Biobanker er avgjørende ressurser for biomedisinsk forskning, og Biobank for Translational and Digital Medicine Unit ved European Institute of Oncology er en modell på dette feltet. Her gir vi en detaljert beskrivelse av biobankenes standard driftsrutiner for håndtering av ulike typer humane biologiske prøver.
Biobanker er viktige forskningsinfrastrukturer rettet mot innsamling, lagring, behandling og deling av humane biologiske prøver av høy kvalitet og tilhørende data for forskning, diagnose og personlig medisin. Biobank for Translational and Digital Medicine Unit ved European Institute of Oncology (IEO) er et landemerke på dette feltet. Biobanker samarbeider med kliniske divisjoner, interne og eksterne forskningsgrupper og industri, og støtter pasientenes behandling og vitenskapelige fremgang, inkludert innovativ diagnostikk, biomarkøroppdagelse og klinisk prøvedesign. Gitt biobankenes sentrale rolle i moderne forskning, bør biobankstandardprosedyrer (SOP) være ekstremt presise. SOP-er og kontroller av sertifiserte spesialister sikrer den høyeste kvaliteten på prøvene for implementering av vitenskapsbaserte, diagnostiske, prognostiske og terapeutiske personlige strategier. Til tross for mange anstrengelser for å standardisere og harmonisere biobanker, er disse protokollene, som følger et strengt sett med regler, kvalitetskontroller og retningslinjer basert på etiske og juridiske prinsipper, ikke lett tilgjengelige. Denne artikkelen presenterer biobankens standard operasjonsprosedyrer for et stort kreftsenter.
Biobanker er biorepositorier rettet mot innsamling, lagring, behandling og deling av humane biologiske prøver og tilhørende data for forskning og diagnose. Deres rolle er avgjørende ikke bare for biomarkøroppdagelse og validering, men også for utvikling av nye stoffer1. Derfor er de aller fleste translasjonelle og kliniske forskningsprogrammer avhengige av tilgang til biospecimens av høy kvalitet. I denne forbindelse anses biobanker som en bro mellom akademisk forskning og farmasøytisk / bioteknologisk industri 2,3,4,5. På grunn av de enestående mulighetene som tilbys av stor datainnsamling og kunstig intelligens, utvikler biobankenes rolle i kreftforskningkontinuerlig 6.
Det brede spekteret av biomaterialer som håndteres av biobanker, er kombinert med klinisk-patologisk informasjon, inkludert demografiske og miljømessige data, tumortype, histologisk karakter, stadium, tilstedeværelse av lymfovaskulær invasjon og biomarkørstatus 7,8. Jo flere prøver og data av høy kvalitet som er tilgjengelige, desto raskere vil forskningen fremme ogpåvirke helsetjenester 9. Det er et strengt regelverk basert på etiske og juridiske prinsipper som bør følge allment vedtatte SOP-er, kvalitetskontroller og retningslinjer (f.eks. US National Cancer Institute, UK Confederation of Cancer Biobanks og EU International Society for Biological and Environmental Repositories) 10,11.
Utviklingen av SOP-er for alle viktige aspekter ved biobanker gir flere fordeler når det gjelder kvalitet, sporbarhet, konsistens, reproduserbarhet og behandlingstider12,13. Et annet viktig aspekt ved SOP-implementering er representert ved optimalisering av biobankstyring, noe som muliggjør bedre problemløsing og alternative prosedyrer for biobankansatte og forskere14. Alle disse fasettene er en del av biobankarbeidsflyten (figur 1).
Figur 1: Ulike faktorer som bidrar til optimalisering av biobanking. Forkortelse: LIMS = laboratorieinformasjonsstyringssystem. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.
Disse svært spesifikke og sensitive dataene krever strenge ledelsesmessige standardprosedyrer i biobanking. Et detaljert og validert prosjektskjema bør gjøres tilgjengelig for alle forskere som trenger tilgang til biobankens prøver og data. Informasjonen som gis i forespørselen skal omfatte studiemetodikk og design, mål, mål og budsjett. Det bør opprettes en biobank teknisk-naturvitenskapelig komité med kapitalrollen i vurderingen av søknader til forskningsprosjekter. Dette organet bør omfatte medlemmer fra biobankenheten, kliniske divisjoner, forskningsgrupper, databeskyttelse, juridisk kontor og teknologioverføringskontor.
Biobank for Translational and Digital Medicine Unit ved European Institute of Oncology (IEO) er en verdensomspennende referanse for biobanker når det gjelder kvalitet og kvantitet av tjenester som tilbys, samt innovasjon. Dette fullt sertifiserte anlegget (UNI EN ISO 9001: 2015-Certiquality) er en integrert del av BBMRI-ERIC italiensk node (dvs. Biobanking og BioMolecular Resources Research Infrastructure) og samhandler med både kliniske enheter og forskningsinfrastruktur.
Det er stor heterogenitet i hvilke typer bioprøver som lagres av biobanker. Disse inkluderer vevsprøver – enten ferskfrosne eller parafinkonserverte biofluider (f.eks. Plasma, serum, blod, urin, avføring), cellekulturer og perifere mononukleære celler (PBMCs). Vår biobank opererer synergistisk med den europeiske forskningsinfrastrukturen for biobanking (BBMRI-ERIC), som er et av de største biobanknettverkene i Europa og tilbyr en portal for tilgang til biobanker og biomolekylære ressurser koordinert av nasjonale noder15. I tillegg til BBMRI-ERIC har International Society for Biological and Environmental Repositories (ISBER) også spilt en viktig rolle i standardiseringen av driftsprosedyrer for biobanking16.
Biobankenheten, som er en del av Divisjon for patologi, er forpliktet til pasientens sentralitet, støtte til utvikling av klinisk forskning, kontinuerlig forbedring, forbedring av menneskelige ressurser, internasjonalt samarbeid, støtte til opplæringsarrangementer, sikkerhet på arbeidsplassen og vitenskapelig og teknologisk vekst. Den felles visjonen er å etablere nasjonale og europeiske landemerker for biobanker når det gjelder kvalitet og kvantitet av tjenester og innovasjon. De innsamlede biologiske prøvene brukes til å identifisere nye biomarkører og nye legemidler (for eksempel for å utvikle stadig mer personlige terapier) og for å sikre den beste tilgjengelige behandlingen for pasienter gjennom fremragende forskning.
Hver biologisk prøve samles inn og håndteres etter forutgående verifisering for tilstedeværelsen av den vitenskapelige forskningsdeltakelsesavtalen uttrykt av pasienten15. Biologisk innsamlede prøver brukes til å gjennomføre forskningsprosjekter eller kliniske studier og inkluderer overskytende (dvs. ikke nødvendig for diagnostiske formål) patologiske og ikke-patologiske kirurgiske prøver, flytende biopsier (f.eks. Blod, serum, plasma og urin) og andre biologiske prøver. Disse biomaterialene lagres i henhold til dedikerte kryopreserveringsprotokoller. Dette papiret gir biobankprotokollene til et stort kreftsenter.
Selv om onkologi har gjort enorme fremskritt, er kreft fortsatt en ledende årsak til sykelighet og dødelighet over hele verden20. Forståelse av tumor heterogenitet, dens tidsmessige utvikling over tid, og resultatene av målrettet behandling er strengt avhengig av nøyaktig datainnsamling i sammenheng med rutinemessig klinisk behandling21. I denne forbindelse får “multi-omics” -tilnærmingen fart i onkologisk prediktiv patologi22. Den tradisjonelle vevsbaserte biomarkørvurderingen blir integrert ved hjelp av flere nye bioanalytter, som blod, plasma, uriner, spytt og avføring23,24,25,26. Derfor er biobanker nå anerkjent som sentrale infrastrukturer for å forbedre klinisk praksis. Når vi ser tilbake på kreftforskningens historie, innser vi at de mest imponerende og banebrytende funnene aldri ville vært mulig uten direkte undersøkelse av kreftvev eller flytende biopsier. Over tid har kilden til kreftvev og typen flytende biopsi som skal undersøkes, utviklet seg fra grove disseksjoner, tilfeldige “tilfeldige møter”, og i noen tilfeller ulovlig handel til organiserte kreftsamlinger og strategiske moderne onkologibanker. Hensynet til mange etiske problemstillinger har endret seg betydelig både i praksis og i de viktigste faktorene som skiller moderne onkologiske banker fra fortidens onkologiske samlinger.
På grunn av fremskrittene innen kreftforskning og den enorme mengden molekylær informasjon som nå leveres av moderne teknologi, blir det mer og mer tydelig at biobanker, spesielt de i kreftsentre, kan møte flere typer metodologiske problemer. Blant disse har teknologi blitt en universell utfordring som fortsatt hindrer SOP-standardisering og harmonisering. Et annet kritisk aspekt for å opprettholde kjernebiobankaktiviteter er å ha en integrert LIMS-programvare som kan motta og automatisk vedlikeholde alle sykehus-ID-er og alle kodifiserte kliniske data som kommer fra sykehusets programvare. Det er bemerkelsesverdig at annen verdifull programvare som brukes til å administrere biobanker og noen freeware kan fås for biobank administrerende 27,28,29,30,31. Et annet kritisk skritt i biobanker er implementeringen av deltakelsespakten for alle pasienter og den juridiske og etiske avtalen som er nødvendig for lagring av kliniske data og biospecimens10,32.
I denne forbindelse har denne protokollen veldefinerte retningslinjer som ikke tillater innsamling og lagring av biospecimens i fravær av samtykke. Dette er også et kritisk spørsmål siden pasienter kan trekke sin deltakelse selv etter at prøvene er lagret; Dermed er metoder for raskt å ta slike prøver ut av biobanksystemet implementert. Biospecimens som kommer fra pasienter rekruttert av vår biobank følger strenge protokoller for innsamling og lagring. I denne forbindelse har flere viktige aspekter blitt evaluert for å overvåke denne prosessen og blir kontinuerlig forbedret. Spesielt krever ISO9001-sertifisering flere indikatorer på ytelse, for eksempel varm iskemisk tid, som må opprettholdes i under 30 minutter eller 60 minutter, avhengig av vevskilden. I tillegg samles flytende biopsier og biologiske væsker ved hjelp av standardiserte protokoller etter strenge tidsprosedyrer 15,33,34,35,36.
Spesifikke funksjoner er av stor betydning i biobankenes arbeidsflyt. Disse inkluderer tilstedeværelse av en sertifisert patolog, som garanterer prøvetaking av vevet av diagnostiske årsaker, og innsamling av vev for biobanking i en tidsramme som er kompatibel med en høy kvalitet på prøver (iskemisk tid er en viktig indikasjon for noen typer forskning, for eksempel RNA-avhengige analyser, som krever mindre varm iskemisk tid). Dessuten er det av stor betydning å forvalte plassen som kreves for lagring av prøver i biobanker. Antall innsamlede flytende biopsier kan drives av studiedesignet. Flytende biopsier kan ofte innhentes både i preoperativ og oppfølgingsperioden, definert ved hvert studiedesign.
På grunn av screeningkampanjer for kreftforebygging og tidlig diagnose av svulster, dvs. små brysttumorer i tidlige utviklingsstadier, samt tilgjengeligheten av minimalt invasive kirurgiske teknikker, har redusert antall vevsprøver tilgjengelig for forskning (som de fleste vevsprøver brukes alltid til diagnostiske formål). Kapasiteten til å samle inn og lagre biologiske prøver har blitt betydelig bedre de siste årene. Dette kan observeres for biologiske væsker, noe som gjenspeiler den økte kapasiteten til denne biobanken for å støtte instituttets forskningsgrupper i den økende etterspørselen etter pasientavledet kommentert materiale. Til tross for disse forbedringene har vi opplevd noen begrensninger for multisenterstudier som krever koordinering mellom biobanker fra forskjellige deler av verden, som bare kan integreres ved å implementere lignende prosedyrer.
Etter å ha utelukket de fleste etiske og tekniske problemer angående biobanking, inkludert innsamling av all klinisk og demografisk informasjon, er det neste målet å implementere digitaliseringen av alle histologiske preparater og farging som brukes til diagnose og forskningsformål. Dette er av grunnleggende betydning for neste generasjons studier som vil ha stor nytte av en fullt integrert digital patologi og biobank, som kommer til å bli standarden for fremtiden. Bare en stor serie pasienter med integrerte data og digitale bilder kan drive multisenter, store kunstige intelligensstudier (AI) for forbedring av kreftpasientbehandling. Avslutningsvis mener vi at gode helsetjenester ikke slutter med diagnose og behandling. Beste praksis omfatter å finne måter for kontinuerlig diagnose og behandlingsforbedring for enhver sykdom, spesielt de som alvorlig påvirker forventet levealder eller kvalitet.
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne vil gjerne takke alle pasientene som aktivt deltok i løpet av det siste tiåret i våre forskningsprogrammer gjennom donasjon av deres biospecimens. Uten dem ville denne forskningen ikke være mulig. Vi er også takknemlige for alt personell som jobber ved IEO, sykepleiere, teknikere, biologer, leger og direktørene for alle kliniske og forskningsenheter. Forfatterne er takknemlige for prof. Pier Paolo Di Fiore og prof. Giancarlo Pruneri for deres veiledning. Til slutt dedikerer vi dette arbeidet til prof. Umberto Veronesi, grunnleggeren av IEO, og hans banebrytende tilnærming til integrering av kreftforskning og pasientbehandling.
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 |