В настоящее время по мнению ведущего Международного общества биологических и экологических репозиториев ISBER (International Society for Biological and Environment Repositories), сформированного в 1999г, биобанк определяется как официально физически или виртуально существующее учреждение, которое может собирать, обрабатывать, хранить и распространять биологические образцы, а также ассоциированную с ними клиническую информацию [1]. Деятельность более тысячи биобанков во всем мире координируется международными, региональными и национальными организациями. В свою очередь, сами коллекции биологических образцов разделяют по типу биоматериала, популяции, стадии и степени всевозможных заболеваний на основе клинических данных пациентов [2].

Например, в Европе находится одна из ведущих организаций в области биобанкирования — EPMA (European Association for Predictive, Preventive & Personalised Medicine), которая представлена в 54 странах мира и активно продвигает проекты по персонализированной медицине [3][4]. Известно, что самое большое количество — 636 биобанков — располагается на территории США [5]. В то же время в Европе работает сеть биобанков BBMRI-ERIC (Biobanking and BioMolecular resources Research Infrastructure — European Research Infrastructure Consortium), которая включает 325 биобанков из 20 стран Европы, а также организация EuroBioBank (eurobiobank.org), которая объединяет 22 биобанка. В Азии находится Национальный биобанк Кореи (NBK — National Biobank of Korea), который интегрирован с 17 региональными корейскими биобанками. В России создана Национальная Ассоциация Биобанков и Специалистов по биобанкированию (НАСБИО, nasbio.ru), которая насчитывает >30 биобанков, среди которых и биобанк ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России.

Биобанк ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России работает в соответствии с рекомендациями по организации структуры биорепозиториев и этическими требованиями последнего издания "Передовых практик ISBER" и на основе стандарта ISO 9001 [6][7] (рисунок 1). Таким образом, биобанк ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России представляет собой отдельную инфраструктуру с большими сложными коллекциями биологических образцов, дополненных обширными и хорошо аннотированными клиническими и патологическими данными о пациентах, включая медицинские изображения, патологическую гистологию и молекулярный анализ биообразцов. Коллекции образцов криохранилища формируются в зависимости от задач и проектов ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России [8].

В настоящее время в Биобанке ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России хранится ~15 тыс. образцов различного биоматериала, в т.ч. постоянные и первичные клеточные культуры, образцы свежезамороженных первичных опухолей рака, кровь и микробиота от пациентов с опухолями различной нозологии.

Все клеточные линии, которые содержатся в нашем биобанке свободны от контаминантов и культивируются без антибиотиков. В коллекцию входит 26 постоянных клеточных линий человеческого происхождения различных нозологий (рисунок 2), а также некоторые первичные клеточные линии.

Для создания первичных культур лаборатория клеточных технологий получает от клинических подразделений послеоперационный материал, отобранный в ходе удаления опухоли, с соблюдением следующих условий: доля опухолевых клеток в образце не <20%; соблюдение временно́го интервала заморозки образца в жидком азоте не более 20 мин с момента экстракции образца в операционной. В зависимости от патологии применяют либо метод первичных эксплантатов, либо ферментативной диссоциации или механической дезагрегации [9] (рисунок 3).

Наряду с этим мы депонировали для коллекции первичных опухолей гистологически верифицированные парные образцы замороженных биоптатов рака молочной железы, колоректального рака, рака желудка, поджелудочной железы, пищевода, легкого, а также редкие коллекции миеломы и детских солидных опухолей различной локализации [8].

Кроме того, благодаря совместной работе клинических и научных подразделений, собраны редкие коллекция биообразцов микробиоты у пациентов с диагнозом рак легкого и коллекция периферической крови у женщин с множественной миеломой [10] для изучения патогенетических механизмов канцерогенеза и поиска новых молекулярно-генетических предикторов.

Таким образом, на основе собранных коллекций в ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России были проведены научные исследования в области биомедицины и клеточных технологий, некоторые результаты которых описаны ниже.

На базе фонда коллекций первичных клеточных линий исследовали энергетический фенотип клеток линий рака молочной железы. В качестве материала для исследования использовали природное соединение берберин из корней растений рода Berberis sp. и клеточные линии рака молочной железы BT20, BT474 и MDA-MB-453. Клетки выращивали в питательной среде DMEM (Gibco, США) с добавлением 10% фетальной сыворотки коров (ФСК) (HyClone, США) при 37° C и 5% СО2. Исследование энергетического фенотипа проводили на анализаторе внеклеточных потоков Seahorse XFp Analyzer (Agilent, США) с использованием набора Seahorse XFp Cell Energy Phenotype Test (Agilent, США) согласно протоколу производителя. В результате исследования впервые было обнаружено, что помимо угнетения клеточного дыхания берберин вызывает снижение гликолитического резерва клеток рака молочной железы. Исходя из этого, берберин способствует формированию низкоэнергетического фенотипа с пониженной способностью сопротивляться стрессовым воздействиям, что делает это соединение перспективным адъювантом в химиотерапии рака молочной железы [11].

Еще одним направлением явилось изучение цитотоксического действия онколитических неклассифицированных ротавирусов группы К на культуры клеток T98G и U87MG in vitro. В исследовании были использованы штаммы ротавирусов, ранее выделенные в Ростовском институте микробиологии и паразитологии, получившие рабочее название ротавирусы группы К (RVK). Штаммы были охарактеризованы как ротавирусные с помощью электронно-микроскопических, серологических и генетических методов, аттенуированы и в настоящее время являются апатогенными [12]. Онколитическое действие RVK штаммов № 100 и № 228 определяли в цитотоксическом тесте с МТТ на двух клеточных линиях глиом U87MG и T98G. Результаты анализа уровня апоптоза в культуре клеток U87MG в контроле и после воздействия RVK показали, что в концентрации вирусных частиц 107 частиц/мл доля клеток на поздней стадии апоптоза увеличивалась в 1,9 раза по сравнению с контролем (23,3 и 12,4%, соответственно). В ходе настоящего исследования была обнаружена разная чувствительность культур глиом к исследованным ротавирусным штаммам, а также разная активность этих штаммов с более выраженным литическим действием RVK на клетки U87MG. В связи с этим мы отметили онколитический эффект штаммов RVK на клетки U87MG [13].

Наряду с этим исследовали микросателлитную нестабильность первичных клеточных линий низкодифференцированных глиальных опухолей на разных пассажах. Микросателлитный анализ был выполнен на первичных культурах анапластической астроцитомы и глиобластомы с использованием следующих маркеров: D17S250, D2S123, D5S346, NR21, NR24, NR27, BAT25, BAT26 методом полимеразной цепной реакции (ПЦР). В первичной культуре клеток анапластической астроцитомы после 6-го пассажа наблюдалось изменение в локусе D17S250 (148-148/148-152) по сравнению с первичным материалом опухолевой ткани пациента. Было показано, что первичные клеточные линии глиобластомы являются генетически более стабильными в сравнении с первичными клеточными линиями анапластической астроцитомы [14].

Кроме того, в рамках проекта по созданию персонифицированной 3D модели микроокружения опухоли были протестированы методы висячей капли и 3D принтинга. В первом случае оценивали возможность применения покрытия из силиконового эластомера (СИЭЛ) 159-330 (Россия) для модификации метода висячей капли. Для этого изучили цитотоксические свойства покрытия СИЭЛ 159-330 и его влияние на процесс формирования клеточных сфероидов в висячей капле, а материалом для исследования были клетки культуры рака молочной железы BT-474. В результате эксперимента было показано, что в процессе образования клеточного сфероида в висячей капле покрытие СИЭЛ 159-330 по сравнению с полистиролом способствует ускоренной агрегации клеток в нижней части капли. Кроме того, образующиеся на покрытии из СИЭЛ 159-330 сфероиды обладают более компактной структурой и механической прочностью, что делает их более устойчивыми к манипуляциям и дает возможность использовать СИЭЛ 159-330 в 3D-культурах клеток редких и малочисленных клеточных популяций, например, стволовых клеток опухоли или минорных субпопуляций лимфоцитов [15].

Для создания 3D моделей микроокружения опухоли рака молочной железы тестировали условия и режимы печати конструктов, состоящих из инкапсулированных опухолевых клеток постоянных клеточных линий рака молочной железы BT-20 и MDA-MDB474. В настоящем исследовании использовали метод экструзионной 3D печати на биопринтере BIO X (Cellink, США) с биочернилами на основе альгината и метакрилата желатина GelMa. Напечатанные конструкты полимеризировали двумя способами: химическим или фотоотверждением. В результате удалось спроектировать квадратные, 3-слойные конструкты с инкапсулированными клетками рака молочной железы из биочернил GelMa с помощью фотоотверждения, которое способствовало сохранению клеточной морфологии, приближенной к наблюдаемой in vivo [16].

В качестве ближайших планов — создание конструктов микроокружения опухоли с использованием первичных клеточных линий различных нозологий. Кроме того, есть стремление к созданию гетерогенных конструктов с использованием различных типов клеток в зависимости от патологии.

В перспективе планируется создание in vivo подобной тест-системы для оценки эффективности противоопухолевых лекарственных препаратов, обладающей свойствами опухоли, за счёт воспроизведения in vitro взаимодействий первичных клеточных культур рака и клеток микроокружения опухоли (рисунок 4).

В таких моделях, наряду с повторением клеточного состава первичной опухоли, воспроизводятся и химические градиенты, играющие важную роль в процессах устойчивости клеток опухоли к лекарственной терапии, а также взаимодействие с локальным и системным иммунитетом. Тест-системы на основе таких моделей могут быть востребованы как в доклинических исследованиях, так и в персонализированном подборе лекарственной терапии.

Таким образом, отработанный алгоритм работы клинических и научных подразделений ФГБУ "НМИЦ онкологии" Минздрава России обеспечивает базу для проведения исследований и гарантирует высокое качество биообразцов, надежное долговременное хранение и тщательно проверенную информацию по каждому образцу.

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.