單病種模式臨床生物樣本庫的建立與應用

王歡 張?zhí)?秦玲莎 胡垚 齊玲

廣州醫(yī)科大學附屬第六醫(yī)院 廣東省清遠市人民醫(yī)院臨床生物樣本庫，廣東清遠 511518

生物樣本資源作為精準醫(yī)學和臨床研究的基石，在可預見的未來里其前景不可估量。目前各級政府、醫(yī)院和相關(guān)大學高度重視生物樣本庫的標準化建設(shè)，并紛紛著手建設(shè)基于重大項目、醫(yī)院、大學及區(qū)域的生物樣本庫[1]。與歐美等地區(qū)的發(fā)達國家比較，我國樣本資源量大，資源種類多樣化，但我國的生物樣本資源庫建設(shè)開始較晚。長期以來，我國生物樣本庫的建設(shè)缺乏標準化流程、質(zhì)控、安全保障與信息化管理體系，臨床資料殘缺不全，樣本利用率不高、共享率低，存在不少垃圾庫、私庫與死庫，嚴重阻礙了我國生命科學與生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展[2-3]，這使得越來越多的生物樣本庫將加強質(zhì)量管理和獲取中國合格評定國家認可委員會的生物樣本庫認可作為管理目標，以適應生物樣本庫的發(fā)展新形勢、新變化和新要求[4-5]。在此背景下，筆者結(jié)合廣東省清遠市人民醫(yī)院（以下簡稱“我院”）臨床單病種模式臨床樣本庫的建設(shè)過程，總結(jié)樣本庫標準化建設(shè)和單病種模式管理經(jīng)驗，為單病種模式樣本庫建設(shè)提供參考。

1 臨床生物樣本庫運行模式

1.1 科研課題模式

生物樣本庫的發(fā)展起初出于相應的科研需求，收集和存儲生物樣本，樣本收集目的明確，使用率高，但同時也面臨著兩個顯著的問題：第一，知情同意是為特定研究項目而獲得的同意，這種模式可以讓參加者了解到樣本和數(shù)據(jù)的使用細節(jié)，不會將最初的同意用于將來的其他研究之中，第二，樣本數(shù)量和采集的數(shù)據(jù)以滿足特定的課題而定，且往往視為樣本存留者的個人物品或私有財產(chǎn)，難以滿足其他科研對樣本的需求，因而不利于共享樣本和數(shù)據(jù)。

1.2 單病種模式

單病種模式是指由樣本庫或醫(yī)院科研部門等管理機構(gòu)主導，結(jié)合各臨床科室所涉及的病種類型，統(tǒng)籌規(guī)劃對各類特定疾病患者的相關(guān)人類遺傳資源進行保藏的模式，包含人類遺傳資源材料和人類遺傳資源信息，涉及患者均簽署泛知情同意。這種模式的特點是由管理機構(gòu)通過頂層設(shè)計，統(tǒng)籌規(guī)劃樣本的保藏過程中的管理機制和質(zhì)量管理體系，以確保生物樣本質(zhì)量和同源性生物樣本庫之間的最小異質(zhì)性，利于整合和共享應用。

2 以信息為中心的生物樣本庫的發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變

2.1 生物樣本庫發(fā)展的3 個階段

第一階段樣本庫建設(shè)著眼點放在樣本數(shù)量上，即以樣本數(shù)量為中心的初始階段；第二階段是以樣本質(zhì)量為中心，這兩個階段均是以生物樣本為軸心的發(fā)展策略，隨著大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展，難以滿足研究者的需求，因此生物樣本庫發(fā)展的第三階段是以數(shù)據(jù)信息為中心的現(xiàn)代生物樣本庫[6-8]。

2.2 樣本高質(zhì)量的數(shù)據(jù)要求

高質(zhì)量的臨床研究要求其數(shù)據(jù)本身的也具有高質(zhì)量，現(xiàn)代生物樣本庫應該被視為一個以高品質(zhì)、科學的組織收集和存儲策略為支持的信息項目。單病種數(shù)據(jù)庫是著眼于高質(zhì)量的臨床研究，臨床研究中數(shù)據(jù)信息是非常重要的[9-11]，以單病種建庫為切入口，統(tǒng)籌規(guī)劃，整體推進樣本庫以數(shù)據(jù)信息為軸心的發(fā)展策略，并在此基礎(chǔ)上，統(tǒng)一標準進行科研課題模式入庫樣本存儲管理，使樣本信息有可比性和相容性，打破科研課題模式入庫樣本使用的局限性[12]。

2.2.1 臨床的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化 在臨床進行研究的過程中，很多有效、有用的信息散落在病歷文本等各個角落，提取這些非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)工作量非常大。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)不斷參與到醫(yī)療行業(yè)中，給醫(yī)療行業(yè)的變化帶來了技術(shù)的支撐[13]。而“挑戰(zhàn)”首先就來自于來自數(shù)據(jù)的標準化、結(jié)構(gòu)化。醫(yī)療數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化之后，這些醫(yī)療數(shù)據(jù)將為醫(yī)療行業(yè)的各個領(lǐng)域帶來非常重要的作用。對醫(yī)院臨床而言，其能為臨床輔助決策提供大量的數(shù)據(jù)支持。對科研而言，能讓醫(yī)師使用更大量的數(shù)據(jù)展開科研合作，這樣才能真正地發(fā)揮醫(yī)療數(shù)據(jù)的燃料價值，激活整個樣本庫的行業(yè)生態(tài)，讓這個行業(yè)能夠更快速地發(fā)展，才能建立有效的臨床生物樣本庫資源共享平臺，這也是我國臨床生物樣本庫平臺化建設(shè)為醫(yī)學研究發(fā)展迫切需求的原因[11,14]。

2.2.2 臨床數(shù)據(jù)完整性“沒有數(shù)據(jù)，就沒有發(fā)生”，數(shù)據(jù)是臨床試驗的重要產(chǎn)出，而在數(shù)據(jù)采集過程中存在很多問題，給研究帶來困難[15]。一方面，醫(yī)師對患者的治療和記錄的規(guī)范化程度決定了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確性、可靠性和利用性。另一方面，研究者都是基于醫(yī)院數(shù)據(jù)來做臨床研究的，對研究影響最嚴重的就是數(shù)據(jù)的缺失[16]，患者是否能在同一家醫(yī)院完成全部的、長期的治療對臨床數(shù)據(jù)的收集完整性也有很大的影響。

2.2.3 臨床數(shù)據(jù)前瞻性 數(shù)據(jù)創(chuàng)新時代，通過患者精準管理平臺，對患者進行全程疾病管理，累積全流程的疾病數(shù)據(jù)為臨床科研服務，最直接地體現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動下的創(chuàng)新價值[17-18]。臨床研究要領(lǐng)先整個的臨床實踐，所以生物樣本庫的數(shù)據(jù)收集要為科研服務，要有前瞻性，僅基于目前的實踐去做一個局限性的研究數(shù)據(jù)收集，會對日后的其他研究有一定的影響，真正要去做到行業(yè)領(lǐng)先的話是會非常難的，所以數(shù)據(jù)收集的前瞻性也是需要考慮的。探究數(shù)據(jù)驅(qū)動下患者全程管理與臨床實踐的結(jié)合點，應用前瞻性考慮臨床試驗面臨的各種問題。

3 單病種模式樣本庫管理流程

3.1 單病種模式樣本入庫申請

臨床科室主任或?qū)W科負責人應依據(jù)本科室病種特色，以及科室科研所涉及的病種，綜合評估定制提交單病種模式臨床生物樣本入庫申請，再由樣本庫工作人員對申請進行單病種模式項目可行性評估。

3.2 倫理考核與審查

倫理的考核與審查主要包括對單病種臨床生物樣本采集及臨床信息采集等方面的考核與審查。由臨床生物樣本庫編訂泛知情同意書，提交院倫理辦委員會過會審批后，單病種臨床生物樣本采集前與留樣患者簽訂使用。泛知情同意是知情同意的特殊形式，對生物樣本入庫前的泛知情同意應考慮到臨床診療數(shù)據(jù)授權(quán)使用、臨床研究剩余樣本和數(shù)據(jù)的授權(quán)使用、樣本或數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移管理、研究結(jié)果的分享等方面[19-21]。臨床科室醫(yī)師負責與患者簽署泛知情同意后采集樣本入庫，樣本出庫使用時需要獲得具體項目倫理批件后方可使用。

3.3 制訂單病種模式樣本實施規(guī)范化流程

入庫審批、倫理考核與審查通過后，樣本庫工作人員與入庫申請科室協(xié)商和制訂生物樣本采集、樣本分裝處理、出入庫及使用等方案。具體流程如下：①在項目實施過程中相關(guān)工作人員對項目內(nèi)容簽署樣本庫使用協(xié)議；②對生物樣本的項目研究內(nèi)容和生物樣本實際要求，簽署捐獻者知情同意書；③制訂生物樣本采集計劃、運送、處理、出入庫等詳細內(nèi)容，并進行入庫管理；④根據(jù)生物樣本的質(zhì)控計劃、樣本信息，以及樣本轉(zhuǎn)移等內(nèi)容，按照標準步驟，制訂具體分工。責任人和執(zhí)行人方案確定并簽字后，單病種模式樣本庫入庫正式生效。

3.4 單病種樣本方案的實施

制訂好詳細的項目實施計劃以后，就可以進行實際項目實施操作。首先，在生物樣本庫信息管理系統(tǒng)中建立屬于該項目編號，后期所有與該項目有關(guān)系的所有操作都要與此編號進行關(guān)聯(lián)。其次按照之前的單病種方案，對參與該項目的所有工作人員進行相關(guān)培訓和監(jiān)督考核。最后，完成生物樣本采集以后，根據(jù)方案要求對生物樣本的出入庫管理。

3.5 樣本數(shù)據(jù)追蹤

在生物樣本出庫使用一段時間以后，按照相關(guān)規(guī)定，生物樣本庫管理工作人員要對該項目的負責人進行監(jiān)督，對樣本數(shù)據(jù)進行追蹤反饋，其中包含的主要內(nèi)容有生物樣本的質(zhì)控數(shù)據(jù)、生物樣本的研究數(shù)據(jù)、項目最終的研究成果等。見圖1。

圖1 單病種臨床生物樣本出入庫管理流程圖

4 單病種生物樣本臨床數(shù)據(jù)庫建設(shè)

4.1 實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時獲取，提高患者信息檢索效率

與醫(yī)院信息系統(tǒng)聯(lián)動，實時更新。在數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化推進中，我院生物樣本庫管理系統(tǒng)與我院計算機病歷系統(tǒng)對接，醫(yī)師直接在醫(yī)囑系統(tǒng)勾選要保留的樣本信息醫(yī)囑，護士工作站人員就可以接到指令打印樣本采集條碼并進行采集，并通過物流軌道系統(tǒng)將樣本送到樣本庫進行分裝入庫。同時樣本庫管理系統(tǒng)對接了我院醫(yī)院信息系統(tǒng)、檢驗科信息系統(tǒng)、病理信息管理系統(tǒng)等，可在所選樣本源下直接查看樣本的基本信息、住院信息、手術(shù)信息、病理信息、檢驗結(jié)果信息等，并可以依據(jù)某一結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)信息進行條件的篩選工作。

4.2 完善隨訪機制，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量

建立隨訪提醒機制，依托電話隨訪及臨床科室延續(xù)護理部門，對隨訪患者提供更全面的關(guān)懷，詳細記錄患者預后狀態(tài)，后續(xù)診療方式和結(jié)果等，對患者樣本的數(shù)據(jù)完整性追蹤。在樣本的前瞻性管理中，我院由各臨床科室學術(shù)帶頭人依據(jù)本專業(yè)特點、學術(shù)水平、發(fā)展前沿等綜合評估制訂各自臨床科室單病種，并針對不同病種前瞻性地登記特異信息，如呼吸系統(tǒng)疾病需登記患者吸煙開始時間、平均日吸煙量、戒煙年齡、主要吸煙類型、二手煙接觸情況等。

5 單病種樣本庫服務功能延伸建設(shè)

我院臨床生物樣本庫在樣本制備平臺基礎(chǔ)上，為保障單病種樣本質(zhì)量與深化服務，建立了病理平臺、分生平臺和細胞平臺。

5.1 分子生物學分析平臺

分子生物學分析平臺可提供多種樣本的核酸提取與質(zhì)量檢測等服務。樣本嚴格按照標準操作程序進行抽檢。所有入庫樣本，與樣本方溝通抽檢計劃，征得同意并確定抽檢方式、檢測項目后，進行樣本抽檢質(zhì)量檢測。抽檢樣本覆蓋主要的保存周期。按照0.5%～5.0%的標準進行，根據(jù)樣本總量、樣本珍稀程度確定具體數(shù)量，組織或血液樣本檢測DNA、RNA 和蛋白的質(zhì)量[22]。此外，平臺也可同時用于進行質(zhì)控的相關(guān)檢測。

5.2 細胞生物學平臺

我院建有細胞培養(yǎng)室，配備了生物安全柜、細胞培養(yǎng)箱、三氣培養(yǎng)箱、倒置顯微鏡、超速離心機、高壓滅菌鍋、BD FACSMelodyTM流式細胞分選儀等，可提供細胞培養(yǎng)、分選服務，為樣本服務的多樣化及下游服務提供了更多的選擇。

5.3 病理平臺

我院擁有全套先進的病理制片、診斷分析設(shè)備，可提供常規(guī)石蠟制片、冰凍切片、免疫組化、免疫熒光、組織化學染色等技術(shù)服務。配備有掃描及圖像分析系統(tǒng)，可提供蘇木精-伊紅染色、免疫組化染色、免疫熒光染色等數(shù)字化掃描及分析服務。

6 高水平醫(yī)院建設(shè)下單病種模式臨床生物樣本庫的成果

6.1 樣本庫建設(shè)初具規(guī)模

我院樣本庫進行高水平醫(yī)院戰(zhàn)略性腫瘤樣本規(guī)范化留取，并以區(qū)域性學科單病種和項目形式推動臨床生物樣本的留取與使用，同時基于此進行人類遺傳資源樣本平臺，以及人類遺傳資源信息化平臺的建設(shè)。目前我院樣本庫存有樣本2.3 萬份，包含結(jié)直腸癌、胃癌、肺癌、乳腺癌、食管癌、腦腫瘤、卵巢癌、宮頸癌、股骨頭壞死、骨關(guān)節(jié)炎、前列腺惡性腫瘤、尿路上皮腫瘤、腎腫瘤、紅斑狼瘡、關(guān)節(jié)炎、急性髓性白血等二十余種病種，樣本類型包括腫瘤組織、股骨頭、滑膜組織、骨組織、血清、血漿、白膜層、外周血單個核細胞、卵泡、顆粒細胞、精漿、尿上清液、尿沉渣等15 種，已獲得中國人類遺傳資源保藏審批許可（國科遺辦審字〔2021〕BC0052 號），有效地支撐了血管、腫瘤、感染與免疫、盆底四大學科群的建設(shè)。

6.2 推動醫(yī)院科研的快速發(fā)展

2017 年生物樣本庫建設(shè)之初，我院共發(fā)表SCI論文13 篇，核心期刊論文21 篇，近幾年科研產(chǎn)出逐年大幅提升，2021 年度我院發(fā)表SCI 論文90 篇，核心期刊論文81 篇，較樣本庫建設(shè)之初科研產(chǎn)出顯著增長。

7 小結(jié)與展望

近年來，隨著科技創(chuàng)新理念的快速發(fā)展，醫(yī)院管理層意識到建立生物樣本庫對醫(yī)院科研的提升至關(guān)重要，并于2017 年籌建了院級臨床生物樣本庫。但建設(shè)之初對臨床生物樣本認知不足，對科研的需求還停留在職稱評定壓力之下，員工從事科研的主動性意愿不強，醫(yī)院也沒有完善的可供研究的實驗平臺，導致樣本庫雖然成立，但樣本數(shù)量不多，使用率低。因此，樣本庫建設(shè)的發(fā)展需要領(lǐng)導層和政策的支持，政策決定了樣本庫的發(fā)展方向和可行性。目前，醫(yī)院領(lǐng)導層在這方面意識不斷增強，這一變化大力推動了樣本庫的發(fā)展[23-24]。每年召開的中國生物樣本庫院長高峰論壇，其目的也很明確。2019 年廣東省政府批準我院為省高水平醫(yī)院重點建設(shè)醫(yī)院，我院加大了科研人才引進及科研研發(fā)力度，將單病種模式列入樣本收集引導模式，開始逐步推廣，并迅速發(fā)展[25]。值得注意的是，單病種生物樣本庫與傳統(tǒng)的以單一課題需求的生物樣本儲存有本質(zhì)的區(qū)別，除了在管理的組織結(jié)構(gòu)上有所區(qū)別，作為系統(tǒng)化醫(yī)學研究的資源，單一課題需求缺乏系統(tǒng)性，導致多源生物樣本的異質(zhì)性較高，也由此造成生物樣本資源因相容性低而無法整合，要避免單純的重復建設(shè)，樣本庫建設(shè)不能以大小和數(shù)量來衡量其價值，要有系統(tǒng)化的認識和設(shè)計。我國建設(shè)樣本庫的目的不管是管理還是認識層面，都存在理念的問題?，F(xiàn)代樣本庫的建設(shè)要保障生物樣本資源應用的有效性，其發(fā)展策略要從三方面考慮，一是需要重新認識生物樣本庫建設(shè)理念，二是調(diào)整生物樣本庫建設(shè)策略和方法，三是改進生物樣本庫管理和應用方式[18]。

目前生物樣本庫與傳統(tǒng)生物資源保存最根本的區(qū)別就是信息化問題，不能以“大小”和“多少”來衡量生物樣本庫建設(shè)，保存樣本只是生物樣本庫主要功能的一項，其功能絕不僅限于儲存。真正能夠展示樣本庫價值的只有信息，而不是有多大空間、多少冰箱、有什么儀器、有幾例患者等。生物樣本是唯一的生物實體，樣本真正的價值在于其特有的信息，既有豐富的臨床信息，又有詳細的實驗室信息，這是其他實體無法做到的。所以，臨床和實驗室信息的結(jié)合是轉(zhuǎn)化醫(yī)學的起點?，F(xiàn)代建設(shè)生物樣本庫的目的就是如何能夠把生物樣本資源轉(zhuǎn)化或翻譯成為數(shù)據(jù)信息資源，如果樣本沒有信息的轉(zhuǎn)化，其作為轉(zhuǎn)化醫(yī)學和個體化醫(yī)學研究的寶貴資源也將成為一句空話。而樣本資源在實驗室研究和臨床信息之間搭建了一個通道，起到實驗室與臨床之間往來的橋梁作用。樣本庫建設(shè)的下一個階段一定是以信息化為重點，而生物樣本庫是一個多學科的領(lǐng)域，未來更需要一個從專職到專業(yè)化的轉(zhuǎn)變和更新的歷程。