单病种模式临床生物样本库的建立与应用

王欢 张恬 秦玲莎 胡垚 齐玲

广州医科大学附属第六医院 广东省清远市人民医院临床生物样本库，广东清远 511518

生物样本资源作为精准医学和临床研究的基石，在可预见的未来里其前景不可估量。目前各级政府、医院和相关大学高度重视生物样本库的标准化建设，并纷纷着手建设基于重大项目、医院、大学及区域的生物样本库[1]。与欧美等地区的发达国家比较，我国样本资源量大，资源种类多样化，但我国的生物样本资源库建设开始较晚。长期以来，我国生物样本库的建设缺乏标准化流程、质控、安全保障与信息化管理体系，临床资料残缺不全，样本利用率不高、共享率低，存在不少垃圾库、私库与死库，严重阻碍了我国生命科学与生物医药产业健康发展[2-3]，这使得越来越多的生物样本库将加强质量管理和获取中国合格评定国家认可委员会的生物样本库认可作为管理目标，以适应生物样本库的发展新形势、新变化和新要求[4-5]。在此背景下，笔者结合广东省清远市人民医院（以下简称“我院”）临床单病种模式临床样本库的建设过程，总结样本库标准化建设和单病种模式管理经验，为单病种模式样本库建设提供参考。

1 临床生物样本库运行模式

1.1 科研课题模式

生物样本库的发展起初出于相应的科研需求，收集和存储生物样本，样本收集目的明确，使用率高，但同时也面临着两个显著的问题：第一，知情同意是为特定研究项目而获得的同意，这种模式可以让参加者了解到样本和数据的使用细节，不会将最初的同意用于将来的其他研究之中，第二，样本数量和采集的数据以满足特定的课题而定，且往往视为样本存留者的个人物品或私有财产，难以满足其他科研对样本的需求，因而不利于共享样本和数据。

1.2 单病种模式

单病种模式是指由样本库或医院科研部门等管理机构主导，结合各临床科室所涉及的病种类型，统筹规划对各类特定疾病患者的相关人类遗传资源进行保藏的模式，包含人类遗传资源材料和人类遗传资源信息，涉及患者均签署泛知情同意。这种模式的特点是由管理机构通过顶层设计，统筹规划样本的保藏过程中的管理机制和质量管理体系，以确保生物样本质量和同源性生物样本库之间的最小异质性，利于整合和共享应用。

2 以信息为中心的生物样本库的发展战略转变

2.1 生物样本库发展的3 个阶段

第一阶段样本库建设着眼点放在样本数量上，即以样本数量为中心的初始阶段；第二阶段是以样本质量为中心，这两个阶段均是以生物样本为轴心的发展策略，随着大数据时代的发展，难以满足研究者的需求，因此生物样本库发展的第三阶段是以数据信息为中心的现代生物样本库[6-8]。

2.2 样本高质量的数据要求

高质量的临床研究要求其数据本身的也具有高质量，现代生物样本库应该被视为一个以高品质、科学的组织收集和存储策略为支持的信息项目。单病种数据库是着眼于高质量的临床研究，临床研究中数据信息是非常重要的[9-11]，以单病种建库为切入口，统筹规划，整体推进样本库以数据信息为轴心的发展策略，并在此基础上，统一标准进行科研课题模式入库样本存储管理，使样本信息有可比性和相容性，打破科研课题模式入库样本使用的局限性[12]。

2.2.1 临床的数据结构化 在临床进行研究的过程中，很多有效、有用的信息散落在病历文本等各个角落，提取这些非结构化的数据工作量非常大。随着互联网技术、人工智能技术、大数据技术不断参与到医疗行业中，给医疗行业的变化带来了技术的支撑[13]。而“挑战”首先就来自于来自数据的标准化、结构化。医疗数据结构化之后，这些医疗数据将为医疗行业的各个领域带来非常重要的作用。对医院临床而言，其能为临床辅助决策提供大量的数据支持。对科研而言，能让医师使用更大量的数据展开科研合作，这样才能真正地发挥医疗数据的燃料价值，激活整个样本库的行业生态，让这个行业能够更快速地发展，才能建立有效的临床生物样本库资源共享平台，这也是我国临床生物样本库平台化建设为医学研究发展迫切需求的原因[11,14]。

2.2.2 临床数据完整性“没有数据，就没有发生”，数据是临床试验的重要产出，而在数据采集过程中存在很多问题，给研究带来困难[15]。一方面，医师对患者的治疗和记录的规范化程度决定了基础数据的准确性、可靠性和利用性。另一方面，研究者都是基于医院数据来做临床研究的，对研究影响最严重的就是数据的缺失[16]，患者是否能在同一家医院完成全部的、长期的治疗对临床数据的收集完整性也有很大的影响。

2.2.3 临床数据前瞻性 数据创新时代，通过患者精准管理平台，对患者进行全程疾病管理，累积全流程的疾病数据为临床科研服务，最直接地体现了数据驱动下的创新价值[17-18]。临床研究要领先整个的临床实践，所以生物样本库的数据收集要为科研服务，要有前瞻性，仅基于目前的实践去做一个局限性的研究数据收集，会对日后的其他研究有一定的影响，真正要去做到行业领先的话是会非常难的，所以数据收集的前瞻性也是需要考虑的。探究数据驱动下患者全程管理与临床实践的结合点，应用前瞻性考虑临床试验面临的各种问题。

3 单病种模式样本库管理流程

3.1 单病种模式样本入库申请

临床科室主任或学科负责人应依据本科室病种特色，以及科室科研所涉及的病种，综合评估定制提交单病种模式临床生物样本入库申请，再由样本库工作人员对申请进行单病种模式项目可行性评估。

3.2 伦理考核与审查

伦理的考核与审查主要包括对单病种临床生物样本采集及临床信息采集等方面的考核与审查。由临床生物样本库编订泛知情同意书，提交院伦理办委员会过会审批后，单病种临床生物样本采集前与留样患者签订使用。泛知情同意是知情同意的特殊形式，对生物样本入库前的泛知情同意应考虑到临床诊疗数据授权使用、临床研究剩余样本和数据的授权使用、样本或数据的转移管理、研究结果的分享等方面[19-21]。临床科室医师负责与患者签署泛知情同意后采集样本入库，样本出库使用时需要获得具体项目伦理批件后方可使用。

3.3 制订单病种模式样本实施规范化流程

入库审批、伦理考核与审查通过后，样本库工作人员与入库申请科室协商和制订生物样本采集、样本分装处理、出入库及使用等方案。具体流程如下：①在项目实施过程中相关工作人员对项目内容签署样本库使用协议；②对生物样本的项目研究内容和生物样本实际要求，签署捐献者知情同意书；③制订生物样本采集计划、运送、处理、出入库等详细内容，并进行入库管理；④根据生物样本的质控计划、样本信息，以及样本转移等内容，按照标准步骤，制订具体分工。责任人和执行人方案确定并签字后，单病种模式样本库入库正式生效。

3.4 单病种样本方案的实施

制订好详细的项目实施计划以后，就可以进行实际项目实施操作。首先，在生物样本库信息管理系统中建立属于该项目编号，后期所有与该项目有关系的所有操作都要与此编号进行关联。其次按照之前的单病种方案，对参与该项目的所有工作人员进行相关培训和监督考核。最后，完成生物样本采集以后，根据方案要求对生物样本的出入库管理。

3.5 样本数据追踪

在生物样本出库使用一段时间以后，按照相关规定，生物样本库管理工作人员要对该项目的负责人进行监督，对样本数据进行追踪反馈，其中包含的主要内容有生物样本的质控数据、生物样本的研究数据、项目最终的研究成果等。见图1。

图1 单病种临床生物样本出入库管理流程图

4 单病种生物样本临床数据库建设

4.1 实现数据实时获取，提高患者信息检索效率

与医院信息系统联动，实时更新。在数据的结构化推进中，我院生物样本库管理系统与我院计算机病历系统对接，医师直接在医嘱系统勾选要保留的样本信息医嘱，护士工作站人员就可以接到指令打印样本采集条码并进行采集，并通过物流轨道系统将样本送到样本库进行分装入库。同时样本库管理系统对接了我院医院信息系统、检验科信息系统、病理信息管理系统等，可在所选样本源下直接查看样本的基本信息、住院信息、手术信息、病理信息、检验结果信息等，并可以依据某一结构化数据信息进行条件的筛选工作。

4.2 完善随访机制，提高数据质量

建立随访提醒机制，依托电话随访及临床科室延续护理部门，对随访患者提供更全面的关怀，详细记录患者预后状态，后续诊疗方式和结果等，对患者样本的数据完整性追踪。在样本的前瞻性管理中，我院由各临床科室学术带头人依据本专业特点、学术水平、发展前沿等综合评估制订各自临床科室单病种，并针对不同病种前瞻性地登记特异信息，如呼吸系统疾病需登记患者吸烟开始时间、平均日吸烟量、戒烟年龄、主要吸烟类型、二手烟接触情况等。

5 单病种样本库服务功能延伸建设

我院临床生物样本库在样本制备平台基础上，为保障单病种样本质量与深化服务，建立了病理平台、分生平台和细胞平台。

5.1 分子生物学分析平台

分子生物学分析平台可提供多种样本的核酸提取与质量检测等服务。样本严格按照标准操作程序进行抽检。所有入库样本，与样本方沟通抽检计划，征得同意并确定抽检方式、检测项目后，进行样本抽检质量检测。抽检样本覆盖主要的保存周期。按照0.5%～5.0%的标准进行，根据样本总量、样本珍稀程度确定具体数量，组织或血液样本检测DNA、RNA 和蛋白的质量[22]。此外，平台也可同时用于进行质控的相关检测。

5.2 细胞生物学平台

我院建有细胞培养室，配备了生物安全柜、细胞培养箱、三气培养箱、倒置显微镜、超速离心机、高压灭菌锅、BD FACSMelodyTM流式细胞分选仪等，可提供细胞培养、分选服务，为样本服务的多样化及下游服务提供了更多的选择。

5.3 病理平台

我院拥有全套先进的病理制片、诊断分析设备，可提供常规石蜡制片、冰冻切片、免疫组化、免疫荧光、组织化学染色等技术服务。配备有扫描及图像分析系统，可提供苏木精-伊红染色、免疫组化染色、免疫荧光染色等数字化扫描及分析服务。

6 高水平医院建设下单病种模式临床生物样本库的成果

6.1 样本库建设初具规模

我院样本库进行高水平医院战略性肿瘤样本规范化留取，并以区域性学科单病种和项目形式推动临床生物样本的留取与使用，同时基于此进行人类遗传资源样本平台，以及人类遗传资源信息化平台的建设。目前我院样本库存有样本2.3 万份，包含结直肠癌、胃癌、肺癌、乳腺癌、食管癌、脑肿瘤、卵巢癌、宫颈癌、股骨头坏死、骨关节炎、前列腺恶性肿瘤、尿路上皮肿瘤、肾肿瘤、红斑狼疮、关节炎、急性髓性白血等二十余种病种，样本类型包括肿瘤组织、股骨头、滑膜组织、骨组织、血清、血浆、白膜层、外周血单个核细胞、卵泡、颗粒细胞、精浆、尿上清液、尿沉渣等15 种，已获得中国人类遗传资源保藏审批许可（国科遗办审字〔2021〕BC0052 号），有效地支撑了血管、肿瘤、感染与免疫、盆底四大学科群的建设。

6.2 推动医院科研的快速发展

2017 年生物样本库建设之初，我院共发表SCI论文13 篇，核心期刊论文21 篇，近几年科研产出逐年大幅提升，2021 年度我院发表SCI 论文90 篇，核心期刊论文81 篇，较样本库建设之初科研产出显著增长。

7 小结与展望

近年来，随着科技创新理念的快速发展，医院管理层意识到建立生物样本库对医院科研的提升至关重要，并于2017 年筹建了院级临床生物样本库。但建设之初对临床生物样本认知不足，对科研的需求还停留在职称评定压力之下，员工从事科研的主动性意愿不强，医院也没有完善的可供研究的实验平台，导致样本库虽然成立，但样本数量不多，使用率低。因此，样本库建设的发展需要领导层和政策的支持，政策决定了样本库的发展方向和可行性。目前，医院领导层在这方面意识不断增强，这一变化大力推动了样本库的发展[23-24]。每年召开的中国生物样本库院长高峰论坛，其目的也很明确。2019 年广东省政府批准我院为省高水平医院重点建设医院，我院加大了科研人才引进及科研研发力度，将单病种模式列入样本收集引导模式，开始逐步推广，并迅速发展[25]。值得注意的是，单病种生物样本库与传统的以单一课题需求的生物样本储存有本质的区别，除了在管理的组织结构上有所区别，作为系统化医学研究的资源，单一课题需求缺乏系统性，导致多源生物样本的异质性较高，也由此造成生物样本资源因相容性低而无法整合，要避免单纯的重复建设，样本库建设不能以大小和数量来衡量其价值，要有系统化的认识和设计。我国建设样本库的目的不管是管理还是认识层面，都存在理念的问题。现代样本库的建设要保障生物样本资源应用的有效性，其发展策略要从三方面考虑，一是需要重新认识生物样本库建设理念，二是调整生物样本库建设策略和方法，三是改进生物样本库管理和应用方式[18]。

目前生物样本库与传统生物资源保存最根本的区别就是信息化问题，不能以“大小”和“多少”来衡量生物样本库建设，保存样本只是生物样本库主要功能的一项，其功能绝不仅限于储存。真正能够展示样本库价值的只有信息，而不是有多大空间、多少冰箱、有什么仪器、有几例患者等。生物样本是唯一的生物实体，样本真正的价值在于其特有的信息，既有丰富的临床信息，又有详细的实验室信息，这是其他实体无法做到的。所以，临床和实验室信息的结合是转化医学的起点。现代建设生物样本库的目的就是如何能够把生物样本资源转化或翻译成为数据信息资源，如果样本没有信息的转化，其作为转化医学和个体化医学研究的宝贵资源也将成为一句空话。而样本资源在实验室研究和临床信息之间搭建了一个通道，起到实验室与临床之间往来的桥梁作用。样本库建设的下一个阶段一定是以信息化为重点，而生物样本库是一个多学科的领域，未来更需要一个从专职到专业化的转变和更新的历程。