Биобанкирование в стационаре многопрофильного научного медицинского центра как потенциал для широкого спектра научных исследований. Часть I. Организационно-методические аспекты

Введение

Проведение крупномасштабных исследовательских проектов в области биомедицинских наук, связанных с использованием биоматериала, на сегодняшний день неразрывно связано с применением технологий биобанкирования. Они позволяют обеспечить высокий уровень стандартизации пробоподготовки, четкое отслеживание всех условий транспортировки, долгосрочное ответственное хранение биообразцов, сопровождающееся мониторингом необходимой температуры и других параметров. Создание и использование коллекций биоматериала в биобанках в значительной степени повышает качество исследований и сокращает время их проведения.

Поиск новых биомаркеров различных заболеваний, в т.ч. генетических, требует исследования больших массивов данных. Перспективным в данном направлении является создание в биобанках многопрофильных научно-медицинских центров крупномасштабных коллекций биообразцов пациентов и объединение баз данных (БД) биобанка с электронными историями болезни (ЭИБ). Обеспечить масштабность сбора позволяет сведение к минимуму условий включения пациентов/участников в исследование. Примерами являются коллекции, формируемые по принципу места проживания участников: проект deCODE Genetics (Исландия), Qatar Biobank (Катар), UK Biobank (Великобритания), Estonian Biobank (Эстония); коллекции биобанков крупных клинических центров: биобанк клиники Mayo (США), биобанк Медицинского университета Грац (Австрия) [1-7].

В ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России накоплен большой опыт проведения различных видов исследований, предполагающих сбор, пробоподготовку и дальнейшее ответственное хранение биообразцов и ассоциированной с ними информации: эпидемиологических — от репрезентативной выборки населения РФ, клинических — направленных на изучение конкретных заболеваний, фундаментальных и прикладных научных проектов [8-11]. Одно из исследований было запланировано в рамках государственного задания "Разработка интегрированных систем прогнозирования в персонализированной медицине". Данная работа предполагает проведение сплошного биобанкирования крови и ее производных от всех пациентов стационарных отделений ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России и создание БД, объединяющей информацию по биообразцам, результаты опросников, заполненных пациентами, клинические и другие виды данных, имеющихся в ЭИБ пациентов [12][13].

Реализация такого исследования потребовала решения следующих задач: разработка методологии и логистики процесса биобанкирования; разработка всех необходимых инструкций и стандартных операционных процедур (СОП); модернизация и оптимизация функций медицинской информационной системы (МИС) и ее связи с программным обеспечением биобанка; обучение всех исполнителей проекта.

Цель работы — разработка алгоритма и организация сплошного биобанкирования образцов цельной крови, сыворотки и плазмы крови пациентов стационара ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России для создания подробно аннотированной благодаря интеграции ЭИБ и БД биобанка коллекции биообразцов.

Материал и методы

В исследование включаются все пациенты, поступающие в стационар ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России в отделения разного профиля — терапевтическое, кардиологическое, неврологическое, отделение неотложной кардиологии, отделение рентгенхирургических методов диагностики и лечения, отделение хирургического лечения сложных нарушений ритма сердца и электрокардиостимуляции, отделение сосудистой хирургии, отделение медицинской реабилитации взрослых пациентов с соматическими заболеваниями, отделение реанимации и интенсивной терапии. Всем пациентам предлагается подписать информированное согласие (ИС) на биобанкирование образцов крови и ее производных с целью долговременного хранения и использования их неограниченное время в научных целях, в т.ч. третьей стороной. Биобанкирование проводят только для пациентов, подписавших ИС. Клиническая информация собирается и сохраняется с помощью МИС "Медиалог", в которой персональные данные связаны с идентификационным номером (ID) пациента. Биобанкирование крови и ее производных осуществляется в лаборатории "Банк биологического материала" в соответствии с разработанными и утвержденными СОП. От каждого пациента сохраняется по 12 аликвот сыворотки и плазмы крови, а также 1 пробирка цельной крови с калиевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (К₂ЭДТА) (температура хранения -72º С и -32º С, соответственно). Информация о биообразцах (дата получения, тип биоматериала, объем, особенности пробоподготовки), связанная с ID пациентов, а также координаты расположения образцов в хранилище, содержатся в БД биобанка на платформе FreezerPR O.

Процесс биобанкирования в Биобанке ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России соответствуют требованиям международных стандартов ISO 9001:2015 "Система менеджмента качества. Требования", ISO 20387:2018 "Биотехнологии. Биобанкинг. Общие требования". В разработке и оптимизации алгоритмов сплошного биобанкирования принимали участие научные сотрудники, программисты, юристы и члены независимого этического комитета ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России.

Результаты и обсуждение

Для выполнения исследования необходимо было организовать процесс биобанкирования образцов крови и ее производных от всех пациентов, поступающих в стационар ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России, создать алгоритм действий на всех этапах.

Подготовительные работы для реализации сплошного биобанкирования

Чтобы провести биобанкирование, необходимо подписать документы, позволяющие соблюсти этико-правовые нормы и требования и только тогда включать каждого пациента в исследовательский проект [14][15]. Ключевой документ, обеспечивающий возможность использования биоматериала и ассоциированных с ним данных в текущих и будущих научных исследованиях — подписанное пациентом добровольное ИС. При планировании исследования разработанная форма ИС была согласована с юридическим отделом ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России и утверждена локальным Этическим комитетом. ИС в рамках сплошного биобанкирования содержит информацию о целях и задачах биобанкирования, пункты о добровольности предоставления биоматериала только для научно-исследовательских и образовательных целей неограниченное время, в т.ч. третьей стороне, и обязательствах организации по хранению всех данных пациентов в условиях соблюдения конфиденциальности. Для МИС "Медиалог", применяемой в ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России, программистами была разработана дополнительная опция автоматического формирования ИС при регистрации каждого пациента для подписания в приемном отделении.

Создание коллекции крови и ее производных в биобанке представляет собой последовательное регламентированное выполнение этапов взятия крови в пробирки-вакутейнеры, их транспортировки в лабораторию биобанка, регистрации поступивших в биобанк пробирок и сопроводительной документации, центрифугирования (пробоподготовки), создания таблицы соответствия уникального ID пациента и штрих-кодов криопробирок для автоматического аликвотирования сыворотки и плазмы крови, аликвотирования, замораживания полученных биообразцов и внесения ассоциированной с ними информации в БД биобанка: ID пациента, дата получения, вид биоматериала, объем образца, особенности пробоподготовки, координаты расположения каждой аликвоты в хранилище.

С учетом ожидаемого высокого потока пациентов (в среднем 32 человека в день) и потребности в оптимизации площадей хранения (использование криопробирок объемом 1 мл с узким горлом), а также для обеспечения стандартизации этапа аликвотирования биоматериала, в рамках подготовки к проведению исследования ранее была проведена работа по разработке и валидации метода автоматизированного аликвотирования на приборе Tecan Freedom Evo [12].

Разработано программное обеспечение, объединяющее БД о пациентах, формирующуюся в МИС "Медиалог" при заполнении ЭИБ, и БД биобанка с подробной информацией о биообразцах (результат интеллектуальной деятельности "Программное обеспечение для обмена данными между медицинской информационной системой и биобанком", свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023666507).

Создан и детализирован алгоритм действий всех сотрудников, вовлеченных в реализацию проекта. С целью стандартизации процесса сплошного биобанкирования была разработана СОП, которая содержит подробное описание всех этапов биобанкирования: от включения пациента в проект и его регистрации в МИС до описания правил и условий обработки полученного биоматериала и внесения ассоциированных с ним данных в БД биобанка.

Проведено обучение исполнителей проекта: серия инструктажей с использованием разработанных СОП и учебных материалов (презентации) для врачей и процедурных медсестер стационарных отделений.

Алгоритм сплошного биобанкирования

Этап 1. В приемном отделении

В соответствии с реализацией разработанного плана процесса сплошного биобанкирования на первом этапе в приемном отделении ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России проходит процедура подписания пациентом ИС. Специально обученный медицинский сотрудник приемного отделения, входящий в команду проекта, рассказывает пациенту о целях исследования, предоставляет бланки ИС для подписания и отвечает на все возникающие у пациента вопросы. В случае подписания ИС пациент становится участником проекта, в случае отказа пациента биобанкирование его образцов крови не осуществляется.

Этап 2. В отделении стационара

На следующем этапе ответственный медицинский сотрудник в конце рабочего дня анализирует в МИС "Медиалог" список поступивших в отделение пациентов, проверяет факт наличия подписанного ИС на биобанкирование, уточняет, не был ли кто-то из пациентов включен в исследование ранее; согласно полученному итоговому списку пациентов формирует на каждого поступившего и подписавшего ИС комплект, включающий талоны-направления на процедуру взятия крови для биобанкирования и набор необходимых для этого пробирок (рисунок 1). Талон на проведение биобанкирования содержит следующую информацию: ID пациента и его дату рождения, номер его медицинской карты и номер талона, тип и количество первичных пробирок-вакутейнеров для взятия крови, фамилия, имя, отчество исполнителей процедур и дату оформления талона. Общий объем крови от одного человека составляет 20,5 мл и включает взятие в следующие пробирки-вакутейнеры: 2 пробирки по 4 мл с К₂ЭДТА с сиреневой крышкой для получения образцов цельной крови для генетических исследований и образцов плазмы; 1 пробирку с желтой крышкой объемом 8 мл для получения образцов сыворотки и 1 пробирку с голубой крышкой объемом 4,5 мл с цитратом натрия для получения образцов плазмы.

Присвоение ID каждому участнику исследования происходит при регистрации пациента в МИС "Медиалог", этот номер отображается в талоне-направлении на биобанкирование. Именно под этим ID для обеспечения деперсонализации биообразцы регистрируются впоследствии в БД биобанка. Дополнительно там же фиксируется номер талона на биобанкирование для привязки конкретных биообразцов к конкретному визиту пациента.

Врач, ответственный за биобанкирование, передает процедурной медсестре в отдельном файле полный пакет документов для одного пациента (талон-направление на биобанкирование и ИС), а также подготовленные маркированные ID пробирки-вакутейнеры. На рисунке 2 отражен комплект пробирок на одного пациента.

Этап 3. В процедурном кабинете

На следующее утро процедурная медсестра осуществляет забор крови согласно оформленным накануне документам. Забор крови проводится натощак, выполняется при помощи вакуумной системы, чаще всего совместно с забором крови для проведения плановых анализов (т.е. в большинстве случаев дополнительной венепункции не требуется).

Этап 4. В биобанке

После взятия крови в процедурном кабинете стационарного отделения пробирки доставляют в течение не >30 мин в лабораторию биобанка. В рамках пробоподготовки проводят центрифугирование крови в течение 15 мин при 1200 g, затем сразу аликвотируют сыворотку и плазму крови в соответствующие криопробирки. Программное обеспечение робота-аликвотера Tecan Freedom Evo позволяет в автоматическом режиме связать ID с первичных пробирок-вакутейнеров, тип биоматериала и штрих-коды криопробирок, подготовленных для аликвотирования сыворотки и плазмы крови и расставленных по запрограммированной схеме.

В соответствии с разработанным дизайном исследования из первичных пробирок с биоматериалом от одного пациента на автоматическом роботе-аликвотере получают аликвоты сыворотки (6 криопробирок по 500 мкл), плазмы с К₂ЭДТА (3 криопробирки по 500 мкл) и плазмы с цитратом натрия (3 криопробирки по 500 мкл). Сыворотку и плазму крови сразу после аликвотирования замораживают и хранят при температуре -72º С. Цельную кровь замораживают после регистрации и хранят при температуре -32º С [16].

Каждая криопробирка с биоматериалом своим уникальным штрихкодом связана с информацией о биообразце (тип, объем и др.) и с ID пациента в БД биобанка на платформе программы FreezerPR O. Благодаря разработанному "Программному обеспечению для обмена данными между медицинской информационной системой и биобанком" при работе с ЭИБ в МИС исследователи могут получать доступ к информации о хранящихся в биобанке образцах, необходимых для запланированных исследований. Необходимо отметить, что сотрудники биобанка не имеют доступа к персональным данным пациентов.

Этапность выполнения сплошного биобанкирования представлена в блок-схеме (рисунок 3).

Биобанк ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России осуществляет сбор образцов и данных в рамках сотрудничества с различными научными подразделениями центра [8]. Общее число исследовательских проектов, коллекции биообразцов которых хранятся в Биобанке, составляет 51, при этом в настоящее время сбор биоматериала ведется по 18 текущим проектам. Так, по проекту "Интересные случаи" с 2016г в центре собирали коллекцию биообразцов по разработанным критериям включения (17 групп). Поиск потенциальных участников исследования научные сотрудники и врачи проводили путем изучения историй болезни всех госпитализированных пациентов, что требовало значительных временных затрат. Организация сплошного биобанкирования позволила сократить и оптимизировать биобанкирование в рамках этого и ряда других проектов, обеспечив оптимизацию ресурсов как материально-технических, так и временных.

Практика сбора биологических образцов сплошным методом и формирование масштабных баз данных, так называемых, больших данных, в научно-клинических центрах пока не имеет широкого распространения ввиду потребности в значительных финансовых затратах, связанных в т.ч. с разработкой эффективных инструментов сбора, хранения, поиска и анализа данных, ассоциированных с биообразцами, однако имеет большой потенциал для исследований в области омиксных технологий, персонализированной медицины и разработки новых диагностических систем и биотехнологических продуктов [17-19].

Заключение

В результате проведенной работы разработан и внедрен в практику алгоритм сплошного биобанкирования биоматериала и данных стационарных пациентов, согласно которому в настоящее время ведется сбор коллекции образцов цельной крови, сыворотки и плазмы в ФГБУ "НМИЦ ТПМ" Минздрава России. Ценность биообразцов обусловлена связанными с ними обширными биомедицинскими данными. Создано специальное "Программное обеспечение для обмена данными между медицинской информационной системой и биобанком", объединяющее БД МИС "Медиалог", лабораторной информационной системы и биобанка, благодаря чему в рамках сплошного биобанкирования формируется масштабная коллекция подробно аннотированных биообразцов, интегрированная с ЭИБ, включающими широкий набор данных о пациенте (клинических, инструментальных, лабораторных, социально-демографических). Создаваемая коллекция биообразцов может быть использована для широкого спектра различных научных исследований, давая возможность формировать выборки пациентов по необходимым критериям, реализовывать сотрудничество с внешними научно-исследовательскими организациями. Разработанный алгоритм сплошного биобанкирования в стационаре может быть использован в различных медицинских центрах, оснащенных биобанками.

Отношения и деятельность. Работа проводилась в рамках государственного задания "Разработка интегрированных систем прогнозирования в персонализированной медицине" № 121021700364-1.