Sobota, 20 sierpnia 2022

Historia i funkcje biobanków

5 kwietnia 2022

Biorepozytoria to obiekty, które gromadzą, przetwarzają, przechowują i dystrybuują próbki biologiczne w celu wspomagania badań naukowych. Istnieje wiele różnych biorepozytoriów, podzielonych ze względu na rodzaj gromadzonych biopróbek, ich specyficzne funkcje lub grupę odbiorców, którym mają służyć. Najbardziej oczywistą podkategorią są biobanki, które specjalizują się w gromadzeniu ludzkiego materiału biologicznego. W ciągu ostatnich kilku lat ich znaczenie stale rosło i obecnie stanowią istotne narzędzie w rozwoju badań nad chorobami oraz badań ukierunkowanych na rozwój medycyny spersonalizowanej. Poniżej omówimy historię biobankowania i biokonserwacji, ich dzisiejsze zastosowanie oraz potencjalne znaczenie w przyszłości.

Historia biorepozytoriów

Biobankowanie rozwijało się na przestrzeni lat, choć próbki ludzkie są gromadzone i przechowywane od ponad 100 lat1. Początkowe banki próbek były stosunkowo niewielkie i opierały swoją działalność na potrzebach konkretnych badań. W związku z tym dokumentacja była zazwyczaj ograniczona do notatnika laboratoryjnego badacza, a próbki przechowywano w jednej zamrażarce. Te wczesne repozytoria stale się powiększały, ale nadal działały głównie na poziomie uniwersyteckim i akademickim. Z czasem zyskały one wsparcie rządowe i rozszerzyły zakres swoich funkcji z obsługi konkretnych projektów badawczych na bardziej ogólne cele badawcze.

Z czasem zaczęły się też pojawiać różne rodzaje biorepozytoriów. Jednym z takich nowych biorepozytoriów był biobank ukierunkowany na konkretną chorobę, na przykład bank próbek AIDS założony w San Francisco w 1982 roku1. Naukowcy z różnych dziedzin stworzyli mały biobank, który mógł pomóc w znalezieniu czynnika wywołującego wirus AIDS. W kolejnych latach powstawały kolejne biobanki ukierunkowane na choroby, biobanki populacyjne, biorepozytoria tkanek zwierzęcych, nasion roślin i inne. W ciągu ostatnich dwóch dekad na całym świecie znacznie wzrosła liczba biobanków populacyjnych.

Ten gwałtowny wzrost liczby biorepozytoriów i biobanków ujawnił brak ujednoliconych protokołów zbierania i przechowywania biopierwiastków oraz ich danych. W rezultacie otrzymywano próbki o niskiej jakości i słabo opisanych danych, co spowalniało postęp w badaniach nad takimi zagadnieniami jak nowotwory. Z tego powodu pojawiła się potrzeba stworzenia standardowych procedur operacyjnych (SPO) pobierania, przetwarzania i opisywania próbek. W tym celu w 2000 r. utworzono Międzynarodowe Stowarzyszenie Repozytoriów Biologicznych i Środowiskowych (ISBER). Zostało ono utworzone przez zróżnicowany zespół badaczy, kierowników biobanków, rzeczników praw pacjenta i innych osób, którzy postanowili spotykać się co roku i dzielić się swoją wiedzą i doświadczeniem w tej dziedzinie w celu ustalenia najlepszych praktyk. Opublikowany po raz pierwszy w 2005 roku przewodnik po najlepszych praktykach dla repozytoriów pozostaje jedną z najważniejszych publikacji i zasobów dla biorepozytoriów i biobanków. Obejmuje on szereg zagadnień, w tym sprzęt, bezpieczeństwo, kontrolę jakości, zwrot kosztów, pobieranie próbek, przechowywanie i wyszukiwanie oraz kwestie etyczne.

Rodzaje i funkcje biobanków

Obecnie istnieje wiele różnych rodzajów biorepozytoriów. Do najczęściej spotykanych należą biobanki skoncentrowane na chorobach, populacyjne, projektowe i wirtualne. Biorepozytoria ukierunkowane na choroby koncentrują się na gromadzeniu próbek i danych dotyczących konkretnej choroby, np. nowotworu. Może to być szczególnie pomocne w badaniach nad rzadkimi chorobami ze względu na niedostateczną liczbę uczestników badań, próbek pacjentów i zasobów. Podstawowym celem biobanków populacyjnych jest gromadzenie informacji fenotypowych i genomowych od populacji źródłowej, składającej się zarówno ze zdrowych, jak i chorych dawców. Te biorepozytoria służą jako doskonałe narzędzie do identyfikacji nowych biomarkerów chorób oraz do określania czynników środowiskowych i genetycznych, które mogą przyczyniać się do rozwoju choroby. Biorepozytoria prowadzone w ramach projektu są zwykle prowadzone przez jednego badacza i mają mniejsze rozmiary i zakres. Z kolei biobank wirtualny to elektroniczna baza danych próbek i związanych z nimi informacji, niezależnie od miejsca ich przechowywania. W takich wirtualnych biorepozytoriach mogą znajdować się dane dotyczące próbek i fenotypów pochodzące z różnych źródeł, a także zaawansowane mechanizmy wyszukiwania, które umożliwiają wyszukiwanie i przeglądanie danych we wszystkich kolekcjach.

Niezależnie od typu biorepozytorium, muszą one wykonywać te same cztery główne operacje:

  • Gromadzenie: Biorepozytoria gromadzą różne próbki biologiczne od swoich dawców. W przypadku biobankowania mogą to być próbki tkanek, krwi, moczu i skóry, a także dane o próbce i dawcy. Bardzo ważne jest, aby wszystkie pobierane biopróbki były dokładnie identyfikowane, najlepiej za pomocą etykiet z kodem kreskowym i niepowtarzalnym identyfikatorem. Informacje te, wraz z danymi dotyczącymi próbki, powinny być następnie wprowadzone do systemu biobankowania, takiego jak system zarządzania informacją laboratoryjną (LIMS), w celu właściwego śledzenia losów próbki.
  • Przetwarzanie: Po pobraniu próbki muszą być przygotowane do konserwacji. Forma konserwacji może być różna w zależności od rodzaju materiału biologicznego, przy czym najczęściej stosuje się kriokonserwację. Na tym etapie zwykle przeprowadza się także ogólną analizę, a w razie potrzeby - diagnostykę. Często obejmuje ona oględziny i analizę DNA próbki. Próbki mogą być także badane w celu upewnienia się, że podczas obchodzenia się z nimi i przygotowywania wprowadzono minimalne zmiany.
  • Przechowywanie: Biopreparaty są następnie przechowywane do czasu, gdy naukowiec zwróci się z prośbą o ich dalsze zbadanie. Jak wspomniano wcześniej, najczęściej stosowaną metodą jest kriokonserwacja, w ramach której próbki przechowuje się w warunkach bardzo niskiej temperatury w zamrażarkach (-80°C) i zbiornikach z ciekłym azotem (-196°C). Niektóre próbki mogą być jednak przechowywane w temperaturze pokojowej, choć zazwyczaj przed przechowywaniem są utrwalane, prawdopodobnie w formalinie lub innym roztworze utrwalającym.
  • Dystrybucja: Ostatecznym celem każdego biorepozytorium jest przekazanie zgromadzonych w nim próbek badaczom prowadzącym różnorodne badania nad konkretnymi chorobami. Wcześniejsze stosowanie etykiet z kodami kreskowymi powinno ułatwić śledzenie i pobieranie próbek. Większość biobanków stosuje także jakąś formę procesu weryfikacji, aby zapewnić, że ich cenne próbki trafiają do zespołów badawczych, które zostały odpowiednio ocenione i zatwierdzone. Ten etap obejmuje również transport próbki do miejsca docelowego, który powinien odbywać się w warunkach niskiej temperatury, jeśli jest to wymagane podczas przechowywania.

Wartość i znaczenie w przyszłości

Biorepozytoria, niegdyś innowacyjne narzędzie badawcze, stały się nieodzowną instytucją w świecie nauki. Pełnią one istotną rolę, zaspokajając rosnące zapotrzebowanie na wysokiej jakości i dobrze zidentyfikowane biopreparaty2. Biobanki ukierunkowane na choroby stanowią najlepszy sposób badania rzadkich chorób, umożliwiając gromadzenie i udostępnianie społeczności naukowej ograniczonych zasobów i próbek. Biobanki populacyjne okazały się również nieocenione w identyfikacji nowych biomarkerów chorób i środowiskowych czynników postępu choroby. W rzeczywistości przyszłość badań medycznych jest ściśle związana z wykorzystaniem biorepozytoriów i biobanków, ponieważ to właśnie one dostarczają wysokiej jakości i różnorodnych danych dotyczących biopróbek i pacjentów.

Jednym ze sposobów, w jaki biobankowanie zmienia sposób prowadzenia badań medycznych, jest tworzenie biobanków obrazowych2. Biobanki te umożliwiają katalogowanie obrazów diagnostycznych za pomocą oprogramowania obliczeniowego o dużej wydajności i wykorzystywanie ich jako nieinwazyjnych biomarkerów. Konieczne są dalsze prace nad zwiększeniem wiarygodności i powtarzalności tej techniki, ale połączenie tych obrazów z próbkami biologicznymi pochodzącymi od pacjenta może stanowić nową granicę w biobankowości. Biobanki, wraz z postępem w badaniach genomicznych, odgrywają również wiodącą rolę w rozwoju medycyny spersonalizowanej. Biorąc pod uwagę ich znaczenie w poszukiwaniu nowych biomarkerów oraz gromadzeniu danych fenotypowych i środowiskowych dotyczących różnych grup ludności, biobanki stanowią doskonałe źródło informacji do opracowywania spersonalizowanych metod leczenia, unikalnych dla poszczególnych grup lub nawet pacjentów.

Biorepozytoria i biobanki nadal w dużym stopniu zależą od wsparcia rządów, a także od udziału pacjentów i zdrowych obywateli. Jednak ich rozwój w ciągu ostatnich dwóch dekad pokazał ich wartość dla społeczeństwa, a dobrze prowadzony, zrównoważony biobank może nadal dostarczać wysokiej jakości biopreparaty po przystępnych cenach przez kolejne lata, wspierając planowanie i realizację programów badawczych, które przyniosą korzyści wszystkim.

LabTAG firmy GA International jest wiodącym producentem wysokiej jakości specjalistycznych etykietoraz dostawcą rozwiązań identyfikacyjnych stosowanych w laboratoriach badawczych i medycznych, a także w instytucjach opieki zdrowotnej.

Referencje:

  1. Yvonne G. De Souza i John S. Greenspan. Biobankowanie w przeszłości, obecnie i w przyszłości: Odpowiedzialność i korzyści. AIDS. 2013 January 28; 27(3): 303-312.
  2. Coppola L, Cianfone A, Grimaldi AM, Incoronato M, Bevilacqua P, Messina F, Baselice S, Soricelli A, Mirabelli P, and Salvatore M. Biobanking in health care: evolution and future directions. J Transl Med (2019) 17:172