Веб-репозиторий "БиоВитрина" — доступ к информации о биоресурных коллекциях

А. С. Букреева; К. А. Мальсагова; А. А. Изотов; А. В. Лисица; А. Л. Кайшева

doi:10.15829/1728-8800-2023-3720

Веб-репозиторий "БиоВитрина" — доступ к информации о биоресурных коллекциях

А. С. Букреева, К. А. Мальсагова, А. А. Изотов, А. В. Лисица, А. Л. Кайшева

https://doi.org/10.15829/1728-8800-2023-3720

Полный текст:

PDF (Rus) | HTML | XML |

сгенерировать QR код

Содержание

Перейти к:

Аннотация

Цель. Разработка веб-репозитория "БиоВитрина" для визуализации информации об имеющихся в организации образцах биологического происхождения (https://bb.ibmc.msk.ru).

Материал и методы. Использовался следующий набор инструментов: PostgreSQL 12, скриптовый язык программирования Python 3.8, Django 3.2.7, Angular 12.2.13, Nginx, Docker 3, Redis 6.

Результаты. Биологические образцы в каталоге систематизированы согласно международной классификации болезней 10 пересмотра (МКБ-10). После выбора наиболее подходящих под научную задачу биообразцов Пользователь имеет возможность оформить запрос на их получение. Необходимым условием для получения биологических образцов является последующая публикация результатов экспериментальных исследований в веб-репозитории "БиоВитрина". Такой обмен аналитическими результатами исследований позволит избежать повторения схожих исследований и будет способствовать сохранению материальных ресурсов.

Заключение. "БиоВитрина" разработана с целью оптимизации инфраструктуры биобанков организаций и обеспечения доступности информации об имеющихся у них биоресурных коллекций. Это позволит решить множество вопросов, связанных с использованием различных типов биоматериала, как в исследовательских, так и в клинических целях в области персонализированной биомедицины.

Ключевые слова

биологические образцы, биоколлекция, вебрепозиторий

Для цитирования:

Букреева А.С., Мальсагова К.А., Изотов А.А., Лисица А.В., Кайшева А.Л. Веб-репозиторий "БиоВитрина" — доступ к информации о биоресурных коллекциях. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2023;22(11):3720. https://doi.org/10.15829/1728-8800-2023-3720

For citation:

Bukreeva A.S., Malsagova K.A., Izotov A.A., Lisitsa A.V., Kaisheva A.L. BioVitrina web repository — access to data on bioresource collections. Cardiovascular Therapy and Prevention. 2023;22(11):3720. (In Russ.) https://doi.org/10.15829/1728-8800-2023-3720

Введение

Россия отличается развитой структурой научных учреждений, ведущих фундаментальные и прикладные исследования по важнейшим проблемам в области медицинских и биологических наук, а также в смежных областях науки; их деятельность направлена на сохранение здоровья, улучшение качества и продолжительности жизни человека.

Актуальным в научной среде является вопрос о необходимости развития биобанков, поскольку медико-биологические исследования основаны на анализе клинической информации и данных, полученных при изучении биологических образцов различными методами [1]. Сбор коллекции биообразцов, необходимых для выполнения исследований, продолжителен, сложен и зависит от налаженного контакта с профильной клиникой, ее заинтересованности в сборе, хранении и транспортировке биообразцов.

Биобанк — это новая институция, функционирующая на стыке науки, технологий и бизнеса. Технологическая компонента биобанков связана с организацией специальной инфраструктуры. Например, долгосрочная криоконсервация биологических образцов требует специализированных способов хранения: морозильные камеры глубокого холода, систем хранения в жидком азоте [2]. Сбор и архивирование информации, полученной в результате проведения аналитических исследований с использованием биологического материала, также требует инфраструктуры информационного сопровождения [3]. Благодаря широкому использованию новых технологических платформ увеличилось количество результатов "омикс"-исследований, что требует модернизации систем управления биобанками и их функциональной совместимости для последующих исследований [4]. В настоящее время процессы научно-исследовательской деятельности подвергаются влиянию глубоких трансформаций, обусловленных развитием информационных технологий. Одним из перспективных направлений в этой области является цифровизация процессов, реализуемых в ходе научных исследований.

Одна из функций биобанков — обеспечение возможности получения биологических образцов для проведения научных исследований. Однако в настоящее время не существует биобанка, который бы предлагал пользователю полноценный интерфейс, позволяющий получить доступ к аннотированной информации о биологических образцах, сформировать и получить выборку, отвечающую целям исследования в режиме "онлайн" (таблица 1).

Таблица 1

Сравнительная характеристика некоторых биобанков РФ

Биобанк	Описание	Состав коллекции	Доступ к аннотированной коллекции биобанка	Регистрация пользователя	Оформление запроса		Публикация результатов исследования
Биобанк	Описание	Состав коллекции	Доступ к аннотированной коллекции биобанка	Регистрация пользователя	на получение биообразцов	на предоставление биообразцов	Публикация результатов исследования
ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России (https://gnicpm.ru/scientific-directions/biobank.html)	Сбор и хранение образцов крови и ее производных в ходе крупномасштабных эпидемиологических исследований	Цельная кровь, сыворотка и плазма крови	Ограничен/по запросу	–	+	–	–
Биобанк Северной Евразии (https://xn--80aba1amre.xn--p1ai/)	Популяционный биобанк (хранение биообразцов представителей коренных этнических групп)	Образцы ДНК, крови, слюны, тканей, клеток и др.	–	–	+	+	–
ООО "Национальный БиоСервис" (https://nbioservice.com/)	Проекты в области поиска, обработки, анализа и хранения биологических материалов	Производные образцов тканей и биологических жидкостей	Ограничен/ по запросу	+	+	–	–
Веб-репозиторий "БиоВитрина" (Биобанк ИБМХ)	Сбор и хранение биообразцов, аннотирование, обмен результатами исследований	Образцы мочи, сыворотки и плазмы крови, биоптаты тканей	+	+	+	+	+
Национальный банк-депозитарий живых систем "Ноев Ковчег" (https://human.depo.msu.ru/#)	Исследовательский банк-депозитарий биологического материала живых организмов	Биообразцы человека, растений, животных, микроорганизмов	+	+	нет данных	нет данных	–
Биоресурсная коллекция клеточных линий и первичных опухолей (ФГБУ "НМИЦ онкологии им. Н. Н. Блохина" Минздрава России) (https://www.ronc.ru/about/struktura/niiedito/bioresursnaya-kollektsiya-kletochnykh-liniy-i-pervichnykh-opukholey/)	Характеризация образцов в соответствии с международными стандартами (молекулярное фенотипирование генетические, исследования и др.)	Опухолевые и неопухолевые клеточные линии, перевиваемые опухолевые штаммы, образцы первичных опухолей и тканей, трехмерные клеточные культуры и гибридомные клоны	–	–	–	–	–

Примечание: ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота,
ИБМХ — ФГБНУ "Научно-исследовательский институт
биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича".

В России многие организации несмотря на то, что располагают редкими и/или уникальными коллекциями, предоставляют ограниченную информацию о сформированных биобанках: чаще всего пользователю известно о наличии биорепозитория, но подробной информации о нем в открытых источниках нет. К таким организациям можно отнести ФГБУ НМИЦ АГП им. В. И. Кулакова Минздрава России, ФГБУ "НМИЦ кардиологии" Минздрава России, ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И. М. Сеченова Минздрава России, ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России, ГБУЗ Республиканский медико-генетический центр и т.д.

При этом, стоит отметить, что в настоящее время актуальным является деятельность, направленная на создание национальной информационной платформы биобанков РФ, объединяющей сведения о существующих биобанках и данные о биоресурсных коллекциях [5].

В рамках проекта Научного центра мирового уровня "Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение" на базе Научно-исследовательского института биомедицинской химии им. В. Н. Ореховича (ИБМХ) активно разрабатывается и внедряется инновационный веб-доступный репозиторий "БиоВитрина".

"БиоВитрина" сочетает эффективные инструменты для цифровизации и управления биообразцами, а также способствует формированию обширного кооперативного пространства для обмена знаниями и опытом между различными научно-исследовательскими учреждениями. К основным преимуществам веб-репозитория относятся возможность:

формирования выборки биообразцов для планирования исследовательской работы и оформления запроса на ее получение;
надежного хранения и систематизации результатов аналитических измерений.

В настоящей статье более подробно рассмотрим концепцию и функциональные возможности платформы, а также перспективы повышения качества научных исследований и кооперации между различными медико-биологическими учреждениями.

Материал и методы

Набор инструментов, использованных при разработке репозитория, включал базу данных с открытым исходным кодом PostgreSQL версия 12 (https://www.postgresql.org/about/news/postgresql-12-released-1976/), высокоуровневый язык программирования общего назначения Python версия 3.8 (https://www.python.org/downloads/release/python-380/), свободную программную платформу Django версия 3.2.7 для веб-приложений на языке Python (https://www.djangoproject.com/), программную платформу JavaScript для создания приложений Angular 12.2.13, программное обеспечение для создания веб-сервера Nginx (версия ИБМХ), открытую платформу для разработки, доставки и эксплуатации приложений Docker 3, резидентную систему управления базами данных класса NoSQL с открытым исходным кодом Redis 6.

Дизайн Платформы выполнен в едином графическом стиле. В навигационной панели системы используется цветовая палитра, представляющая градиент цвета от светло-голубого к темно-голубому. В качестве основного шрифта используется шрифт Gilroy в различных начертаниях.

Результаты

Организация веб-репозитория

Веб-репозиторий "БиоВитрина" предназначен для визуализации информации об имеющихся в организации образцах биологического происхождения и сочетает пополняемую базу данных биообразцов, аннотированных по клиническим, антропометрическим и биохимическим показателям.

Платформа имеет модульную структуру и состоит из отдельных функциональных программно-технологических модулей, представляющих собой текст кода на встроенном языке программирования. Все модули веб-репозитория имеют единый механизм управления, контроля безопасности и разграничения доступа пользователей к данным и функционалу.

Навигация пользователя между разделами веб-репозитория осуществляется посредством панели, закрепленной в левой верхней части интерфейса. Навигационная панель содержит в себе перечень всех страниц для быстрого перехода.

На главной станице зарегистрированный Пользователь может ознакомиться с полным каталогом, содержащим сведения о биообразцах. В каталоге биообразцы классифицированы по группам заболеваний согласно международной классификации болезней десятого пересмотра (МКБ-10) (рисунок 1).

Рис. 1 Каталог биологических образцов в веб-репозитории "БиоВитрина".

Возможности веб-репозитория

Веб-репозиторий "БиоВитрина" предоставляет Пользователю доступ к аннотациям биообразцов, имеющихся в коллекции биобанка, и к результатам аналитических исследований (рисунок 2).

Рис. 2 Аннотации биологических образцов, представленных в каталоге
на примере заболеваний группы "Новообразования".

Кроме того, аннотированную информацию о биологическом образце Пользователь может просмотреть на отдельной странице "Карточка биообразца" (рисунок 3).

Рис. 3 Страница "Карточка биообразца".

В случае, если биологический образец был использован в аналитических исследованиях, Пользователь имеет возможность ознакомиться с результатами этих исследований.

Оптимизацию поиска биологических образцов обеспечивают инструменты фильтрации и сортировки. После составления экспериментальной выборки Пользователь может оформить запрос на получение выбранных биообразцов, при этом станет доступна детальная информация о способе их получения.

Биологические образцы предоставляются Пользователям безвозмездно, однако обязательным условием для их получения является последующая публикация результатов экспериментальных исследований в веб-репозитории "БиоВитрина", либо предоставление международного цифрового идентификатора научной публикации (doi), в которой эти результаты представлены.

Помимо реализации интерфейса для Пользователей, веб-репозиторий обеспечивает специфичную функциональность, позволяющую донору ознакомиться с результатами исследований, полученными при использовании его биоматериала. Для этой цели был организован личный кабинет донора, доступ к которому осуществляется при использовании индивидуального идентификационного номера, присвоенного донору при его обращении в медицинское учреждение (рисунок 4). Такой механизм обеспечивает хранение данных в платформе в анонимизированном виде, сохраняя доступность этих данных для донора и его лечащего врача.

Рис. 4 Интерфейс для получения информации о результатах исследований для донора.

По желанию держателей биобанков предусмотрена возможность внутренней регистрации организации на платформе веб-репозитория. Это открывает доступ сотрудникам биобанка к полному функционалу веб-репозитория, а также обеспечивает возможность представления на платформе "БиоВитрина" собственной биоресурсной коллекции. При этом мониторинг заказов и процедур, связанных с образцами, возлагается на представителей организации-держателя биобанка.

Пополнение базы данных

Процесс пополнения репозитория новыми биологическими образцами осуществляется посредством загрузки файлов в формате "xls". В этом контексте требуется, чтобы загружаемый файл содержал сведения, характеризующие каждый биообразец. Предварительно сведения, содержащиеся в файле, необходимо добавить в раздел "Модерация словарей". Сведения о новом биообразце ранжированы на обязательные: "патология", "тип биоматериала", "пол", "возраст", "организация", "уникальный код" (barcode), "количество образца" и дополнительные: клинические, биохимические, социо-демографические данные и проч.

Кроме того, в разделе "Модерация словарей" Пользователи имеют возможность удалять или редактировать сведения, характеризующие биологический образец. Этот подход позволяет настраивать систему в соответствии с аннотациями, предоставленными клиническими партнерами при получении биоматериала.

Доступность платформы

На сегодняшний день платформа предоставляет возможность регистрации всех заинтересованных лиц на сайте https://bb.ibmc.msk.ru. Для этого необходимо заполнить форму регистрации, в которой указываются данные об организации или Пользователе. Для обеспечения безопасности и аутентификации пользователей, процедура регистрации подвергается надлежащей проверке.

После этого заявка на регистрацию подтверждается со стороны администрации веб-репозитория. Данный этап обеспечивает контроль и учет организаций, участвующих в экосистеме "БиоВитрина".

В целом, открытый веб-репозиторий "БиоВитрина" является важным инструментом для поддержания научных исследований, способствует обмену знаний, сотрудничеству и координации между научными организациями и их сотрудниками, что способствует созданию более открытой и устойчивой среды для научных исследований.

Заключение

Цифровизация научных процессов становится все более важной составляющей современной научной практики. "БиоВитрина" разработана с целью оптимизации инфраструктуры биобанков организаций и обеспечения доступности информации об имеющихся у них биоресурных коллекций. Это позволит решить множество вопросов, связанных с использованием различных типов биоматериала, как в исследовательских, так и в клинических целях в области персонализированной биомедицины.

Отношения и деятельность. Работа выполнена в рамках проекта по созданию и развитию научных центров мирового уровня "Цифровой дизайн и персонализированное здравоохранение" при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (соглашение № 075-15-2022-305).

Список литературы

1. Гутор C. С., Энглевский Н. А., Прокудина Д. В. и др. Банк биологического материала: информационное сопровождение и физическое воплощение. Врач и информационные технологии. 2013;4:319.

2. Jang TH, Park SC, Yang JH et al. Cryopreservation and its clinical applications. Integrative Medicine Research. 2017;6(1):128. doi:10.1016/j.imr.2016.12.001.

3. Lehmann S, Guadagni F, Moore H, et al. International Society for Biological and Environmental Repositories (ISBER) Working Group on Biospecimen Science. Standard preanalytical coding for biospecimens: review and implementation of the Sample PRE analytical Code (SPREC). Biopreserv Biobank. 2012;10(4):36674. doi:10.1089/bio.2012.0012.

4. Mitchell C, Gramatiuk S, Sarkisian T, et al. Biobanking IT Systems, Database Structure and Web Applications. In: Sargsyan K, Huppertz B, Gramatiuk S, ed. Biobanks in Low and Middle Income Countries: Relevance, Setup and Management. Springer, Cham. 2022. pp. 8189. doi:10.1007/9783030876371_12.

5. Мешков А. Н., Ярцева О. Ю., Борисова А. Л. и др. Концепция национальной информационной платформы биобанков Российской Федерации. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2022;21(11):3417. doi:10.15829/1728880020223417.