腦血管病生物樣本庫建設標準研究

林金嬉，梁憲紅，李上智，劉麗，孟霞，王伊龍，王擁軍，4

腦血管病因高發病率、高致殘率、高復發率、高死亡率已成為世界范圍內第二大死亡原因[1]。作為一種可防可治的疾病，現有循證醫學證實有效的藥物幾乎均被國外企業壟斷。我國是一個疾病資源大國，有充足的病例資源，但腦血管病領域的藥物研發卻很薄弱，亟待提高。

生物樣本庫又稱生物銀行，是指在符合醫學倫理原則及患者知情同意的基礎上，標準化收集、處理、儲存、應用健康和疾病生物體的樣本以及與這些生物樣本相關的臨床、治療、隨訪等資料的質量控制、信息管理與應用系統。生物樣本庫融合了生物樣本衍生的各類分子數據及相關臨床表型、輔助檢查及治療轉歸的綜合信息，對于開展人類疾病預測、診斷、治療及新藥研發等領域的研究具有重要意義[2]。近年來，隨著分子遺傳學等現代生物技術的快速發展，國內外對于人類遺傳資源的保護與開發呈快速增長趨勢，各國都投入了大量資金建立大型生物樣本庫，如英國生物樣本數據庫收錄了英國約50萬例志愿者的疾病和生活方式信息及基因型數據，中國嘉道理生物樣本庫于2004-2008年在10個地理區域收集了約50萬人次的健康數據及血液樣本。我國早在1994年就啟動了中華民族永生細胞庫的建設，而后北京重大疾病臨床數據與樣本資源庫、泰州（復旦）健康科學研究院、上海芯超生物銀行等專項生物標本資源庫也相繼建立。

盡管生物樣本庫的建設蓬勃發展，然而操作規范不統一、質量標準不同、數據格式不一致等問題，成為許多生物樣本庫資源開發利用的瓶頸。本項目通過首都醫科大學附屬北京天壇醫院生物樣本庫建設模式，探討如何建立高質量的生物樣本庫，以規范化采集、保存、使用生物樣本信息和數據，從而促進科研效率的提高。本研究生物樣本庫建設標準作為國家重點研發計劃精準醫學專項——腦血管疾病專病隊列研究的組成部分，立足于腦血管病精準醫學研究的需要，為腦血管病精準預防和診治研究提供可開放、共享的生物樣本資源采集、存儲及管理的標準化方案和平臺支撐。

1 對象與方法

1.1 確定腦血管病生物樣本庫采集信息流程及內容 通過文獻復習及專家咨詢法等定性研究方法確認腦血管病臨床研究病例信息及生物樣本采集流程及內容。

1.1.1 文獻復習 通過文獻復習學習我國相關法律法規[3-5]，查詢國際、國內生物樣本庫建設現狀及相關規范[6-9]，了解國內外關于腦血管病臨床研究采集信息及生物樣本的內容[10-12]，確定腦血管病生物樣本庫指標體系。經過文獻研究后確定的初步生物樣本庫指標體系包括：①硬件指標：建設生物樣本庫硬件設施要求，如環境條件、動力供給、設備設施、信息平臺建設等；②臨床信息指標：腦血管病臨床研究應采集的流行病學信息、通用數據元、專病數據元等；③樣本采集信息指標：符合腦血管病臨床研究需求的生物樣本種類、數量、處理方法等。

1.1.2 專家咨詢 遴選國內腦血管病診斷與治療方面的神經科學、流行病學、社會學、康復醫學、檢驗學等學科的專家，篩選適合中國國情的腦血管病臨床研究生物樣本庫采集內容，制定規范化的樣本采集處理種類、流程、方法及配套信息。

1.2 參考國際標準文件建設 通過整理吸納世界衛生組織、國際生物與環境樣本庫協會關于生物樣本庫的最佳實踐指南意見，根據國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）的ISO9001的標準化思路，建立質量手冊、程序、標準作業程序、表格與記錄等，構建生物樣本庫建設標準框架，重點從場地設施、設備、操作規程、數據標準、信息化等多個維度，對樣本庫的建設提出技術要求[13-16]。

質量手冊：制定生物樣本庫的質量方針和質量目標，并對質量管理體系提出具體要求，適用于生物樣本庫的全面質量管理工作。

程序文件：程序文件作為質量手冊的支持性文件，是生物樣本庫質量管理體系文件的重要組成部分，是質量手冊中涉及要素的具體描述，也是生物樣本庫質量的基本準則。

標準作業程序：根據質量手冊要求制定的標準作業程序，是經過不斷實踐總結出來的在當前條件下可以實現的最優化操作程序設計，是質量手冊的重要支持性文件。標準作業程序闡述生物樣本庫工作過程中的規范性操作要求，是指導相關工作人員進行工作實施的必要文件，對生物樣本庫質量管理和工作開展具有重要的指導作用。

表格與記錄：記錄各項工作執行及落實過程，以便及時發現不符合項并進行糾正和預防。

1.3 實驗研究 結合腦血管病特征搭建專病生物樣本庫資源體系，包括腦血管生物樣本庫的運行管理體系、腦血管病生物樣本庫硬件設施及信息平臺、腦血管生物樣本庫的標準操作流程及按照標準操作流程開展研究課題的生物樣本采集、質量控制、保藏及應用。

1.4 資源共享 建立腦血管病生物樣本庫共享機制，由使用者提出需求，經專家委員會論證科學性及可行性，統一規劃使用方案。樣本檢測數據歸檔大數據部，依據國家神經系統疾病臨床醫學研究中心資源共享管理辦法進行開放共享。

2 結果

作為腦血管病臨床研究的重要支撐平臺，天壇腦血管病生物樣本庫在符合國家相關法律法規前提下，已完成建設規范、建設配置及資源利用等運行管理制度、質量管理體系、硬件投入及軟件開發等工作。

2.1 腦血管病生物樣本庫建設規范

2.1.1 獲得生物樣本庫建設資質 根據《中華人民共和國人類遺傳資源管理條例》規定，為了有效保護和合理利用我國人類遺傳資源，維護公眾健康、國家安全和社會公共利益，采集、保藏、利用、對外提供我國人類遺傳資源，應當遵守本條例[2]。天壇腦血管病生物樣本庫于2016年7月獲得中國人類遺傳資源管理辦公室審批（國科遺辦審字[2016]90號）。

2.1.2 形成腦血管病樣本庫運行管理體系 天壇腦血管病生物樣本庫運行實行法人負責制下的團隊協作運行機制。在天壇醫院學術委員會及倫理委員會的監督指導下，由項目執行團隊協調各職能部門（主要包括臨床研究部門及生物樣本庫）合作的運行管理模式，以保障項目順利進展。其中臨床研究部門負責臨床研究方案的制定、項目實施、臨床資料采集、質量控制及數據管理；樣本庫協同臨床研究部門完成研究項目具體執行。樣本庫專屬工作人員共7名，明確職責、專人專崗，分別承擔運行管理、技術主管、數據主管、質控主管及技術員等工作。明確樣本庫各環節工作崗位及職責，并對相關工作人員進行定期的技術及管理章程培訓（圖1）。

圖1 北京天壇腦血管病生物樣本庫運行管理體系

2.1.3 建立腦血管病生物樣本庫質量管理體系參照ISO9001標準建立腦血管病生物樣本庫質量管理體系，包括樣本庫質量手冊、程序文件、標準操作流程（圖2），以及各種表格記錄。質量管理體系涵蓋生物樣本采集、處理、存儲、廢棄、轉運全周期標準操作流程，已形成70余份標準文件（表1）。通過試運行及修改調整，天壇腦血管病生物樣本庫已于2019年通過ISO9001認證。

2.2 腦血管病生物樣本庫建設配置 天壇腦血管病生物樣本庫已完成環境及軟、硬件配置投入，包括生物樣本庫處理、保存等基礎設備、設施，生物樣本出入庫管理系統，存儲設備溫度遠程監控系統等。

2.2.1 硬件投入 硬件設施包括工作環境及硬件設備。工作環境：自2009年10月啟動，逐步增加硬件設備投入，以滿足支撐課題生物樣本處理及保藏等需求。目前一期占地面積200 m2，二期擴建占地面積500 m2，最大容量可放置140臺超低溫冰箱保存設備，預計2021年6月投入使用。硬件設備：一期已投入樣本處理設備、樣本質控設備、樣本保藏設備、全血自動分裝儀、自動核酸提取儀等（表2）。所有低溫保存設備實現云平臺實時監控其溫度變化，以保障樣本保存條件穩定。

2.2.2 軟件開發 通過一系列的平臺建設工作，開發了腦血管病生物樣本管理軟件，通過樣本登記、空間定位、入庫、出庫、轉移、預警、查詢、統計等功能，對每一份樣本的儲存情況、實驗數據等進行嚴格的數據化管理，保障信息資源的完整性、真實性、可靠性及可溯源性（圖3）。對標本采集前后進行詳細信息的登記，包括樣本提供者自然信息、標本處理信息、標本使用信息等；信息采用統一的標準格式、可長期保存并多層面使用，并及時更新、檢查、保護。樣本數據標準化、完整、高質量，并可通過唯一標識碼實現與臨床數據信息、隨訪信息及統計數據處理軟件穩定轉換。

圖2 北京天壇腦血管病生物樣本庫標本處理標準操作流程

2.2.3 信息整合 生物樣本相關采集、處理、保藏及檢測數據均反饋至國家神經系統疾病臨床醫學研究中心大數據中心，結合腦血管病臨床研究信息采集平臺所收集的項目臨床數據，形成腦血管病臨床研究全面信息整合資源，用于開展腦血管病臨床及多組學研究。

表1 北京天壇腦血管病生物樣本庫質量管理體系標準化文件

2.3 腦血管病生物樣本庫在庫資源及產出 自2009年10月腦血管病生物樣本庫建成，截至目前已支撐腦血管病臨床研究22項，收集腦血管病病例生物樣本10.5萬人次，涵蓋多樣化的生物樣本，如血清、血漿、白細胞、DNA等，合計104萬余份。經過前期積累，自2012年起使用在庫樣本開展的腦血管病研究成果，先后于JAMA、Neurology、Stroke等國際學術期刊發表15篇SCI文章，成為一個集臨床數據與生物樣本于一體的科研資源平臺（圖4）[17-31]。

3 討論

腦血管病作為一種異質性很強的臨床綜合征，不同地域、不同民族之間存在較大差異，因此，有必要開發適合研究我國腦血管病人群遺傳與代謝特點、以病因學分型為基礎的創新藥物臨床信息與標本資源庫平臺，這必將縮短樣本收集時間，降低科研成本，為開展轉化醫學研究、藥物開發與評價研究提供資源平臺。

表2 北京天壇腦血管病生物樣本庫主要設備清單

圖3 北京天壇腦血管病生物樣本庫信息管理平臺

圖4 北京天壇醫院腦血管病樣本庫在庫資源概要

許多國家都在卒中登記的基礎上，進行了生物樣本庫的建立。如美國心臟病協會的“卒中——跟著指南走”項目，加拿大疾病預防與控制中心的國家急性卒中登記研究以及美國國立神經疾病與卒中研究院的急性卒中專項轉化型研究項目，均已經或正在建立各自的臨床數據庫以及影像中央數據庫。國內北京大學基于TOAST分型在房山社區建立了卒中登記。由于國家登記為多中心登記，因此，如何將臨床信息、樣本信息以及影像信息通過標準化的規則進行收集與保存成為各國資源樣本庫所面臨的挑戰。

目前，國內外腦血管病生物樣本庫主要存在以下不足：①人群異質性：如缺血性卒中為一種受多因素影響的綜合征，對其進行正確的分型是指導規范化治療的基礎，既往許多研究因未考慮不同缺血性卒中發病機制的異質性特征，導致研究結果的不穩定。②缺乏臨床和科研信息統一的數據收集系統：既往生物樣本庫多是為科研而專門制作的數據庫系統，這種做法的弊端，一是收集的信息不夠全面，收集的多是特定研究指定的信息，忽略了大量的臨床信息，使得數據庫更進一步的科研價值降低；另外一個弊端是方法學不當，僅僅為了科研而收集數據，必須投入專門的人力物力，使得收集數據的難度增加，成本加大，數據難以自然增長。③缺乏將臨床信息、樣本信息與影像信息整合的統一數據庫：目前許多生物樣本庫未能將臨床、樣本與影像信息有機整合，因此缺乏進一步高水平研究的資料，如無法將各種臨床表型和相應的標本資料獲得的基因型進行有效的關聯研究。

本研究中，天壇腦血管病生物樣本庫作為北京天壇醫院腦血管病臨床研究平臺的支撐部門之一，與臨床研究數據平臺緊密結合，一方面利用臨床病例系統整合收集科研數據的方法，不僅可以使科研數據收集更容易在臨床病例的常規收錄工作中實現，更重要的是為科研病歷提供了詳細的臨床診斷、治療、隨訪過程等資料，使數據庫價值大大增加；同時基于規范的臨床數據及生物樣本采集管理機制、嚴格的質量控制體系及標準的超低溫保存條件，建立涵蓋生物樣本采集、處理、存儲、廢棄、轉運全周期標準操作流程，提升了腦血管病多中心研究中各分中心生物樣本資源采集處理水平，收集了以多中心研究項目為主的生物樣本資源，推動了腦血管病多組學研究的發展，并促進了科研產出效率。目前，利用在庫生物樣本資源，已發表15篇SCI文章，對腦血管病個體化治療方案的制定及復發風險評估等做出重要貢獻[17-31]。

ISO9001認證并非生物樣本庫專用質量標準體系，隨著生物樣本庫建設的蓬勃發展，國際標準化組織于2018年8月正式發布了第一項生物樣本庫認可體系——生物樣本庫通用要求（ISO20387）。該體系規定了生物樣本庫能力、公正性、持續運行（含質量控制）的通用要求，為生物樣本庫的建設提供了更適合的參考標準和技術規范。我國也自2019年8月30日起實施《生物樣本庫質量和能力通用要求》（GB/T37864-2019，等同ISO20387），目前正在逐步落實過程中。隨著天壇腦血管病生物樣本庫于2020年升級為院級生物樣本庫，未來將涉及多病種、多種類生物樣本的處理及保藏工作，下一步將參照GB/T37864-2019標準，進一步完善質量管理體系運行，保障樣本質量、促進資源開發。

【點睛】規范化的腦血管病生物樣本庫能打造集臨床數據與生物樣本于一體的資源管理平臺，基于規范的臨床數據及生物樣本采集管理機制、嚴格的質量控制體系及標準的超低溫保存條件，充分利用腦血管病臨床資源，實現資源的有效整合、管理和共享。