtfrysning för att upprätthålla nukleinsyrornas integritet.
11. Kvalitetskontroll av vävnader
- Placera kryostatinstrumentet i en kylbehållare vid en temperatur mellan −20 ° C och −40 ° C och skär några kryosektioner från OCT-blocket17. Utför hematoxylin och eosin (H&E) färgning på vävnaden kryosektion18. Analysera vävnadens morfologi under ett optiskt mikroskop19.
OBS: Sektionerna har en lämplig tjocklek från 3-12 μm.- Fyll i ett specifikt formulär (tabell 3).
Tabell 3: Kvalitetskontrollform för OCT-inbäddade och frysta vävnadssektioner. Förkortning: OCT = optimal skärtemperatur. Klicka här för att ladda ner den här tabellen.
12. Begäran och hämtning av prover för forskningsändamål
- Begär lagrade alikvoter:
- Få ett ifyllt formulär med forskningsprojektets namn, huvudutredare (PI), upphämtningsdatum och en kort beskrivning. Kör en fråga på programvarudatabasen (DB), välj alikvoten, generera en upphämtningslista för teknikerna och kontrollera streckkoden för varje hämtad alikvot.
OBS: För att få prover från biobanken måste forskare från vårt institut eller externa samarbetspartners (vinstdrivande eller ideella) ansöka med hjälp av en specifik blankett, och projektet utvärderas av en teknisk-vetenskaplig kommitté och etikkommittén.
- Få ett ifyllt formulär med forskningsprojektets namn, huvudutredare (PI), upphämtningsdatum och en kort beskrivning. Kör en fråga på programvarudatabasen (DB), välj alikvoten, generera en upphämtningslista för teknikerna och kontrollera streckkoden för varje hämtad alikvot.
Representative Results
Efter de standardrutiner som beskrivs ovan samlade vi in totalt 38 446 kommenterade biologiska flytande biopsier och totalt 10 205 vävnadsprover från april 2012 till december 2021 (figur 6A). Dessutom analyserade vi i detalj de insamlade proverna från avdelningarna för urologi, gynekologi, senologi samt avdelningarna för huvud och nacke, buk-bäcken och thoraxkirurgi. Det högsta antalet vävnadsprover vi samlade in var från brösttumörer (figur 6B,C). Sedan 2019 har vi också börjat samla in andra biologiska prover, såsom urin, avföring och buckala pinnar, efter den betydligt ökade efterfrågan genom åren (figur 6D).
Som framgår av figur 6A led mängden insamlade prover, särskilt vävnader, under 2020–2021 på grund av covid-19-pandemin och den därmed sammanhängande minskningen av onkologiska förfaranden. Viktigt är att det vetenskapliga arbetet inte minskade under denna period på grund av användningen av korrekt lagrade och kommenterade biobanksprover som samlats in under de föregående åren. Korrekt insamling av biologiska prover och tillhörande klinopatologiska data gjorde det möjligt för oss att ha en välstrukturerad och konkurrenskraftig retrospektiv och prospektiv biobank. För detta ändamål måste valet av det kirurgiska provet utföras av patologen, både för att säkerställa en korrekt diagnos och ha möjlighet att bedriva forskning med lämpliga vävnadsprover. I vår biobank är specifika arbetsrutiner fast förankrade och följda, så att vi tillämpar standardiserade rutiner som överensstämmer med certifieringen ISO 9001 i samband med biobanker för forskning.
Figur 6: Biobank kumulativ insamling av biospecimens vid European Institute of Oncology, från 2012 till 2021. Kumulativ insamling av (A) vävnadsprover (orange kurva) och blod med serumprover (blå kurva). kumulativ insamling av (B) bröstvävnadsprover (röd kurva); kumulativ insamling av (C) äggstocksvävnadsprover (grön kurva), prostata (grå kurva), lunga (ljusblå kurva) och kolonvävnadsprover (gul kurva). Från 2019 till 2021, kumulativ samling av (D) ytterligare biologiska prover: avföring (blå linje), en buckal pinne (rosa linje), plasma (ljusgrön linje) och urin (violett linje). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
Även om onkologi har gjort enorma framsteg, är cancer fortfarande en ledande orsak till sjuklighet och dödlighet överhela världen 20. Att förstå tumörheterogenitet, dess tidsmässiga utveckling över tid och resultaten av riktad behandling är strikt beroende av korrekt datainsamling i samband med rutinmässig klinisk vård21. I detta avseende får "multi-omics" -metoden fart i onkologisk prediktiv patologi22. Den traditionella vävnadsbaserade biomarkörbedömningen integreras med hjälp av flera nya bioanalyter, såsom blod, plasma, uriner, saliv och avföring23,24,25,26. Därför erkänns biobanker nu som viktiga infrastrukturer för att förbättra klinisk praxis. När vi ser tillbaka på cancerforskningens historia inser vi att de mest imponerande och banbrytande upptäckterna aldrig skulle ha varit möjliga utan direkt undersökning av cancervävnad eller flytande biopsier. Med tiden har källan till cancervävnad och typen av flytande biopsi som ska undersökas utvecklats från råa dissektioner, slumpmässiga "slumpmässiga möten" och i vissa fall olaglig handel till organiserade cancersamlingar och strategiska moderna onkologibanker. Övervägande av många etiska frågor har förändrats avsevärt både i praktiken och i de viktigaste faktorerna som skiljer moderna onkologibanker från tidigare onkologisamlingar.
På grund av framstegen inom cancerforskningen och den stora mängd molekylär information som nu tillhandahålls av modern teknik blir det mer och mer uppenbart att biobanker, särskilt de i cancercentra, kan möta flera typer av metodologiska problem. Bland dessa har tekniken blivit en universell utmaning som fortfarande förhindrar SOP-standardisering och harmonisering. En annan kritisk aspekt för att upprätthålla kärnbiobanksverksamheten är att ha en integrerad LIMS-programvara som kan ta emot och automatiskt underhålla alla sjukhus-ID och alla kodifierade kliniska data som kommer från sjukhusets programvara. Det är anmärkningsvärt att annan värdefull programvara som används för att hantera biobanker och vissa freeware kan erhållas för biobankshantering 27,28,29,30,31. Ett annat kritiskt steg i biobankerna är genomförandet av deltagandepakten för alla patienter och den juridiska och etiska överenskommelse som krävs för lagring av kliniska data och biospecimens10,32.
I detta avseende har detta protokoll väldefinierade riktlinjer som inte tillåter insamling och lagring av biospecimens i avsaknad av samtycke. Detta är också en kritisk fråga eftersom patienter kan dra tillbaka sitt deltagande även efter att deras prover har lagrats. Således har metoder för att snabbt ta sådana prover ur biobanksystemet implementerats. Biospecimens som kommer från patienter som rekryterats av vår biobank följer strikta protokoll för insamling och lagring. I detta avseende har flera viktiga aspekter utvärderats för att övervaka denna process och förbättras kontinuerligt. I synnerhet kräver ISO9001-certifiering flera indikatorer på prestanda, såsom varm ischemisk tid, som måste bibehållas i under 30 minuter eller 60 minuter beroende på vävnadens källa. Dessutom samlas flytande biopsier och biologiska vätskor med hjälp av standardiserade protokoll enligt strikta tidsprocedurer 15,33,34,35,36.
Specifika egenskaper är av stor betydelse i biobankernas arbetsflöden. Dessa inkluderar närvaron av en certifierad patolog, vilket garanterar provtagning av vävnaden av diagnostiska skäl, och insamling av vävnad för biobankning inom en tidsram som är kompatibel med en hög kvalitet på prover (ischemisk tid är en viktig indikation för vissa typer av forskning, såsom RNA-beroende analyser, som kräver mindre varm ischemisk tid). Dessutom är hanteringen av det utrymme som krävs för lagring av prover av stor betydelse i biobankerna. Antalet insamlade flytande biopsier kan drivas av studiedesignen. Flytande biopsier kan ofta samlas in både under den preoperativa och uppföljningsperioden, enligt definitionen i varje studiedesign.
På grund av screeningkampanjer för förebyggande av cancer och tidig diagnos av tumörer, dvs. små brösttumörer i tidiga utvecklingsstadier, liksom tillgången på minimalt invasiva kirurgiska tekniker, har minskat antalet vävnadsprover som är tillgängliga för forskning (eftersom de flesta vävnadsprover alltid används för diagnostiska ändamål). Kapaciteten att samla in och lagra biologiska exemplar har förbättrats avsevärt under de senaste åren. Detta kan observeras för biologiska vätskor, vilket återspeglar den ökade kapaciteten hos denna biobank att stödja institutets forskargrupper i den växande efterfrågan på patient-härledd kommenterat material. Trots dessa förbättringar har vi upplevt vissa begränsningar för multicenterstudier som kräver samordning mellan biobanker från olika delar av världen, som endast kan integreras genom att implementera liknande förfaranden.
Efter att ha uteslutit de flesta av de etiska och tekniska frågorna om biobanking, inklusive insamling av all klinisk och demografisk information, är nästa mål att genomföra digitaliseringen av alla histologiska preparat och färgning som används för diagnos och forskningsändamål. Detta är av grundläggande betydelse för nästa generations studier som kommer att ha stor nytta av en helt integrerad digital patologi och biobank, som kommer att bli standarden för framtiden. Endast en stor serie patienter med integrerade data och digitala bilder kan driva multicenter, stora artificiella intelligensstudier (AI) för att förbättra cancerpatientvården. Sammanfattningsvis anser vi att en god sjukvård inte slutar med diagnos och behandling. Bästa praxis omfattar att hitta sätt att kontinuerligt diagnostisera och förbättra behandlingen för alla sjukdomar, särskilt sådana som allvarligt påverkar livslängden eller kvaliteten.
Disclosures
Författarna har inga intressekonflikter att avslöja.
Acknowledgments
Författarna vill tacka alla patienter som aktivt deltagit under det senaste decenniet i våra forskningsprogram genom donation av sina biospecimens. Utan dem skulle denna forskning inte vara möjlig. Vi är också tacksamma för all personal som arbetar på IEO, sjuksköterskor, tekniker, biologer, läkare och direktörerna för alla kliniska och forskningsenheter. Författarna är tacksamma mot prof. Pier Paolo Di Fiore och prof. Giancarlo Pruneri för deras vägledning. Slutligen tillägnar vi detta arbete till professor Umberto Veronesi, grundaren av IEO, och hans banbrytande tillvägagångssätt för att integrera cancerforskning och patientvård.
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).
