In der Biobanking-Community vertiefen sich die Beziehungen zwischen Forschern, Probenanbietern, Technologieentwicklern und NormungsgremienObwohl das Wort „Biobanking“ in den 1990er Jahren aufkam, hat es noch keine feste Bedeutung erlangt.Für einige umfasst das Wort die Langzeitspeicherfunktionen, die von Biorepositories erfüllt werden;für andere bezieht es sich auf die administrative Arbeit und wissenschaftliche Projekte, die Biorepositories unterstützen.Vielleicht ist das Wort im Fluss, weil das Biobanking selbst im Fluss ist.Ursprünglich war Biobanking ein Do-it-yourself-Ansatz.Es war etwas, was kleine, individuelle Labors mit gewöhnlichen Gefrierschränken und handschriftlichen Notizen machen würden.In jüngerer Zeit begann das Biobanking, eine „Big Science“-Manier zu projizieren.Beispielsweise wurden mit Unterstützung staatlicher Stellen ehrgeizige Biobankprojekte wie die UK Biobank und das All of Us Research Program ins Leben gerufen.(Zu den Unterstützern der UK Biobank gehören das britische Gesundheitsministerium, der Medical Research Council und die Scottish Executive. Das All of Us Research Program wird von den National Institutes of Health geleitet.)Obwohl man sich Biobanking am ehesten als Heimindustrie oder als massive Regierungsinitiative vorstellt, ist es größtenteils etwas dazwischen.Es ist eine reifende Industrie.Und wie jede dieser Branchen ist sie arbeitsteilig.Wie dieser Artikel zeigt, umfasst die Arbeitsteilung des Biobankings die Pflege von Datenregistern zur Unterstützung der Präzisionsmedizin;die Entwicklung von Biomarkern zur Vereinfachung der Beurteilung der Qualität von Bioproben;der Aufbau von Online-Communities, um Forschern zu helfen, sich mit Anbietern von Bioproben zu verbinden;die Entwicklung der Technologie zur weiteren Automatisierung;und die Verbreitung von Standards für die Validierung und Akkreditierung.„Unsere Mission ist es, Präzisionsmedizin in den Bereich der Fettleibigkeit zu bringen“, sagt Mark Bagnall, CEO von Phenomix Sciences.Die individuelle Variabilität des Ansprechens auf die Behandlung von Adipositas ist seit Jahrzehnten bekannt und stellt eine große therapeutische Herausforderung dar, ist jedoch kaum verstanden.Die Technologie von Phenomix basiert auf Forschungsergebnissen der medizinischen Gründer Andres Acosta, MD, PhD, und Michael Camilleri, MD, von der Mayo Clinic.Sie untersuchten fast 1.000 Patienten in mehreren klinischen Studien und zeigten, dass Fettleibigkeit mehrere Erkrankungen umfasst.„Mindestens vier dieser Erkrankungen machen etwa 90 % der Adipositas-Patienten aus“, stellt Bagnall fest.„Wir haben Phenomix basierend auf dieser Erkenntnis entwickelt.“Nachdem Acosta und Camilleri Phenomix 2017 gegründet hatten, nutzte das Unternehmen die Studie mit 1.000 Patienten, um die Phenomix Sciences Obesity Platform zu etablieren.„Diese Datenbank enthält ungefähr 20 Milliarden diskrete Datenpunkte“, betont Bagnall.Basierend auf diesen Daten entwickeln Phenomix-Wissenschaftler Bluttests, um den Subtyp oder Phänotyp der Adipositas bei einer Person zu identifizieren und die Wahl des besten Therapeutikums zu leiten.Frühere Arbeiten zeigten, dass die Kenntnis des Adipositasphänotyps einer Person den Gewichtsverlust verdoppeln kann, wenn die Behandlung auf diesen spezifischen Phänotyp zugeschnitten ist.„Dies ist die Grundlage für die Präzisionsmedizin bei Fettleibigkeit“, erklärt Bagnall.„Das ist der Grundgedanke für unsere Biobanking-Studie.“Wissenschaftler von Phenomix ergänzen diesen Datensatz mit Ergebnissen von 2.000 Teilnehmern, die sich über einen Zeitraum von fünf Jahren einer Fettleibigkeitsbehandlung unterziehen werden, und werden zu Studienbeginn und in regelmäßigen Abständen Proben liefern, um eine Längsschnittdatenbank aufzubauen.Biologische Daten, die aus DNA, Hormonen, Metaboliten und über das Mikrobiom aufschlussreichen Stuhlproben stammen, werden zusammen mit Verhaltensdaten wie Bewegungs- und Essverhalten in eine spezielle App integriert, auf die die Teilnehmer zugreifen können und von der sie individuelles Feedback erhalten .„Dies wird unser Verständnis der Krankheit erweitern“, sagt Bagnall.„Wir werden die Phänotypisierung von Adipositas auf eine noch nie dagewesene Weise durch die Linse blicken.“Neben der ersten Studie in Zusammenarbeit mit der Mayo Clinic ist Phenomix mit anderen Standorten im Gespräch, um weitere Biobanken in den Vereinigten Staaten durchzuführen.Der erste von Phenomix entwickelte Test wird Personen identifizieren, die auf Glucagon-ähnliche Peptid-1-Rezeptorantagonisten wie Semaglutid ansprechen.„Wenn jemand übergewichtig oder fettleibig ist, könnte sein Hausarzt einen Test empfehlen, um den Phänotyp zu bestimmen“, sagt Bagnall.„Der Test würde zeigen, welche Intervention am wahrscheinlichsten die gewünschte Reaktion hervorrufen würde.“Etwa 60 % der Amerikaner sind derzeit übergewichtig oder fettleibig.„Die damit verbundene Morbidität ist atemberaubend, und die Adipositas-Epidemie verschlingt einen gigantischen Teil der Gesundheitskosten“, stellt Bagnall fest.„Wir werden die Gesundheitskosten niemals unter Kontrolle bekommen, wenn wir nicht die Fettleibigkeit kontrollieren.“„Mein Interesse am Biobanking besteht darin, bei der Bereitstellung von Qualitätskontroll- und Bewertungsinstrumenten zu helfen“, sagt Chad Borges, PhD, ein Forscher an der Arizona State University mit gemeinsamen Ernennungen am Biodesign Institute und der School of Molecular Sciences.„Wir brauchen bessere Werkzeuge, um die Integrität von Proben zu beurteilen, die in der Forschung verwendet werden, insbesondere wenn sie für eine Weile in einer Bank aufbewahrt wurden und/oder den Besitzer gewechselt haben.“Zu den für Borges interessanten Werkzeugen gehören Assays, die abschätzen könnten, wie viel Zeit insgesamt biologische Proben über ihren Lagertemperaturen verbracht haben.Solche Assays sind notwendig, da Gefrier-Tau-Verläufe selten gut dokumentiert sind.Um Forschern bei der Quantifizierung der kumulativen Exposition von Plasma und Serum unter aufgetauten Bedingungen zu helfen, entwickelten Borges und Kollegen den ΔS-Cys-Albumin-Test.ΔS-Cys-Albumin zeigt die relative Häufigkeit einer Albumin-Proteoform an, die als S-cysteinyliertes Albumin bezeichnet wird.Das heißt, ΔS-Cys-Albumin zeigt, wie viel Albumin in einer Probe durch S-Cysteinylierung oxidiert wurde, ein Prozess, der den aufgetauten Zustand begleitet.In Blind-Challenge-Studien zeigten Borges und Kollegen, dass sie mit dem ΔS-Cys-Albumin-Biomarker mit einer Genauigkeit von 98 % vorhersagen können, ob eine Probe makellos ist oder aufgetauten Bedingungen ausgesetzt war.Die Forscher zeigten auch, dass die Instabilität von Biomolekülen mit bekannten Abbauprofilen, wie Matrix-Metalloproteinase-9 und a2-Makroglobulin, Probe für Probe mit Änderungen des ΔS-Cys-Albumins in Verbindung gebracht werden kann.Leider sind für viele Proteinmoleküle oder Analyten von klinischem Interesse keine Stabilitätsinformationen verfügbar.Um zu untersuchen, wie sich neben Albumin andere Proteine ​​im Laufe der Zeit verändern, wenn Plasma- und Serumproben dem aufgetauten Zustand ausgesetzt werden, verwendeten Borges und Kollegen einen Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie-Ansatz, um gleichzeitig die Stabilität von S-cysteinyliertem Albumin und 21 klinisch relevanten Proteinen bei Raumtemperatur zu messen Temperatur, unter gekühlten Bedingungen und unter Gefrierbedingungen für verschiedene Zeitspannen.Die Forscher fanden heraus, dass es eine lineare umgekehrte Beziehung zwischen dem Prozentsatz destabilisierter Proteine ​​und ΔS-Cys-Albumin gab, unabhängig von der Auftautemperatur oder der Zeit.„Bei jeder einzelnen Temperatur bestanden mehrere Instabilitäten“, bemerkte Borges."Und einige von ihnen traten zu ziemlich frühen Zeitpunkten auf."Laut den Forschern zeigten ihre Studien, dass ΔS-Cys-Albumin-Messungen verwendet werden können, um den Prozentsatz anderer Proteine, die destabilisiert wurden, zu schätzen, selbst wenn Informationen über die Gefrier-Tau-Geschichte einer Archivprobe nicht verfügbar sind.„In den nächsten fünf Jahren“, fügt Borges hinzu, „möchte ich den Biobanking-Bereich an einem Ort sehen, an dem jede Biobank über die Werkzeuge verfügt, die sie benötigt, um die Integrität ihrer Proben zu beurteilen.“„Anstatt eine weitere kommerzielle Biobank aufzubauen, haben wir eine Plattform aufgebaut, um zwei Netzwerke von Akteuren zu verbinden“, sagt Christopher Ianelli, MD, PhD, Gründer und CEO von iSpecimen.Auf der einen Seite der Plattform gibt es ein Netzwerk von Anbietern aus der gesamten Gesundheitslandschaft, wie Krankenhäuser und Arztpraxen, die Zugang zu Patienten und klinischen Proben haben.Auf der anderen Seite der Plattform gibt es ein Netzwerk von Life-Sciences-Forschern.Die Plattform heißt iSpecimen Marketplace.„Es ermöglicht Forschern, genau die Patientenproben und Datensätze zu suchen, die sie benötigen, indem sie Gesundheitsdienstleister bitten, die Daten von ihren Systemen zu senden“, erklärt Ianelli.Mit anderen Worten, es hilft, eine Verbindung zwischen den Forschern der Biowissenschaften herzustellen, die eine Probe benötigen, und den Anbietern, die diese Probe haben.iSpecimen sagt, dass die Verfahren zur Beschaffung von Bioproben ethischen Richtlinien entsprechen.Darüber hinaus ist der Datenaustausch sicher.„Alle Daten, die wir erhalten, werden von Patientenkennungen befreit“, versichert Ianelli.Darüber hinaus werden die Datensätze harmonisiert und bereinigt, sodass alle auf eine einheitliche einheitliche Datenbasis abgebildet werden können.Über 200 Gesundheitsdienstleister und 400 Kundenbeziehungen haben sich bisher über den iSpecimen Marketplace bewegt.„Wir haben weit über 2.000 Forschungsprojekte erfolgreich abgeschlossen, indem wir die richtigen Proben für Forschungsprogramme bereitgestellt haben“, berichtet Ianelli.iSpecimen erhebt keine Gebühren von Krankenhäusern oder Gesundheitsdienstleistern und seine Einnahmen stammen aus der Unterstützung kommerzieller Forscher.Dies trägt dazu bei, die Forschung auf der Seite der Biowissenschaften zu beschleunigen, wo viele Teildisziplinen mit demselben Engpass konfrontiert waren, nämlich dem Zugang zu Bioproben einer ganz bestimmten Gruppe von Patienten.„Wir öffnen diesen Engpass, indem wir Forschern Zugang zu unserem vorgefertigten Netzwerk gewähren“, bemerkt Ianelli.Eine einzigartige Herausforderung, der sich Wissenschaftler von iSpecimen derzeit stellen, ergibt sich aus der Digitalisierung des Gesundheitswesens.„Digitalisierung gibt es im Finanzbereich seit Jahren“, bemerkt Ianelli, „aber sie ist relativ neu für Krankenhäuser und Gesundheitsdienstleister.“Die Digitalisierung hängt von der Interoperabilität ab, also der Fähigkeit von zwei oder mehr Krankenhäusern, Informationen auszutauschen.„Es gab viele Probleme mit der Interoperabilität, und das hat unseren Fortschritt verlangsamt, weil wir investieren mussten, um unsere Datensätze zu bereinigen“, gibt Ianelli zu, „aber in letzter Zeit wurde viel daran gearbeitet, sie zu verbessern.“„Biobanken müssen den Wert der Automatisierung höher einschätzen als ihre Kosten, denn dies würde Schutz bei der Probenhandhabung und -lagerung bieten“, sagt Neil Benn, Mitbegründer und Geschäftsführer von Ziath.Das Unternehmen arbeitet daran, Probenverfolgungs- und Managementlösungen auf den Markt zu bringen.Es hat vier Hauptproduktgruppen: 2D-Barcode-Röhrchen, Geräte zur Handhabung von Röhrchen, 2D-Barcode-Scanner und Software.Ziath weiß zu schätzen, dass viele Biobanken Schwierigkeiten haben, ihre Praktiken zu verbessern, insbesondere dort, wo sich die Automatisierung durchsetzt.„Wir werden regelmäßig von etablierten Biobanken kontaktiert, die immer noch Excel verwenden, um ihre Proben zu verfolgen und ihre Röhrchen mit Klebeetiketten zu versehen“, erzählt Benn.Solche groben Praktiken führen oft zu falsch identifizierten, verlorenen oder beschädigten Proben und ungültigen Daten.„Unserer Erfahrung nach“, sagt Benn, „hinken die Vereinigten Staaten in dieser Hinsicht derzeit deutlich hinter Europa und Asien her.“Ziath betrachtet sich selbst als weltweit führend bei der Verwendung von 2D-Barcode-Probenröhrchen zur Verwaltung großer Probenbibliotheken.„Die einzige sichere, zuverlässige und effiziente Möglichkeit, eine große Anzahl gelagerter Proben zu verfolgen, ist die Verwendung von Röhrchen, auf die ein 2D-Data-Matrix-Barcode lasergeätzt wurde“, betont Benn.Obwohl 2D-Datamatrix-Barcodes eine hervorragende Lösung für die Nachverfolgung darstellen, können sie, sobald sie mit Eis bedeckt sind, schwer zu lesen sein.Die neuesten kamerabasierten Lesegeräte für Röhrchengestelle, die von Ziath entwickelt wurden, nutzen maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz, um Benutzern zu helfen, Barcodes schneller zu finden und zu decodieren, selbst wenn sie vereist sind.„Wir gehen davon aus, dass neue digitale Technologien in diesem Bereich Einzug halten werden“, erklärt Benn, „und sie werden Wissenschaftlern helfen, das richtige Rack und das richtige Probenröhrchen schneller und effizienter zu finden.“„Ich würde gerne mehr Methoden sehen, die Organisationen verwenden könnten, um ihre Materialien zu verarbeiten oder zu lagern“, sagt Cory Arant, Programmmanager bei der American Association for Laboratory Accreditation (A2LA).Er glaubt, dass es „ein Format geben sollte, das gemeinsam genutzt werden kann“, damit Organisationen, die mit Validierungsmethoden vertraut sind, eine Ressource für Organisationen sein könnten, die es nicht sind.Die A2LA, eine der größten Akkreditierungsstellen der Welt, verwendet die ISO 20387-Standards zur Bewertung der Akkreditierung für Biobanken.Als er die A2LA beim Treffen der International Society for Biological and Environmental Repositories 2022 vertrat, sprach Arant über Best Practices und Standards im Biobanking sowie über Nichtkonformitäten und Korrekturmaßnahmen.Im Testbereich stehen der Öffentlichkeit viele Methoden zur Verfügung, und verschiedene Organisationen arbeiten an robusten und standardisierten Ansätzen.Nichtsdestotrotz verwenden akkreditierte Organisationen im Allgemeinen ihre eigenen internen Verfahren.In der Regel handelt es sich dabei um validierte Verfahren.„Obwohl sie vielleicht nicht gut erkannt werden, sind sie sich im Allgemeinen wahrscheinlich sehr ähnlich“, bemerkt Arant.Wenn Akkreditierung und Validierung fehlen, ist es wahrscheinlicher, dass Forscher wertvolle Ressourcen verschwenden, um nicht reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.Wie Arant anmerkt, kann es vorkommen, dass Forscher Informationen nicht in Übereinstimmung mit weit verbreiteten Standards aufbewahren (oder verwerfen).Er fügt hinzu, dass Forscher „präanalytische Fehler machen können, wenn sie das erhaltene Material verwenden“.Arant ist auch daran interessiert, die Notwendigkeit anzugehen, Materialien über internationale Grenzen hinweg zu verteilen.„Wenn jemand versucht, etwas zu importieren, kann es sein, dass es längere Zeit beim Zoll bleibt“, bemerkt Arant.„Das Material könnte beeinträchtigt sein.“Melden Sie sich an, um einen Kommentar zu hinterlassen