脑血管病生物样本库建设标准研究

林金嬉，梁宪红，李上智，刘丽，孟霞，王伊龙，王拥军，4

脑血管病因高发病率、高致残率、高复发率、高死亡率已成为世界范围内第二大死亡原因[1]。作为一种可防可治的疾病，现有循证医学证实有效的药物几乎均被国外企业垄断。我国是一个疾病资源大国，有充足的病例资源，但脑血管病领域的药物研发却很薄弱，亟待提高。

生物样本库又称生物银行，是指在符合医学伦理原则及患者知情同意的基础上，标准化收集、处理、储存、应用健康和疾病生物体的样本以及与这些生物样本相关的临床、治疗、随访等资料的质量控制、信息管理与应用系统。生物样本库融合了生物样本衍生的各类分子数据及相关临床表型、辅助检查及治疗转归的综合信息，对于开展人类疾病预测、诊断、治疗及新药研发等领域的研究具有重要意义[2]。近年来，随着分子遗传学等现代生物技术的快速发展，国内外对于人类遗传资源的保护与开发呈快速增长趋势，各国都投入了大量资金建立大型生物样本库，如英国生物样本数据库收录了英国约50万例志愿者的疾病和生活方式信息及基因型数据，中国嘉道理生物样本库于2004-2008年在10个地理区域收集了约50万人次的健康数据及血液样本。我国早在1994年就启动了中华民族永生细胞库的建设，而后北京重大疾病临床数据与样本资源库、泰州（复旦）健康科学研究院、上海芯超生物银行等专项生物标本资源库也相继建立。

尽管生物样本库的建设蓬勃发展，然而操作规范不统一、质量标准不同、数据格式不一致等问题，成为许多生物样本库资源开发利用的瓶颈。本项目通过首都医科大学附属北京天坛医院生物样本库建设模式，探讨如何建立高质量的生物样本库，以规范化采集、保存、使用生物样本信息和数据，从而促进科研效率的提高。本研究生物样本库建设标准作为国家重点研发计划精准医学专项——脑血管疾病专病队列研究的组成部分，立足于脑血管病精准医学研究的需要，为脑血管病精准预防和诊治研究提供可开放、共享的生物样本资源采集、存储及管理的标准化方案和平台支撑。

1 对象与方法

1.1 确定脑血管病生物样本库采集信息流程及内容 通过文献复习及专家咨询法等定性研究方法确认脑血管病临床研究病例信息及生物样本采集流程及内容。

1.1.1 文献复习 通过文献复习学习我国相关法律法规[3-5]，查询国际、国内生物样本库建设现状及相关规范[6-9]，了解国内外关于脑血管病临床研究采集信息及生物样本的内容[10-12]，确定脑血管病生物样本库指标体系。经过文献研究后确定的初步生物样本库指标体系包括：①硬件指标：建设生物样本库硬件设施要求，如环境条件、动力供给、设备设施、信息平台建设等；②临床信息指标：脑血管病临床研究应采集的流行病学信息、通用数据元、专病数据元等；③样本采集信息指标：符合脑血管病临床研究需求的生物样本种类、数量、处理方法等。

1.1.2 专家咨询 遴选国内脑血管病诊断与治疗方面的神经科学、流行病学、社会学、康复医学、检验学等学科的专家，筛选适合中国国情的脑血管病临床研究生物样本库采集内容，制定规范化的样本采集处理种类、流程、方法及配套信息。

1.2 参考国际标准文件建设 通过整理吸纳世界卫生组织、国际生物与环境样本库协会关于生物样本库的最佳实践指南意见，根据国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）的ISO9001的标准化思路，建立质量手册、程序、标准作业程序、表格与记录等，构建生物样本库建设标准框架，重点从场地设施、设备、操作规程、数据标准、信息化等多个维度，对样本库的建设提出技术要求[13-16]。

质量手册：制定生物样本库的质量方针和质量目标，并对质量管理体系提出具体要求，适用于生物样本库的全面质量管理工作。

程序文件：程序文件作为质量手册的支持性文件，是生物样本库质量管理体系文件的重要组成部分，是质量手册中涉及要素的具体描述，也是生物样本库质量的基本准则。

标准作业程序：根据质量手册要求制定的标准作业程序，是经过不断实践总结出来的在当前条件下可以实现的最优化操作程序设计，是质量手册的重要支持性文件。标准作业程序阐述生物样本库工作过程中的规范性操作要求，是指导相关工作人员进行工作实施的必要文件，对生物样本库质量管理和工作开展具有重要的指导作用。

表格与记录：记录各项工作执行及落实过程，以便及时发现不符合项并进行纠正和预防。

1.3 实验研究 结合脑血管病特征搭建专病生物样本库资源体系，包括脑血管生物样本库的运行管理体系、脑血管病生物样本库硬件设施及信息平台、脑血管生物样本库的标准操作流程及按照标准操作流程开展研究课题的生物样本采集、质量控制、保藏及应用。

1.4 资源共享 建立脑血管病生物样本库共享机制，由使用者提出需求，经专家委员会论证科学性及可行性，统一规划使用方案。样本检测数据归档大数据部，依据国家神经系统疾病临床医学研究中心资源共享管理办法进行开放共享。

2 结果

作为脑血管病临床研究的重要支撑平台，天坛脑血管病生物样本库在符合国家相关法律法规前提下，已完成建设规范、建设配置及资源利用等运行管理制度、质量管理体系、硬件投入及软件开发等工作。

2.1 脑血管病生物样本库建设规范

2.1.1 获得生物样本库建设资质 根据《中华人民共和国人类遗传资源管理条例》规定，为了有效保护和合理利用我国人类遗传资源，维护公众健康、国家安全和社会公共利益，采集、保藏、利用、对外提供我国人类遗传资源，应当遵守本条例[2]。天坛脑血管病生物样本库于2016年7月获得中国人类遗传资源管理办公室审批（国科遗办审字[2016]90号）。

2.1.2 形成脑血管病样本库运行管理体系 天坛脑血管病生物样本库运行实行法人负责制下的团队协作运行机制。在天坛医院学术委员会及伦理委员会的监督指导下，由项目执行团队协调各职能部门（主要包括临床研究部门及生物样本库）合作的运行管理模式，以保障项目顺利进展。其中临床研究部门负责临床研究方案的制定、项目实施、临床资料采集、质量控制及数据管理；样本库协同临床研究部门完成研究项目具体执行。样本库专属工作人员共7名，明确职责、专人专岗，分别承担运行管理、技术主管、数据主管、质控主管及技术员等工作。明确样本库各环节工作岗位及职责，并对相关工作人员进行定期的技术及管理章程培训（图1）。

图1 北京天坛脑血管病生物样本库运行管理体系

2.1.3 建立脑血管病生物样本库质量管理体系参照ISO9001标准建立脑血管病生物样本库质量管理体系，包括样本库质量手册、程序文件、标准操作流程（图2），以及各种表格记录。质量管理体系涵盖生物样本采集、处理、存储、废弃、转运全周期标准操作流程，已形成70余份标准文件（表1）。通过试运行及修改调整，天坛脑血管病生物样本库已于2019年通过ISO9001认证。

2.2 脑血管病生物样本库建设配置 天坛脑血管病生物样本库已完成环境及软、硬件配置投入，包括生物样本库处理、保存等基础设备、设施，生物样本出入库管理系统，存储设备温度远程监控系统等。

2.2.1 硬件投入 硬件设施包括工作环境及硬件设备。工作环境：自2009年10月启动，逐步增加硬件设备投入，以满足支撑课题生物样本处理及保藏等需求。目前一期占地面积200 m2，二期扩建占地面积500 m2，最大容量可放置140台超低温冰箱保存设备，预计2021年6月投入使用。硬件设备：一期已投入样本处理设备、样本质控设备、样本保藏设备、全血自动分装仪、自动核酸提取仪等（表2）。所有低温保存设备实现云平台实时监控其温度变化，以保障样本保存条件稳定。

2.2.2 软件开发 通过一系列的平台建设工作，开发了脑血管病生物样本管理软件，通过样本登记、空间定位、入库、出库、转移、预警、查询、统计等功能，对每一份样本的储存情况、实验数据等进行严格的数据化管理，保障信息资源的完整性、真实性、可靠性及可溯源性（图3）。对标本采集前后进行详细信息的登记，包括样本提供者自然信息、标本处理信息、标本使用信息等；信息采用统一的标准格式、可长期保存并多层面使用，并及时更新、检查、保护。样本数据标准化、完整、高质量，并可通过唯一标识码实现与临床数据信息、随访信息及统计数据处理软件稳定转换。

图2 北京天坛脑血管病生物样本库标本处理标准操作流程

2.2.3 信息整合 生物样本相关采集、处理、保藏及检测数据均反馈至国家神经系统疾病临床医学研究中心大数据中心，结合脑血管病临床研究信息采集平台所收集的项目临床数据，形成脑血管病临床研究全面信息整合资源，用于开展脑血管病临床及多组学研究。

表1 北京天坛脑血管病生物样本库质量管理体系标准化文件

2.3 脑血管病生物样本库在库资源及产出 自2009年10月脑血管病生物样本库建成，截至目前已支撑脑血管病临床研究22项，收集脑血管病病例生物样本10.5万人次，涵盖多样化的生物样本，如血清、血浆、白细胞、DNA等，合计104万余份。经过前期积累，自2012年起使用在库样本开展的脑血管病研究成果，先后于JAMA、Neurology、Stroke等国际学术期刊发表15篇SCI文章，成为一个集临床数据与生物样本于一体的科研资源平台（图4）[17-31]。

3 讨论

脑血管病作为一种异质性很强的临床综合征，不同地域、不同民族之间存在较大差异，因此，有必要开发适合研究我国脑血管病人群遗传与代谢特点、以病因学分型为基础的创新药物临床信息与标本资源库平台，这必将缩短样本收集时间，降低科研成本，为开展转化医学研究、药物开发与评价研究提供资源平台。

表2 北京天坛脑血管病生物样本库主要设备清单

图3 北京天坛脑血管病生物样本库信息管理平台

图4 北京天坛医院脑血管病样本库在库资源概要

许多国家都在卒中登记的基础上，进行了生物样本库的建立。如美国心脏病协会的“卒中——跟着指南走”项目，加拿大疾病预防与控制中心的国家急性卒中登记研究以及美国国立神经疾病与卒中研究院的急性卒中专项转化型研究项目，均已经或正在建立各自的临床数据库以及影像中央数据库。国内北京大学基于TOAST分型在房山社区建立了卒中登记。由于国家登记为多中心登记，因此，如何将临床信息、样本信息以及影像信息通过标准化的规则进行收集与保存成为各国资源样本库所面临的挑战。

目前，国内外脑血管病生物样本库主要存在以下不足：①人群异质性：如缺血性卒中为一种受多因素影响的综合征，对其进行正确的分型是指导规范化治疗的基础，既往许多研究因未考虑不同缺血性卒中发病机制的异质性特征，导致研究结果的不稳定。②缺乏临床和科研信息统一的数据收集系统：既往生物样本库多是为科研而专门制作的数据库系统，这种做法的弊端，一是收集的信息不够全面，收集的多是特定研究指定的信息，忽略了大量的临床信息，使得数据库更进一步的科研价值降低；另外一个弊端是方法学不当，仅仅为了科研而收集数据，必须投入专门的人力物力，使得收集数据的难度增加，成本加大，数据难以自然增长。③缺乏将临床信息、样本信息与影像信息整合的统一数据库：目前许多生物样本库未能将临床、样本与影像信息有机整合，因此缺乏进一步高水平研究的资料，如无法将各种临床表型和相应的标本资料获得的基因型进行有效的关联研究。

本研究中，天坛脑血管病生物样本库作为北京天坛医院脑血管病临床研究平台的支撑部门之一，与临床研究数据平台紧密结合，一方面利用临床病例系统整合收集科研数据的方法，不仅可以使科研数据收集更容易在临床病例的常规收录工作中实现，更重要的是为科研病历提供了详细的临床诊断、治疗、随访过程等资料，使数据库价值大大增加；同时基于规范的临床数据及生物样本采集管理机制、严格的质量控制体系及标准的超低温保存条件，建立涵盖生物样本采集、处理、存储、废弃、转运全周期标准操作流程，提升了脑血管病多中心研究中各分中心生物样本资源采集处理水平，收集了以多中心研究项目为主的生物样本资源，推动了脑血管病多组学研究的发展，并促进了科研产出效率。目前，利用在库生物样本资源，已发表15篇SCI文章，对脑血管病个体化治疗方案的制定及复发风险评估等做出重要贡献[17-31]。

ISO9001认证并非生物样本库专用质量标准体系，随着生物样本库建设的蓬勃发展，国际标准化组织于2018年8月正式发布了第一项生物样本库认可体系——生物样本库通用要求（ISO20387）。该体系规定了生物样本库能力、公正性、持续运行（含质量控制）的通用要求，为生物样本库的建设提供了更适合的参考标准和技术规范。我国也自2019年8月30日起实施《生物样本库质量和能力通用要求》（GB/T37864-2019，等同ISO20387），目前正在逐步落实过程中。随着天坛脑血管病生物样本库于2020年升级为院级生物样本库，未来将涉及多病种、多种类生物样本的处理及保藏工作，下一步将参照GB/T37864-2019标准，进一步完善质量管理体系运行，保障样本质量、促进资源开发。

【点睛】规范化的脑血管病生物样本库能打造集临床数据与生物样本于一体的资源管理平台，基于规范的临床数据及生物样本采集管理机制、严格的质量控制体系及标准的超低温保存条件，充分利用脑血管病临床资源，实现资源的有效整合、管理和共享。