样本库配套的转化医学实验平台建设

张鹏飞张 鹏张 硌*满秋红张 宏



样本库配套的转化医学实验平台建设

张鹏飞①张 鹏①张 硌①*满秋红②张 宏③*

张鹏飞,女,(1984- ),硕士，助理工程师。解放军第307医院医学工程科，从事细胞信号传导研究工作。

目的：探讨样本库转化实验平台建设及其在基础实验室和临床上所具有的功能与作用。方法：通过文献评阅，确立转化医学实验平台的功能、作用与双向转化路径；根据功能区进行硬软件功能配置，制订管理规范。结果：实现了样本库转化实验平台支撑基础与临床相互转化的运行机制。结论：样本库医学转化实验平台在基础实验室与临床之间建立起一个双向转化路径，有效启动样品收集、相关课题研究工作。

转化医学；样本库；转化医学实验平台；实验室

①解放军第307医院医学工程科 北京 100039

②解放军第307医院病理科 北京 100039

③解放军第307医院 北京 100039

[First-author’s address] Department of Medical Engineering, 307 Hospital of PLA, Beijing 100071, China.

临床医学的发展得益于临床病例的总结和基础研究的进展，而基础研究的方向大都来自于临床实际问题[1]。然而，目前许多临床实际问题在于缺乏较好的科研思维或不具备良好的研究条件和设施[2-3]；而大量的基础研究又偏离临床实际，研究成果在较长的一段时间内难以在临床应用，因此患者在短期内也难以得益于基础医学研究带来的便利和好处[4]。在此情况下，20世纪90年代提出了转化医学的概念，期望能把基础研究的最新成果快速有效地转化为临床医学使用的技术和产品，即从实验室到病床再从病床到实验室的连续过程。虽然转化医学是近年来生物医学领域的新概念，但这种新型的医学转化模式基于基础研究与临床应用的双向转化，使人们更准确地理解环境和遗传分子之间的相互作用，精确地描绘疾病发生的分子和细胞学本质，从而找到疾病预防“早期诊断”治疗的最佳方法，达到个体化治疗[5-6]。这种模式的主要基础是生物大样本的筛查及应用，因而离不开生物样本库的建设[7]。

生物样本库成为转化医学的战略资源和基础，其在生物、临床和制药业等领域的重要作用越发凸显[8-9]。如何利用生物样本，阐明各种疾病的发病机制、找寻治疗靶点，又需要一个实验平台来执行，因此转化医学实验平台的建设是不可或缺的[10]。

1 样本库转化医学实验平台的作用和功能

1.1 由基础医学到临床的转化

转化医学概念中实验室到临床(bench to beside，B-to-B)模式的第一个内涵是B-to-B的转化。这一转化可以迅速的将基础研究的最新成果转化为应用于临床的新产品和新方法[11]；反过来，这些应用在临床上的反馈又可以指导基础研究[12]。因此，转化医学实验平台的第一个功能就是：以临床应用为目的，根据基础研究中发现的与疾病发生发展相关的分子和细胞学机制，鉴定新的检测和诊断标志物、开发新的靶向药物以及发展新的治疗技术。

1.2 由临床到基础医学的转化

转化医学的第二个内涵是临床到实验室(beside to bench)的转化，这一转化过程的枢纽就是生物样本库。样本及附属信息如何处理，进而应用于基础研究，是医学转化平台的第二个功能。从样本库中保存的肿瘤和正常组织样本中提取DNA和mRNA，通过高通量测序技术和芯片技术，发现该肿瘤相关的突变和异常表达基因[13]。还可以从这些样本中提取蛋白质，通过质谱等蛋白质组学研究手段，发现异常的蛋白和信号通路，而这些样本处理功能正是转化平台的作用所在。

2 样本库转化医学实验平台硬件建设

2.1 转化平台的功能分区

转化平台既要具有样本处理的条件，又要具备进行基础研究的条件，同时具备样本、分子和细胞的处理和检测能力。转化平台的功能可以划分为以下区域：核酸提取和检测区、蛋白提取和检测区以及组织和细胞培养区。此外，还应包括实验准备、器具清洗、试剂存储以及人员办公等公共区域。

2.2 各功能分区的主要硬件设备

公共区域设备包括高压灭菌锅、烘箱、纯水仪、制冰机、电子天平、磁力搅拌器、pH计、普通冰箱、超低温冰箱和通风橱等。该区域设备主要用于各种实验条件的准备和试剂的配制。高压灭菌锅和烘箱用于各类器皿和移液器墙头的灭菌和保存；纯水仪用于去离子水制备，因为很多操作步骤需要在冰上进行，制冰机也是必须的；天平、磁力搅拌器和pH计用于各种试剂、缓冲液的配制；大量试剂、溶液和实验产物需要在4 ℃、-20 ℃甚至-80 ℃条件下保存，故各类冰箱是必备设备；一些有害试剂的配制需要在通风厨内进行。

核酸提取和检测区主要设备包括球磨仪、研钵、普通离心机、低温离心机、电热恒温水浴锅、水平电泳槽、紫外凝胶成像仪、紫外分光光度计、PCR仪、实时定量PCR仪以及生物安全柜等。从组织中提取核酸第一步需要组织块的破碎研磨，需要球磨仪和研钵；提取过程需要若干步常温和4 ℃离心；DNA的酶切和连接需要特定的温度，需用到恒温水浴锅；水平电泳槽和紫外凝胶成像仪用于核酸的观察和分离；紫外分光光度计用于核酸和蛋白浓度和纯度的检测；PCR仪用于DNA扩增，实时定量PCR仪可检测基因表达；为了避免污染，一些操作步骤还应在生物安全柜内进行。

蛋白提取和检测区主要设备包括细胞超声破碎仪、普通离心机、低温离心机、混旋仪、垂直电泳槽、电转槽、摇床、组织包埋机、切片机、烤片机以及显微镜等。裂解细胞通常需要细胞超声破碎仪，尤其是细菌中蛋白的提取；离心也是蛋白提取过程中不可缺少的步骤；蛋白的富集纯化需要混旋仪，保证蛋白和抗体的充分结合；蛋白的分离通常采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法，通常采用垂直电泳；免疫印迹过程中还需要电转设备；摇床用于聚丙烯酰胺凝胶的染色和脱色，以及免疫印迹过程中蛋白转移膜的抗体孵育和洗脱；如采用免疫组织化学法观察样本中蛋白，则需要组织块的包埋，切片等过程；结果可用显微镜观察。

组织和细胞培养区主要设备包括二氧化碳细胞箱、超净工作台、生物安全柜、倒置显微镜、荧光显微镜、细胞计数仪、低速离心机和流式细胞仪等。细胞在二氧化碳细胞培养箱进行培养；细胞的传代、转染和感染等处理过程均需要无菌环境，所以需要超净工作台和生物安全柜；生物安全柜还特别用于病毒的包装和感染过程；通常使用倒置显微镜来观察活细胞，细胞荧光染色后用荧光显微镜观察，可确定目标蛋白的亚细胞定位；细胞的转染和感染效果，也可使用荧光显微镜直接观察到；细胞计数仪可快速读出细胞浓度，配合台酚蓝染色还可直接显示活细胞比例；离心也是细胞传代、收集过程中必不可少的步骤，一般低速离心机即可满足细胞培养的要求；流式细胞仪也是细胞检测和分选所必需的设备。

2.3 硬件设备的管理

保证转化平台的正常使用，制定严格的仪器操作规则是非常有必要的。新入平台人员，必须要对其进行仪器使用的培训，日常使用中严格按照操作规程来执行，所有大型设备还应实行登记实验制度并定期进行维护保养。

3 结语

以疾病治疗和人民健康为宗旨的转化医学越来越受到重视，从各国对转化医学的政策与规划可以发现欧美发达国家将长期支持转化医学的发展，我国已经出台相关政策，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》辅导读本中指出：“以转化医学为核心，大力提升医学科技水平，强化医药卫生重点学科建设”[14]。作为转化医学核心基础的生物样本库以及作为转化枢纽的转化医学实验平台的作用将越来越突出。鉴于医院生物样本库和转化医学实验平台建设虽然起步较晚，但规划理念先进，建设标准高。样本库已经开始血液病和乳腺癌样本的收集，转化医学平台也开始承担各类课题，依靠医院血液病和肿瘤治疗的学科优势，转化医学平台一定能够发挥重要作用，服务于人民健康和生命科学研究。

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Establishment of translational medicine experiment platform matching to the sample library

ZHANG Peng-fei, ZHANG Peng, ZHANG Luo, et al// China Medical Equipment, 2016,13(2):126-128.

Objective: To illustrate the sample library transformation experiment platform plays an important role in the basic laboratory and the clinic.Methods: Focus on the role of the sample library translational medicine experiment platform, and the establishment of our hospital’s translational medicine experiment platform to instruct.Results: The sample library transformation experiment platform is direct execution facility that they complete the conversion between basic laboratory and clinical.Conclusion: The sample library transformation experiment platform established a two-way conversion channel between basic laboratory and clinical.

Translational medicine; Sample library; Translational medicine experiment platform; Laboratory

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.02.040

marbleluo@126.com；zhanghong_307@126.com

1672-8270(2016)02-0126-03

R197.3

A

2015-05-18