中国脑血管病多中心临床研究生物样本库建设模式探讨

林金嬉，梁宪红，李上智，刘丽，孟霞，李子孝，王拥军，4

卒中具有发病率高、致残率高、死亡率高和复发率高的特点。目前，我国40～74岁居民首次卒中标化发病率平均每年增长8.3%[1]。根据《中国卒中报告2019》指出，卒中已成为我国居民死亡和致残的主要原因之一，中国已成为卒中终生风险最高和疾病负担最重的国家[2]。

近年来，首都医科大学附属北京天坛医院牵头，在全国范围内开展了氯吡格雷治疗急性非致残性脑血管事件高危人群研究（Clopidogrel in High-risk Patients with Acute Non-disabling Cerebrovascular Events，CHANCE）、中国卒中登记研究Ⅲ等多项脑血管病多中心临床研究，发挥强大的数据资源汇集优势，寻找更多的循证医学证据，解决临床重大需求和实际问题，推动我国卒中防治策略的发展[3-4]。多中心研究成为推动我国卒中防治工作的重要平台。

在多中心临床研究项目执行过程中，质量管理尤为重要。只有参与研究的各单位遵循并落实统一、规范的临床数据及生物样本的采集，才能保证研究数据的质量水平，更好地应用于后期分析及资源共享。为提高脑血管病多中心临床研究生物样本质量管理的水平，本研究结合脑血管病专病队列研究实际需求，在前期北京天坛脑血管病生物样本库基础上，建立了我国脑血管病多中心临床研究生物样本质量管理平台。

1 方法

1.1 确定脑血管病多中心临床研究生物样本质量管理内容 通过文献复习及专家咨询等方法确认多中心临床研究生物样本采集流程及质量控制内容。

1.1.1 文献复习 通过查询国际、国内生物样本库建设现状及相关规范[5-8]，了解国内外多中心临床研究信息及生物样本的采集项目[9-12]。确定多中心生物样本质量控制管理指标体系，包括①硬件指标：分中心硬件设施要求，如设备设施、信息平台建设等；②样本来源指标：样本采集时间点、与临床数据对接的唯一标识码、样本种类、样本数量等；③样本处理信息指标：生物样本处理流程、技术参数、处理质量等。

1.1.2 专家咨询 咨询神经科学、流行病学、检验学、生物样本库等学科领域的专家，筛选多中心临床研究生物样本质量控制管理要素，制定多中心研究生物样本采集处理种类、流程、方法及配套等信息。

1.2 参考国际标准进行管理平台建设 参考世界卫生组织、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标准及我国《生物样本库质量和能力通用要求》（GB/T 37864-2019），在天坛脑血管病生物样本库质量管理体系基础上，构建生物样本库建设标准框架，从场地、设施设备、操作规程、信息收集、质量控制等多个维度，建立多中心临床研究生物样本质量管理体系。

1.3 试验研究 结合脑血管病临床研究需求搭建多中心生物样本资源体系，包括多中心临床研究生物样本管理系统、质量控制系统、设备温度远程监控系统。

多中心临床研究生物样本管理系统：为多中心生物样本库提供统一的数据库管理系统，规范各中心样本信息存储，避免各中心数据信息存储不一致导致后期数据分析困难。

多中心临床研究生物样本质量控制系统：通过软件系统将标准化作业指导规范和流程程序化、可视化、可操作化。使各分中心可以在统一的标准下完成样本的提取，保证项目样本质量的均一性和稳定性。

设备温度远程监控系统：集中管理多中心温度记录仪上传的温度记录。实时接收临时、长期保存的样本存储设备温度记录仪的温度监测数据，包括多中心项目样本转运过程中的温度监控，实现生物样本保存条件的实时监测。

1.4 资源共享 建立脑血管病多中心临床研究生物样本共享机制，统一、科学、合理规划生物样本的使用，由具备相关检测资质的机构进行以探索性指标为主的检测分析，所产生的生物样本相关数据归档国家神经系统疾病临床医学研究中心大数据部，作为临床研究数据的组成部分，遵循国家神经系统疾病临床医学研究中心共享管理办法向研究者开放共享。

2 结果

作为脑血管病多中心临床研究的重要支撑平台，结合脑血管病专病队列研究实际需求，在前期北京天坛脑血管病生物样本库基础上，已开发完成我国脑血管病多中心临床研究生物样本质量管理平台。遵照《中华人民共和国人类遗传资源管理条例》及《首都医科大学附属北京天坛医院人类遗传资源管理办法》，对于符合医学伦理原则及相关规定的多中心研究项目提供生物样本质量管理支持。

2.1 建立多中心临床研究生物样本亚组分中心筛选流程 根据多中心临床研究方案筛选符合生物样本亚组分中心条件的合作单位（图1），以保障该分中心硬件条件（如是否有离心机、超低温冰箱等）与人员配备（如有无专人负责生物样本、技术人员资质等）按照统一标准规范化落实研究方案所指定的生物样本采集、处理操作，保障所采集的生物样本质量能满足后续研究需求。

图1 多中心临床研究生物样本亚组分中心筛选流程

2.2 建成多中心临床研究生物样本数据库管理系统

2.2.1 应用方向 北京天坛医院作为临床研究生物样本数据库总中心，在医院网络内建立样本中心数据库，各项目分中心建立分中心数据库。总中心与分中心之间通过数据交换平台交换数据。

2.2.2 实现功能 目前多中心临床研究生物样本数据库建设已经实现了病例入组、样本采集、样本前处理、样本入库、样本出库、样本查询、样本统计在内的生物样本全生命周期系统化管理；通过数据接口或数据导入形式实现临床数据系统的数据对接；根据研究需求对样本信息进行自定义字段，编制项目个体化生物样本方案；采用结构化数据，生物样本数据可直接对应科研项目分析；能够对接自动化设备及其他信息系统，实现浏览器、手机、平板电脑等多种客户端通过网络访问和离线操作（图2）。

图2 多中心生物样本数据库管理系统功能

2.3 建成多中心生物样本质控管理系统

2.3.1 应用方向 建立网络化生物样本质控系统，可通过多种客户端访问系统，样本提取操作的各环节均可方便地使用本系统。在增加分中心或合作单位时，无须技术人员部署客户端，用户可通过电脑、平板电脑、手机等设备随时访问系统，并通过线上教学快速掌握使用方法。

2.3.2 实现功能 管理系统涵盖标准操作流程教学培训、样本处理、设备管理、样本转运、试剂耗材管理、异常情况处理、质量评审及数据上传等功能。对于参加不同研究的分中心进行分项管理，根据课题设定样本提取标准工作流程，创建样本采集处理实施计划；实施过程自动记录样本信息、操作人员、实验器材、阶段性成果状态等。信息形式可作为文字和图片上传；根据用户权限设定可分层查询、比对样本记录、随机抽取质检、调取样本存储、转运温度记录等。同时配备图文、视频教学功能，实现远程教学、培训及质量控制工作（图3）。

图3 多中心生物样本质控管理系统功能

2.4 建成多中心设备温度监控管理系统

2.4.1 应用方向 多中心设备温度监控管理系统可对样本存储设备温度数据进行实时显示和存储记录，并进行异常报警。管理者可查看所管理设备的实时温度，也可以通过历史数据查询并导出所需要的样本保存温度记录；当设备温度异常时，平台可以推送报警信息给管理人员。

2.4.2 实现功能 实现集中管理分中心生物样本存储设备温度监控数据，包括账户设置、用户管理、日志管理、授权管理等功能。采用分层授权，以明确各级用户的使用权限。以地图方式展现各监测点温度监控状态。通过选择设备，可查看各监测点的实时温度及历史温度。温度监控数据可与样本质控管理系统对接，实现数据整合。超过正常值的异常温度情况可通过本地声光、微信、短信等报警方式实时传达给设备管理人员，以便及时发现问题并处理；独立的温度记录仪也适用于记录样本转运温度及离线存储能力，离线数据可导出备查（图4）。

图4 多中心设备温度监控管理系统功能

2.5 建成多中心生物样本质量管理平台 通过上述三套系统的开发完成，实现了多中心临床研究生物样本质量管理平台（图5）。从生物样本方案标准操作，到工作环境、设备条件，以及物资、物流等，涵盖多中心临床研究中生物样本采集、处理、保存、运输全链条质量管理环节。可规范各分中心生物样本标准操作流程，实现质量管理人员实时对分中心生物样本相关的质量管理，并收集完整、可溯源的质控数据。

图5 多中心生物样本质量管理平台

3 讨论

在循证医学研究中，单中心临床研究往往具有一定的局限性，如样本量偏小；入选病例的代表性不够广泛、全面；受研究中心诊治特长所限，集中了具有某些疾病特点的患者；反映的临床诊治模式单一等[13]。近年来在很多疾病研究领域都开展了多中心临床研究，即由多个研究单位、研究者按照同样的研究设计，为同一个研究目的，协同完成的研究工作。多中心临床研究既可以是临床药物试验，也可以是比较广义的临床研究，包括前瞻性和回顾性的临床研究[14]。多中心研究会入选更多的病例，有效整合资源，可以较快地获得更多数据，扩大的样本量将极大地提高研究的质量和价值；此外，多中心研究更重要的优势还体现在涵盖了更多的多样性研究对象，最大限度地克服了研究的偏倚性和系统误差，使研究结果更接近该临床研究所要揭示问题的真实性[15]。

生物样本库又称生物银行，经济合作与发展组织（Organization for Economic Cooperation and Development，OECD）对其定义为：集中保存各种人类生物材料，用于疾病的临床治疗和生命科学研究的生物应用系统。生物样本库主要是指标准化收集、处理、储存和应用健康和疾病生物体的生物大分子、细胞、组织和器官等样本，包括人体器官组织、全血、血浆、血清、生物体液或经处理过的生物样本（DNA、RNA、蛋白等）以及与这些生物样本相关的临床、病理、治疗、随访、知情同意等资料及其质量控制、信息管理与应用系统。近年来随着临床研究项目的飞速发展，生物样本库对疾病临床治疗和生命科学研究的发展做出了重要贡献。近年来多中心临床研究项目成为快速、高效、广泛开展高水平临床研究的重要形式，高质量的多中心研究生物样本对于提高临床研究的数据挖掘分析效率、促进精准医学及转化医学研究发挥了重要作用。北京天坛医院牵头在全国范围内开展了多项脑血管病多中心临床研究，在规范化采集临床数据的同时也开展了生物样本的采集及后续检测分析工作。其中CHANCE研究生物样本亚组的相关研究成果已发表SCI收录论文12篇，影响因子合计超过104分。特别是发表于JAMA的CHANCE药物基因组学研究结果为促进临床对缺血性卒中患者开展个体化精准治疗提供了理论依据，推动了全球首个药物基因组驱动的脑血管病Ⅲ期临床研究（CHANCE-2）的实施[16]。目前，多中心研究已成为持续深入推动我国卒中防治工作的重要平台。

然而，多中心研究不能简单理解为有多个单位参加的研究。为保证项目质量，对于参与同一研究的各分中心，需要建立统一的操作规范及技术标准，以保障所采集的病例及其临床数据的完整性、准确性、规范性和可溯源性。对于配套的生物样本也应实行统一标准，以建立资源共享的基础。

在既往开展的脑血管病多中心临床研究中，北京天坛医院逐步建立起了初步的多中心临床研究生物样本方案，包括：①筛选分中心硬件条件，如具备移液器、离心机、超低温冰箱等样本处理及临时保存设备；②评估分中心人力配备，如能否配备专业技术人员及管理人员；③统一材料，如由项目组集中采购试剂耗材发放至各分中心，以避免材料不同导致数据的质量差异；④规范培训：遵循各项目生物样本方案，通过现场培训、视频演示、远程指导等方式对各分中心生物样本相关操作人员进行统一规范的技术培训，以减少人为质量差异。

尽管如此，在项目执行过程中，仍然发现有部分样本质量存在缺陷。主要原因是既往研究的质量控制措施，特别是样本处理操作为结果判定，无法获取操作流程实时数据。另外，由于缺少设备温度远程实时监控网络布局条件，分中心超低温保存设备温度状况只能依赖分中心工作人员对设备运行状态的监管，缺少可追溯性，难以及时发现问题并解决。本研究建成的多中心设备温度监控管理系统除了对存储设备的正常运行起到监控的作用，同时也是样本质控的重要参考指标，对于生物样本的长期保存有重要意义。

通过脑血管病多中心研究生物样本管理平台的建设，在保障信息安全的前提下搭建多中心生物样本相关质量信息传输网络，能够从课题方案规划、访问权限、设备状态、样本信息、操作流程、物资物流等多方面掌握各分中心生物样本全链条质量体系落实情况，有利于项目组长单位质控人员及时发现分中心在人员、材料、方法等各环节的问题，促进分中心纠正及改善，对于保障多中心研究顺利进展，提高生物样本质量、促进后期开发共享具有重要意义。

目前，多中心生物样本管理平台受网络速度及数据库体量的影响，传输数据种类及大小有一定局限性，尚不能实现多中心同步视频传输。随着5G技术的发展及推广，下一步研究将针对更多、更大数据的传输及集中管理，实现多中心临床研究生物样本的大数据综合管理，为临床研究奠定更高质量的生物样本资源平台。

【点睛】依托国家神经系统疾病临床医学研究中心，在天坛脑血管病生物样本库质量管理体系基础上，构建了脑血管病多中心临床研究生物样本库建设标准框架和质量管理体系，为多中心脑血管病临床研究提供统一、标准、实时、全流程的质量管理，以保障数据的一致性和可溯源性。